自动往返电动小汽车设计报告

中国海洋大学课程设计报

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题目：自动往返电动小汽车

组员：莫锦河、李鹏飞

指导教师：谷健

自动往返电动小汽车

摘要

本设计以一片单片机AT89C52作为核心来控制自动往返小车，加以控制芯片L298N和单片机联合控制小车的前进与后退。路面的黑带检测使用光电传感器，通

过AT89C52对输入的信号进行处理，通过PWM调制使电机转速能自动调节，从而实现电动小汽车的快慢速行驶，以及自动停车、往返的控制要求。

关键字：电动小车、AT89C52单片机、光电传感器、PWM调速

一、系统方案论证

1.1最小系统控制器的选择方案

方案一：AVR ATMEGA16单片机。AVR系列单片机采用RISC结构，执行速度较快，并且内部资源丰富，可以方便的使用C语言编程，并且开发环境很方便，但是功耗较高，在超低功耗方面明显不能满足题目要求。

方案二：MSP430G2553系列超低功率微控制器包含几个器件，这些器件特有针对多种应用的不同的外设集。这种架构与5种低功耗模式相组合，专为

在便携式测量应用中延长电池的使用寿命而优化。MSP430G2X13 和

MSP430G2X53系列是超低功耗混合信号微控制器，具有内置的16位定时器、多达24个支持触摸感测的I/O引脚、一个通用型模拟比较器以及采用通用串行通信接口的内置通信能力。此外，MSP430G2X53系列成员还具有一个10位模数(A/D)转换器。

方案三：典型的51系列单片机AT89C52。51系列单片机操作较为简单，程序简单易学，开发非常方便。

综合比较，我们采用方案三，采用典型的51系列单片机AT89C52，方便实现。1.2电动机模块

方案一：选用步进电动机，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从

而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

方案二：选用伺服电动机，在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能

快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

方案三：选用直流电动机，直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。

综上比较，我们采用方案三，方便实现直流驱动小车的运动。

1.3升压模块

方案一：使用UCC38C43芯片的交错式升压。交错式升压电路中，每个相的工作方式都与上述单相升压相似。两个功率级会以反相180°的方式运行，使

得输入和输出电容的纹波电流互相抵消，但是功耗比较大。

方案二：使用直流升压。其基本的工作过程是：高频振荡产生低压脉冲一一脉冲变压器升压到预定电压值一一脉冲整流获得高压直流电，电路简单、低成本、而且功耗比较低。

综上比较，我们采用方案二，更有利于实现超低功耗。

1.4降压模块

方案一：使用二极管降压电路。二极管导通时有一个止向压降，且该压降为固定值（硅管为0.7V，锗管为0.3V），但是电压太高容易被击穿。

方案二：使用TPS54331芯片降压电路。其110卩A工作电流以及极低的1卩A关断电流，拥有3.5V〜28V的宽泛输入电压范围、低至0.8V的可调输出电压以及高达3A的输出电流，能显著降低LCD电视负载点电路板设计方案功耗。

综合比较，采用方案二，结合AT89C52单片机共同实现超低功耗的功能。

1.5黑带检测模块

方案一：选用反射式红外传感器，利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物

质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。

方案二：选用光电传感器，光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光

信号转换成电信号。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样等优点。

综上比较，我们采用方案二，材料容易获取，切简单容易操作。

二、系统的硬件设计及工作原理

根据题目的要求，该系统主要由电动机模块、升压模块、降压以及黑带检测模块组成，其结构的框架如下图1所示。

黑带检测模块

方向控制模块

升压模块

电动机模块

降压模块

图1系统方案图

2.1 AT89C52 单片机

AT89C52片内集成256字节程序运行空间、8K字节Flash存储空间，支持最大64K外部存储扩展。根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设置在0-33M之间。片内资源有4组I/O控制端口3个定时器、8个中断、软件设

置低能耗模式、看门狗和断电保护。可以在4V到5.5V宽电压范围内正常工作

不断发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降低。具体电路见附图1。

2.2电动机模块

电机驱动电压由AT89C52单片机的P1.0和P1.1分别控制。当P1.0为0，

P1.1为1时，电机驱动电压为+5.0V，小车进入高速行驶状态；当P1.0为1,

P1.1为0时，电机驱动电压为+3.3V，小车进入低速行驶状态。当P1.0为高电

位时，电机供电三极管截止，关闭电机电源实现停车功能；当P1.0为1时，D880 输出电机驱动电压，小车按单片机的指令执行各种功能。具体电路见附图2。