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毕业设计基于单片机的智能电动车控制器设计.doc
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毕业设计基于单片机的智能电动车控制器设计.doc
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基于单片机的智能电动车控制器设计
摘 要
随着市场的发展,电动车的市场日益递增,实现并完善电动车的智能控制、简单操作已经
成为需求的一部分。运用单片机的硬件电路与软件相结合的方法来实现电动车的加速、减速、
测速等功能,使电动车的操纵更智能,更简单,更安全,更加适应市场的需求。
关键词:直流电机、步进电机、89C51、测速电路
1 引言
随着经济的发展,人们收入的增多,衣食住行都发生这明显的变化。
自行车代步的年代已经过去,取而代之的是电动车,摩托车甚至是小汽车
的普遍。但是相对而言,小汽车代价相对比较高昂,不是一般家庭能够承
担得起,摩托车噪音大,事故率高,安全系数低,也被很多大小城市所禁
止。相比前两者,电动车有很大的市场优势,体型轻巧、环保、安全、经
济适用,成为众多人心中的理想的代步工具。市场的强大需求,推动了电
动车的飞速发展,越来越智能化。其中以单片机为核心的智能控制电动车
将成为目前发展的一个方向,引领电动时代的潮流。
今天,能源和环境对人类的压力越来越大,要求尽快改善人类生存环
境的呼声越来越高。为了适应这个发展趋势�世界各国的政府、学术界、
工业界正在加大对电动车开发的投资力度,加快电动车的商品化步伐。 中
国作为电动车最大拥有国,电动车的发展与国外基本同步。我国在 1992 年
就把电动车的开发列人国家“八五”重点科技攻关项目。98 年我国发展电
动车以来产量大幅增长,从 1998 年的 5.8 万辆发展到 2009 年的 2369 万辆。
目前我国电动车的保有量已经超过 1.2 亿台,此部分包括了未进入统计的
一些小型工厂的销量。截至目前为止我国电动车出口占全世界出口量的 90%,
虽然目前电动车在能源和行驶里程方面还未能尽如人意,但已足以满足人
们的基本需要。从技术发展的角度来看,在走过了漫长而艰难的发展历程
之后,电动车正面临着重大的技术突破,有望成为 21 世纪的重要交通工具。
中国人口众多,具有世界最庞大的电动车市场。目前自行车拥有量为 4
亿多辆,如把 10 个自行车换成电动自行车,就需 4000 万辆电动自行车�
以每辆均价 500 元计算,就是 60 个亿,这是一个巨大的市场,有着强大的
吸引力。
现代电动车是融合了电力、电子、机械控制、材料科学以及化工技术
等多种高新技术的综合产品。整体的运行性能、经济性等首先取决于控制
系统,而控制系统更多的趋向于单片机控制。因为单片机更适合应用于嵌
入式系统�因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的
计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单
片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等
电脑配件中都配有 1-2 部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机
在工作。汽车上一般配备 40 多部单片机�复杂的工业控制系统上甚至可能
有数百台单片机在同时工作�单片机的数量不仅远超过 PC 机和其他计算
的总和�甚至比人类的数量还要多。
单片机除了具备一般微型计算机的功能外,为了增强实时控制能力,
绝大部分单片机的芯片上还集成有定时器\计数器。单片机在结构上的设计
主要是面向控制的需要,因此,它的硬件结构、指令系统、和 I\O 能力等
方面均有其独特之外,其显著的特点之一就是非常有效的控制功能,为此,
又称为微控制器 MCU。
单片机自诞生以来,由于其固有的优点——低成本、小体积、高可靠
性、高附加值、通过更改软件就可改变控制对象等,已越来越成为电子工
程师设计师设计产品的首选器件之一。
本次设计主要以 ATM 公司的 89C51 为核心元件,围绕其外部硬件电路
与软件相结合的方式来控制电动车的加速、减速、测速等。
2 总体方案设计
2.1 整体设计
单片机控制系统是一个集成电路,可以构成各种各样的应用系统。与
其他控制系统相比,单片机具有以下特点:
(1)由于现在单片机的价格相对都比较低,而且外围电路的元器件价
格也不高,所以整体设计起来,成本比较低。
(2)可以对外部存储容量根据需要进行扩展,设计可以相对比较灵活。
(3)由于现存有许多已经设计很完善的子程序,在系统软件设计设计
中可以直接调用,减少较大工作量。综上所述,决定运用单片机系统,详
见下图图 1:
单片机
电动机模块
控制模块
图 1 结构框图
本次设计主要是分为两大部分:一部分是电机控制部分,另一部分是
测速部分。首先,介绍一下电机控制部分,电机控制部分控制步骤:变动
数据输入——数据的处理——电动的状态。数据输入主要是通过数字电路
或是模拟电路的方法改变某一个量(电流、电压、电阻)的变化,然后将
这种变化输送给单片机,单片机进行数据的采集、储存、分析、处理,最
终将以数字量的形式输出,输出电路根据数字信号的变化,再将变化转变
为电量的形式,输送给电机,从而实现电机的速度、转向的改变。接着,
测速部分控制步骤:速度的采集——数据的处理——速度的显示。速度的
采集主要是通过 S/T 来获得,S 代表路程,T 代表时间,通过额定的时间所
行的路程,不过数据的采集主要采集 S、时间 T,而数据的处理则有单片机
完成。单片机取两个量的商,并对小数部分进行处理,将一个整型的数据
类型输送给显示器,显示根据单片机的指令进行显示。
上图就是整个设计的模块图,不难看出,在整个设计模块中,最为核
心的就是数据的处理,其实就是单片机。无论输入量是什么类型,单片机
都要根据输出量来进行分析、处理,从而实现其各个功能。
2.2 单片机说明
速度显示模块
测速模块
单片机系统中,起到控制和枢纽作用的单片机模块无疑是其中最重要
的部分。本设计中采用的是 Atmel 公司的带 8KB Flash 的 8 位微控制器
AT89C51 作为单片机芯片,它完全与 MCS-51 系列单片机兼容(从指令集到
引脚)。芯片采用 40 脚双列直插式封装,32 个 I/O 口,芯片工作电压为
3.8-5.5V,工作温度为 0-70 度,工作频率可达到 30MHz。它是一种低功耗、
高性能 CMOS8 位微控制器,具有 8KB 在系统可编程 Flash 存储器,使用高
密度非易失性存储器技术制造。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程,
亦适于常规编程器。
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