電子設(shè)計競賽選拔題

1、電子設(shè)計競賽選拔設(shè)計設(shè)計題目：自動往返電動小汽車設(shè)計人： _王 x_班級：測控技術(shù)與儀器xxx班學(xué)號：_xxxxxxxx_2012年7月7日一·系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計1·總體硬件設(shè)計系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示里程顯示 電機(jī)模塊時間顯示單片機(jī)系統(tǒng)黑線檢測模塊圖1 系統(tǒng)原理框圖 對于單片機(jī)中央處理系統(tǒng)的方案設(shè)計，根據(jù)要求，我們可以選用具有4KB片內(nèi)E2PROM的AT89C51單片機(jī)作為中央處理器。作為整個控制系統(tǒng)的核心，AT89C51內(nèi)部已包含了定時器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器等硬件，其硬件能符合整個控制系統(tǒng)的要求，不需要外接其他存儲器芯片和定時器件，方便地構(gòu)成一個最小系統(tǒng)。整個系

2、統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力強(qiáng)，性價比高。是比較合適的方案。2·電機(jī)驅(qū)動電路及速度控制模塊設(shè)計方案一：通過模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)，例如用555搭成的觸發(fā)電路。此方案電路的占空比不能自動調(diào)節(jié)，不能用于自動控制小車的調(diào)速。方案二：采用繼電器對電動機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對小車的速度進(jìn)行調(diào)整。這個方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高。方案三：采用集成電路驅(qū)動芯片L298，L298內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，可驅(qū)動46v,2A以下電機(jī),1和15腳可單獨(dú)引出接電流采樣電阻器,形成電流傳感信號，同時通過單片機(jī)控制產(chǎn)生PWM波，

3、精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路驅(qū)動能力強(qiáng)，可以簡單地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，穩(wěn)定性高。綜上所述，方案三是相對較好的一個方案。下面將詳細(xì)介紹。 直流電機(jī)驅(qū)動電路使用最廣泛的就是H型全橋式電路，這種驅(qū)動電路可以很方便實現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動。 它的基本原理圖如圖2所示。 全橋式驅(qū)動電路的4只開關(guān)管都工作在斬波狀態(tài)，S1、S2為一組，S3、S4 為另一組，兩組的狀態(tài)互補(bǔ)，一組導(dǎo)通則 另一組必須關(guān)斷。當(dāng)S1、S2導(dǎo)通時，S3、S4關(guān)斷，電機(jī)兩端加正向電壓，可以實現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動；當(dāng)S3、S4導(dǎo) 通時，S1、S2關(guān)斷，電機(jī)兩端為反向電壓，電機(jī)反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動。 圖2

4、 H型橋式電路在小車動作的過程中，我們要不斷地使電機(jī)在四個象限之間切換，即在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間切換，也就是在S1、S2導(dǎo) 通且S3、S4關(guān)斷，到S1、S2關(guān)斷且S3、 S4導(dǎo)通，這兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。集成有橋式電路的電機(jī)專用驅(qū)動芯片L298正是基于這個原理制成，但其性能更加穩(wěn)定可靠。由于電機(jī)在正常工作時對電源的干擾很大，如果只用一組電源時會影響單片機(jī)的正常工作，所以我們選用雙電源供電。一組5V給單片機(jī)和控制電路供電， 另外一組9V給電機(jī)供電。驅(qū)動芯片L298是驅(qū)動二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專用芯片，我們利用它內(nèi)部的橋式電路來驅(qū)動直流電機(jī)，這種方法有一系列的優(yōu)點(diǎn)。L298型雙H橋式驅(qū)動器是數(shù)字控制電機(jī)，它將

5、脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動一個角度，如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過輸入脈沖信號來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。每一組PWM波用來控制一個電機(jī)的速度，而另外兩個I/O口可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制比較簡單，電路也很簡單，一個芯片內(nèi)包含有8個功率管，這樣簡化了電路的復(fù)雜性。L298電機(jī)驅(qū)動電路如圖2所示。圖電機(jī)驅(qū)動電路3·黑線檢測電路設(shè)

6、計方案一：由可見光發(fā)光二極管（如紅色、綠色或黃色等）發(fā)射可見光，光敏光敏三極管作為接收器件。發(fā)光二極管反射可見光經(jīng)地面反射到光敏三極管，光敏三極管因反射的光強(qiáng)不同而呈現(xiàn)不同的電阻值，這樣，在經(jīng)過黑線時即可檢測出。此方案電路簡單，容易實施。并能完成設(shè)計要求。方案二：脈沖調(diào)制式發(fā)射接收裝置。采用脈沖發(fā)射與接收裝置可以提高瞬時輸出光強(qiáng)，提高抗干擾能力，還能節(jié)損能量。此方案最大的一個缺點(diǎn)是不易控制脈沖發(fā)射時間間隔，而黑線只有2cm寬，容易跳過黑線而傳感器檢測不出來。這樣就容易出錯。經(jīng)以上分析，所以采用方案一反射式光電開關(guān)來識別軌跡上的黑線標(biāo)記信號，如圖3 所示。這種光電開關(guān)的紅外發(fā)射管和接收管位于同一

7、側(cè)，光敏三極管只能接收反射回的紅外光。當(dāng)車身下面是黑線時，由于黑線吸收部分光，光敏三極管接收到的紅外光不能使光敏三極管導(dǎo)通,，光電開關(guān)輸出高電平，經(jīng)CD4069 的非門輸出低電平。反之，當(dāng)車身下面是白色的地面時，紅外發(fā)射管發(fā)射的光經(jīng)其反射后，被接收管接受，光電開關(guān)輸出低電平。經(jīng)CD4069 整形后輸出高電平。將CD4069 的輸出接至CPU 的INT1 輸入端􀀁。車在前進(jìn)和后退過程中，小車每過一道黑線，便產(chǎn)生一次中斷申請。從而調(diào)用相應(yīng)的子程序，隨著小車的不斷行駛，相應(yīng)的程序依次被調(diào)用執(zhí)行，使小車在跑道上按設(shè)計要求時快、時慢、時前進(jìn)、時后退。 圖3 反射式光電檢測電路4

8、3;行駛路程測量最為簡單最為直接的測量行駛路程的方法就是通過測車輪所轉(zhuǎn)的圈數(shù)和小車輪子的周長，公式為：路程 = 周長 * 圈數(shù)對于小車車輪所轉(zhuǎn)圈數(shù)的測試，本系統(tǒng)采用U型光電開關(guān)和碼盤。碼盤固定于小車后輪上，將U型光電開關(guān)架于碼盤之上，當(dāng)碼盤隨著車輪轉(zhuǎn)動時，光電開關(guān)就會不斷地發(fā)生導(dǎo)通和截止。若光電開關(guān)導(dǎo)通則產(chǎn)生高電平，反之則產(chǎn)生低電平。這樣在光電開關(guān)的輸出端就會得到脈沖，然后用單片機(jī)定時器進(jìn)行定時，每當(dāng)定時器溢出時，就檢測一下脈沖的個數(shù)，最后通過轉(zhuǎn)換得到小車的里程，然后輸出給顯示裝置。碼盤形狀如圖4所示。 圖4 碼盤5·時間測量模塊使用AT89C51單片機(jī)的兩個外部中斷(INT0,IN

9、T1)輸入實現(xiàn)計時，當(dāng)?shù)谝粋€中斷來時單片機(jī)開始計時,第二個中斷來時結(jié)束計時。通過程序控制計時的開始與結(jié)束。6·顯示模塊方案一：采用數(shù)碼管顯示。編程驅(qū)動簡單，但由于數(shù)碼管只有8段（實際只有7段有效），顯示內(nèi)容有限，而且，耗能很大。方案二：液晶顯示。可以靈活顯示各種數(shù)字文字，故采用液晶顯示器。液晶可以顯示行駛速度路程及其單位。耗能小，這對采用電池供電的本設(shè)計是一大優(yōu)勢。7·穩(wěn)壓電路本系統(tǒng)采用+7.5V電池供電，由于芯片正常工作的電壓為+5V,所以采用穩(wěn)壓電路得到所需電壓值。穩(wěn)壓電路如圖5所示。 圖5 穩(wěn)壓電路二·系統(tǒng)主要軟件設(shè)計1·程序設(shè)計流程圖本系統(tǒng)的運(yùn)行

10、程序采用匯編語言編寫，采用模塊化設(shè)計，整體程序由主程序和子程序構(gòu)成。程序流程圖如圖所示。下面是對AT89C51單片機(jī)的控制語言。 開始初始化置前進(jìn)狀態(tài)打開電機(jī)電源調(diào)用顯示子程序圖6 主程序流程圖主程序：LJMP STARTORG 0003HLJMP INTEX0ORG 000BHLJMP TIME0ORG 0013HLJMP INTEX1ORG 001BHLJMP TIME1初始化程序：CLEAR:MOV R0, 70HMOV R7, #07ML0: MOV R0,#00HINC R0DJNZ R7, ML0MOV TMOD, #11HMOV R4, #20MOV TL0,#0B0HMOV T

11、H0,#3CHMOV TL1,#0B0HMOV TH1,#3CHMOV 23H, #00HCLR 30HCLR 21H.0SETB ET0SETB ET1SETB EX0SETB EX1SETB IT1SETB PX0SETB EARETSTART: LCALL CLEAR ；上電初始化SETB P1.0CLR P1.1SETB P1.2MAIN: LCALL DISPLJMP MAIN NOPNOP LJMP START子程序：外中斷0服務(wù)程序:：INTEX0: PUSH ACCPUSH PSWCLR EX0LCALL DISPMOV A, #0F0HORL A, P1DJNZ #0FFH,

12、IN0RETINC 23HMOV A, 23HCJNE A, 06H, JDGE1LCALL STOPLJMP INT0RETJUDGE1: CJNE A, #03H, JUDGE2LCALL STOPSLOWLJMP IN0RETJUDCE2: CJNE A, #04H, JUDGE3LCALL FASTLJMP IN0RETJUDGE3: CJNE A, #05H, IN0RET LCALL STOPSLOWIN0RET: CLR IE0POP PSWPOP ACCLCALL DL7MSSETB EX0RETI停車控制程序：STOP: MOV 23H, #00HCLR P1.0CLR P1

13、.1LCALL DS10SCPL 30HJB 30H, STRENSETB P1.1CLR P1.0LCALL CLR00STREN: RETCLR00: MOV 70H,#00HMOV 71H,#00HMOV 72H,#00HMOV 73H,#00HRET定時器0服務(wù)程序TIME0: CPL P1.2JB 21H.1,AB2JB 21H.0, AB1MOV TL0,#0D9HMOV TH0,#10HCPL 21H.0RETIAB1: MOV TL0,#0B0HMOV TH0,#3CCPL 21H.0RETIAB2: JB 21H.2, AD1MOV TL0,#0B0HMOV TH0,#3CH

14、CPL 21H.2RETIAD1: MOV TL0,#0D9HMOV TH0,#10HCPL 21H.2RETISTOPSLOW:： SETB 21H.1RETFAST： CPL 21H.1RET外中斷1程序：INTE1: PUSH ACCPUSH PSWCLR EX1INC 25HLLL: MOV A,20HCLNE A, #20H, LLLMOV 25H, #00HINC 26HMOV A,26HCJNE A,#0AH, LLLMOV 26H,#00HINC 27HMOV A, 27HCJNE A,#0AH, LLLMOV 27H,#00HINC 28HMOV A, 28HCJNE A,#

15、0AH, LLLMOV 28H,#00HLLL: MOV 74H,21HMOV 75H, 22HMOV 76H, 24HINIRET: POP PSW POP ACCSETB EX1RETI顯示程序：DISP:MOV R1,#70HMOV R5,#0FEHPLAY:MOV A,R5MOV P2,AMOV A,R1MOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL DL1MSINC R1MOV A,R5JNB ACC.6,ENDOUTRL AMOV R5,AAJMP PLAYENDOUT:MOV P2,#0FFHRETTAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66

16、H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH1ms延時程序：DL1NS；MOV R6,#14HDL1: MOV R7, #19HDL2: DJNZ R7, DL2DJNZ R6,DL1RET10s延時：DS10S: MOV R2,#08HT10: MOV R0,#0B0HTI1: DJNZ R0,TI1DJNZ R2,TI0RET三·設(shè)計心得與體會經(jīng)過幾天的刻苦鉆研與努力，我終于完成了自動往返電動小汽車的整體設(shè)計。這次設(shè)計經(jīng)歷使我受益匪淺。在設(shè)計過程中，不僅要充分調(diào)用課堂上已經(jīng)學(xué)過的相關(guān)知識，對于還沒有學(xué)習(xí)的知識，由于設(shè)計的需要，也要通過自學(xué)來掌握。比如單片機(jī)的知識，是我們還沒有學(xué)習(xí)的內(nèi)容，但其又是自動小車設(shè)計中必不可少的知識，也是最重要的一個方面。所以我去圖書館借了相關(guān)方面的書籍，然后花了整整一天的時間來“啃”。終于掌握了單片機(jī)基本的編程語句及其使用方法。所以對自己的自己解決問題的能力也是一個提高。通過這次設(shè)計，我深刻認(rèn)識到，單單掌握課本上的知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在實際的應(yīng)用當(dāng)中，課本上的知識只是基本，要想把自己的設(shè)計做到最好，一方面要通過自己的自學(xué)掌握更多相關(guān)方面的知識，另一方面要充分借鑒別人的優(yōu)秀成果，從別人的成功中去尋找靈感，繼而通過自己的創(chuàng)新能力，使自己的作品更