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基于st89c52单片机的自动往返小车(含程序)-毕业设计(论文).doc
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2023-07-09
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基于st89c52单片机的自动往返小车(含程序)-毕业设计(论文).doc
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基于 ST89C52 单片机的自动往返小车(含程序)
基本原理:
1.电机驱动调速模块
方案一:采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压,从而达到调速的目的。
但是电阻络只能实现有级调速,而数字电阻的元器件价格昂贵。更主要的问题在
于一般电动机的电阻较小,但电流很大;分压不仅会降低效率,而且很难实现。
方案二:采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度
进行调整。方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢,机械结构
易损坏,寿命较短,可靠性不高。
方案三:采用达林顿管 TIP4 组成的 PWM 电路。用单片机控制达林顿管使之工作
在占空比可调的状态,精确调整电机转速。
方案四:采用 L298N 来控制电机的正转和反转来实现小车的前进和后退。加上单
片机的程序 PWM,实现整车的加速与减速,精确小车的速度。
基于上述理论分析,拟选择方案四。
2.路面黑带检测模块
黑带检测的原理是:红外光线照射到路面并反射,由于黑带和白纸的系数不
同,可根据接的红外线的强弱判断是否到达黑带。
方案一:可见光发光二极管与光敏二极管组成的发射—接收电路。这种方案的缺
点在于其他环境光源会对光敏二极管的工作产生很大的干扰,一旦外界光亮
条件改变,很可能造成误判和漏判;虽然产生超高亮发光二极管可以降低一
定的干扰,但这又将增加额外的功率损耗。
方案二:反射式的红外发射—接收器。由于采用红外管代替普通可见光管,可以降
单片机
黑带检测
路程和时间显示
LED 显示路程,
时间
L298N 电机驱动模块
基于 ST89C52 单片机的自动往返小车(含程序)
低环境干扰。 基于上述理论分析,拟选择方案二。
3. 电源选择
方案一:所有器件采用电源供电,这样供电电路比较简单;但是由于电动机
启动瞬时电流很大,会造成电压不稳,干扰严重,缺点十分明显。
方案二:双电源供电,将电动机驱动电源与单片机以及周边电路电源完全隔
离,这样做虽然不如单电源方便灵活,但可以将电动机驱动所造成的干扰彻
底消除,提高了系统的稳定性。
基于上述理论分析,拟选择方案二。
4. 控制单元模块
方案一:采用纯数字电路
该方案外部检测采用光电转换,系统控制部分采用数字电路译码对小车电动
机两端电压调整,来控制小车的运行。时间和行程用加法器进行计数。此系
统的设计将会使电路过于复杂,调试时需要改变硬件电路,机动性差。
方案二:用单片机控制
用光电检测不同的信号,并经单片机对其处理,传送给 L298 信号,使其控
制电机的正转和反转,配合 PWM 程序控制,来实现加速减速和刹车。通过
单片机内部定数器/计数器进行定时、计数,在用单片机串行输入/输出口进行
显示控制。此方案电路成熟、工作稳定、容易实现控制。
为能更好的实现题目的各种设计要求,所以我们选用第二种方案。用单片机
进行控制。其工作框图如下:
二 电路设计
1. 光电检测部分:
我们采用反射式光电检测电路对跑道上的黑线进行检测,并用两个遮光套管
套住发光管和接收管以一定的角度紧贴跑道,这样可以消除外界光线的干扰。
为了加强可靠性采用槽型光耦检测轮子转动的行程。用 LM358 电压比较器输
出高低电平检测信号。
如图所示:
控制中心
STC89C52
光
电
检
测
霍
尔
检
测
小车正反转
行驶时间显示
行驶里程显示
开
始
基于 ST89C52 单片机的自动往返小车(含程序)
2. STC89C52 单片机基本系统
此系统以 89C52 为核心,每检测到一个黑带由光电检测部分产生一个的脉冲,
使单片机产生一个外部中断 1,定义检测黑带数的变量加 1,同时车轮每转一
圈,霍尔元件输出一个脉冲,是安单片机产生一个外部中断 0,定义圈数的
变量加 1.通过 P3.0 和 P3.1 控制 L298 来控制电机的正转与反转及刹车。当
P3.0 输出低电平,P3.1 输出高电平时,电机正转,相反则电机反转,当 P3.0
和 P3.1 都是低电平时,使电动机被短路,提高了刹车效率,基本杜绝了由于
制动惯性造成的小车的前冲现象。通过 P0 口进行两个数码管的位选,P2 口
进行段码输出,其中一个数码管显示行驶时间,另外一个数码管显示行驶路
程。
如图所示:
基于 ST89C52 单片机的自动往返小车(含程序)
3. L298N 电动机驱动模块部分
该电路采用电动机驱动芯片 L298 来控制电动机的正转与反转,加以第二路电机电
源保证了电动机启动时有足够的电流。在试验中控制电压为单片机输出的高低电
平直接控制。
具体电路图连接如下:
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