智能小车硬件设计毕业论文

智能循迹小车硬件设计

摘要:

关键词:智能车控制系统

目录:

总述:

第一部分:智能车控制系统概述

设计方案模块组成:控制器模块速度检测模块电源电压检测模块路径识别模块数据显示模块电动机驱动模块

每个模块都由硬件，软件两部分组成，硬件构成基本框架，软件则成为小车的灵魂，驱动小车的按照设计目标运行。按照要求，智能循迹小车系统可由控制部分和信号检测两大部分组成。其中，控制部分有电动机驱动模块，控制器模块，显示模块，而信号检测部分则由路径识别模块，速度检测模块，电源检测模块组成。

基本模块方框图如图所示：

控制器模块即控制核心模块（MCU）：使用AT89C51单片机，其作用是对其他模块采集到的信号进行相关处理，并发出正确的控制信号，是整个系统中最重要的部分。

速度检测模块：对小汽车的速度进行测量，经过A/D-D/A 转换得到单片机能识别处理的数字信号，就可以得到小汽车的速度，从而能够在显示器上显示出来。

电动机驱动模块：是小车能够运动的驱动力，通过电动机能够带动小车进行移动，完成规定任务。

路径识别模块:利用光电传感器感测黑色路径，按轨道行驶。

数据显示模块：是人直接获取小车运行情况的中介，观察显示器的值就可知道小车目前的状态。

电源电压检测模块：监测电源电压值，保证小车能够正常运行。

主要技术参数：

1.速度：14060 r/min

2.电流：

3.29 A

3.扭矩：10.9mN.m

4.路径识别

5.检测精度：4mm

6.数据显示：小车速度，电源电压

第二部分硬件电路设计

智能循迹小车系统框图

首先是硬件系统设计，硬件部分是小车的框架，必须先建立这个骨骼，才能对小车有个整体的把握。硬件系统设计的好坏对小车功能的实现有很大的影响，好的设计可以实现小车按给的轨道运行，正确显示数据，达到要求技术指标等，设计欠佳的系统则无法实现这些功能。按照设计要求，检测精度要达到4mm，且能在专门的跑道上自主识别路线，并按路线行驶，这里就涉及到小车如何通过传感器判断自己是否在跑道上，如果偏离跑道，改如何作出动作才能回到正确的路线上继续行驶，如何将自己的速度值检测出来并反馈给单片机，促使单片机发出控制信号，驱动小车行驶。如果出现了路面干扰，如何消除干扰，如何判断电源的电压是否低于标准值，并实时将电压值在LCD上显示出来等等。

理想的解决方案：

1.控制器模块

电动机控制系统方框图

因为需要完成的功能只需一个单片机即可实现，因此采用AT89C51实现上述模块功能。单片机用来控制电动机驱动，实现小车的循迹行驶，速度控制，速度检测，电压检测等功能。工作时，设计的系统软件与硬件相结合，各子模块与核心控制模块进行通讯。

单片机AT89C51外接显示电路，路面检测电路，速度检测电路，电机驱动电路，电源电压检测电路。

单片机最小系统及外围电路

2.电动机驱动模块

小车前轮安装两个电动机，左右各一个，对称放置，后面安装一个万向轮，这样可以很容易实现小车的前进，左右转弯。当两个电动机都以同样的速度工作时，小车便会直行，如果需要小车左转弯，只需小车右面的电动机运行速度大于左面的电动机速度即可实现小车向左转弯，反之，可以实现向右转弯，具有很快的控制方向功能。

直流电动机是一种以直流电压电源工作的旋转电动机，直流电动机有永磁直流电动机，串励和并励直流电动机。

1.直流电动机的单极性和双极性驱动方式

直流电动机的驱动有单极性和双极性两种方式。

当电动机只需要单方向旋转时，可采用单极性驱动方式，单极性驱动电路如图

上面图示的电路有模拟控制器或微控制器的PWM信号控制一个功率MOSFET开关管的导通状态，在电动机两端并联一个续流二极管，功率开关串联在电动机下方（靠近电源地），其栅级驱动应采用低侧栅级驱动器。如果功率开关串联在电动机上方（靠近电源正极），则其栅级驱动应采用高侧栅级驱动器，对于高侧开关，它的栅级驱动需要附加的电平提升电路，股大多数采用低侧驱动方式。该电路因电流通过续流二极管续流，故时间较长，损耗较大，典型应用为小型风机和泵的驱动。

为避免因续流二极管续流所带来的时间较长，损耗较大的问题，可采用下图所示的半桥驱动电路

快速半桥单极性驱动

其中的二极管D1，D2实际上是DOMS管的“体”二极管，在工艺上与DMOS管一起自动生成。这样，无需再附加续流二极管。半桥驱动电路可实现电动机的制动控制，在断开VF1停止对电动机供电的同时，将VF2连续开通，电动机的电动势（EMF）经VF2短路，使电动机制动。此时，如果VF2不是连续开通的，而是PWM控制，则可实现电动机的软控制。当电动机需要正反两个方向旋转时，采用双极性驱动方式。由4个功率开关管组成的H型电路的双极性驱动电路如图

基本H桥电路

近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化，随着计算机进入

控制领域，以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，使采用全控型的开关功

率元件进行脉冲调制(pulsewidthmodulation简称PWM)控制方式己成为主流。

这种控制方式很容易在单片机控制中实现。

采用专用集成电路芯片可以很方便地组成单片机控制的小功率直流伺服系

统。本文选用的驱动芯片是飞思卡尔半导体公司的H桥式驱动器MC33886。其管脚示意图如左图所示，应用电路如右图所示

MC33886管脚示意图MC33886应用电路

工作特性:

(1)5V到40V的连续操作。

(2)可以接受TTL或CMOS以及与它们兼容的输入控制信号。

(3)PWM控制频率可以达到10kHz。