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基于单片机的智能小车控制系统设计

本文摘要:本文主要研究了利用MCS-51系列单片机掌控PWM信号从而构建对智能小车掌控的方法。本项目中使用了利用单片机对PWM信号的软件构建方法,并且通过对PWM信号频率展开调节,从而掌控其输出信号波形等皆不作了详尽的阐释。此外,本文中还使用了芯片L298N作为功率放大电路的驱动模块,把单片机输入的黯淡的电流型号缩放从而使电机符合扭矩的拒绝。 另外,本系统中用于四位共计阳极数码管对电机的扭矩、方向展开监控,需要直观的仔细观察电机的变化,通过独立国家键盘手动掌控电机的扭矩。

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本文主要研究了利用MCS-51系列单片机掌控PWM信号从而构建对智能小车掌控的方法。本项目中使用了利用单片机对PWM信号的软件构建方法,并且通过对PWM信号频率展开调节,从而掌控其输出信号波形等皆不作了详尽的阐释。此外,本文中还使用了芯片L298N作为功率放大电路的驱动模块,把单片机输入的黯淡的电流型号缩放从而使电机符合扭矩的拒绝。

另外,本系统中用于四位共计阳极数码管对电机的扭矩、方向展开监控,需要直观的仔细观察电机的变化,通过独立国家键盘手动掌控电机的扭矩。关键词:智能小车;单片机;PWM;§1.1章节   随着科学技术的不断进步,电气工程与自动化技术于是以以令人瞩目的发展速度,转变着我国的工业的整体面貌。同时,对社会的生产方式、人们的生活方式和思想观念也产生了根本性的影响,并在现代化建设中充分发挥着更加最重要的起到。

随着与信息科学、计算机科学和能源科学等涉及学科的交叉融合,它正在向智能化、网络化和集成化的方向发展。   现代工业生产中,电动机是主要的驱动设备,目前在直流电动机拖系统中已大量使用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZ—D拖系统,代替了轻巧的发电一动一电动机的F—D系统,又预示着电子技术的高度发展,促成直流电机调压逐步从模拟化向数字化改变,尤其是单片机技术的应用于,使直流电机调压技术又转入到一个新的阶段,智能化、高可靠性已沦为它发展的趋势。直流电机调压基本原理是比较简单的(相对于交流电机),只要转变电机的电压就可以转变扭矩了。

转变电压的方法很多,最少见的一种PWM脉宽调制,调节电机的输出频率就可以掌控电机的平均值电压,掌控扭矩。   PWM掌控的基本原理很早已早已明确提出,但是不受电力电子器件发展水平的制约,在上世纪80年代以前仍然没能构建。直到转入上世纪80年代,随着全控型电力电子器件的经常出现和很快发展,PWM控制技术才确实获得应用于。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代掌控理论、非线性系统控制思想的应用于,PWM控制技术取得了空前的发展,到目前为止,早已经常出现了多种PWM控制技术。

   §1.2选题的目的与意义   智能化作为现代社会的新产物,是以后的发展方向,它可以按照预先原作的模式在一个特定的环境里自动的运作,需要人为管理,之后可以已完成预期所要超过的或是更高的目标。同遥控小车有所不同,遥控小车必须人为掌控改向、启停和遇事,   较为先进设备的遥控车还能掌控其速度,而智能小车,则可以通过计算机编程来构建其对行经方向、启停以及速度的掌控,需要人工干预,是一个集环境感官、规划决策,自动行经等功能于一体的综合系统,它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航系统、人工智能及自动控制等技术,是典型的高新技术综合体。

所以关于汽车的研究也就更加不受人注目,本设计就是在这样的背景下明确提出的,为了适应环境机电一体化的发展在汽车智能化方向的发展拒绝,明确提出简陋智能小车的设想,目的在于:通过独立国家设计并制作一辆具备非常简单智能化的简陋小车,取得项目整体设计的能力,并掌控多通道多样化传感器综合掌控的方法。   传统的控制系统使用仿真元件,虽在一定程度上符合了生产拒绝,但是因为元件更容易老化和在用于中易受外界阻碍影响,并且线路简单、通用性劣,掌控效果受到器件性能、温度等因素的影响,故系统的运营可靠性及准确性得到确保,甚至经常出现事故。   目前,直流电动机调压系统数字化早已南北实用化,预示着电子技术的高度发展,促成直流电机调压逐步从模拟化向数字化改变,尤其是单片机技术的应用于,使直流电机调压技术又转入到一个新的阶段,智能化、高可靠性已沦为它发展的趋势。

   §1.3研究方法   本文主要研究了利用MCS-51系列单片机,通过PWM方法掌控智能小车的直流电机驱动。文章中使用了单片机构成PWM信号的再次发生系统,然后通过缩放来驱动电机。

以四位共阳数码管表明电机速度,它能间接直观的仔细观察到电机速度的变化,用独立国家键盘来手动掌控电机的扭矩和改向。           第二章总体设计阐述       智能小车调压概述:单片机直流调压系统可实现对智能小车直流电动机驱动的光滑调压。PWM是通过掌控相同电压的直流电源电源频率,从而转变阻抗两端的电压,进而超过掌控拒绝的一种电压调整方法。在PWM驱动掌控的调整系统中,按一个相同的频率来接上和插入电源,并根据必须转变一个周期内“接上”和“插入”时间的长短。

通过转变直流电机电枢上电压的“频率”来转变平均值电压的大小,从而掌控电动机的扭矩。因此,PWM又被称作“电源驱动装置”。本系统以AT89S52单片机为核心,通过单片机掌控,C语言编程构建对直流电机的光滑调压。   系统控制方案的分析:本智能小车系统以单片机系统为相结合,根据PWM调压的基本原理,以直流电机电枢上电压的频率来转变平均值电压的大小,从而掌控电动机的扭矩为依据,构建对直流电动机的光滑调压,并通过单片机掌控速度的变化。

§2.1基于单片机掌控的智能小车基本理论§2.1.1直流电机调压原理   根据励磁方式有所不同,直流电机分成自励和他励两种类型。有所不同励磁方式的直流电机机械特性曲线有所不同。对于直流电机来说,人为机械特性方程式为:             (2-1)式中,——额定电枢电压、额定磁通量;,--与电机有关的常数;,——电枢另加电阻、电枢内电阻;,——理想3组扭矩、扭矩叛。   分析(2-1)式求得.当分别转变、和时,可以获得有所不同的扭矩,从而构建对速度的调节。

由于=,当转变励磁电流时,可以转变磁通量的大小,从而超过逆磁通调压的目的。   如图1-1右图。

理想3组扭矩随电枢电压乘载而再次发生适当的乘载变化。有所不同电枢电压的机械特性曲线互相平行,解释硬度不随电枢电压的变化而转变,电机带上阻抗能力恒定。

当我们光滑调节他励直流电机电枢两端电压时,可实现电机的无级调压。基于以上特性,转变电枢电压,构建对直流电机速度调节的方法被普遍使用。  图2.1直流电动机机械特性曲线图2.2电枢电压“频率”与平均值电压关系§2.1.2直流电机调压原理   PWM是通过掌控相同电压的直流电源电源频率,从而转变阻抗两端的电压,进而超过掌控拒绝的一种电压调整方法。PWM可以应用于在许多方面,如电机调压、温度控制、压力掌控等。

在PWM驱动掌控的调整系统中,按一个相同的频率来接上和插入电源,并根据必须转变一个周期内“接上”和“插入”时间的长短。通过转变直流电机电枢上电压的“频率”来转变平均值电压的大小,从而掌控电动机的扭矩。

因此,PWM又被称作“电源驱动装置”。在脉冲起到下,当电机通电时,速度减少;电机断电时,速度渐渐增加。只要按一定规律,转变合、断电的时间,才可让电机扭矩获得掌控。另设电机一直接上电源时,电机扭矩仅次于为,另设频率为=/,则电机的平均速度为:   =*(2-2)式中,——电机的平均速度;--电机仅有通电时的速度(仅次于);=/--频率。

   由公式(2-2)可见,当我们转变频率时=/,就可以获得有所不同的电机平均速度,从而超过调压的目的。严苛地谈,平均速度与频率=/并不是严苛的线性关系,在一般的应用于中,可以将其近似于地看作线性关系。§2.1.3设计方案   本文主要讲解利用单片机对PWM信号的软件构建方法。

MCS一51系列典型产品AT89S52具备两个定时器和。通过掌控定时器初值和,从而可以构建从S52的给定输入口输入有所不同频率的脉冲波形。由于PWM信号软件构建的核心是单片机内部的定时器,而有所不同单片机的定时器具备有所不同的特点,即使是同一台单片机由于搭配的晶振有所不同,自由选择的定时器工作方式有所不同,其定时器的定点初值与定点时间的关系也有所不同。

因此,首先必需具体定时器的定点初值与定点时间的关系。如果单片机的时钟频率为,定时器/计数器为位,则定时器初值与定点时间的关系为:    (2-3)  式中,——定时器定点初值;     ——一个机器周期的时钟数。随着机型的有所不同而有所不同。在应用于中,不应根据明确的机型得出适当的值。

这样,我们可以通过原作有所不同的定点初值,从而转变频率=/,进而超过掌控电机扭矩的目的。   §2.2系统硬件电路设计§2.2.1系统总体设计框图   键盘向单片机输出适当控制指令,由单片机通过P3.0与P3.1其中一口输入与扭矩适当的PWM脉冲,另一口输入低电平,经过信号缩放、驱动电动机控制电路,构建电动机改向与扭矩的掌控,电动机于是以并转,翻转,加快,滑行、急停。

   总体设计方案的硬件部分详尽框图如图2-1右图:第四章结论   本文所述的智能小车系统是以低价位的单片机AT89S52为核心的,而通过单片机来构建小车调整又有多种途径,相对于其他用硬件或者硬件与软件结合的方法构建对小车展开调整,使用PWM软件方法来构建的调压过程具备更大的灵活性和更加较低的成本,它需要充分发挥单片机的效能,对于简陋速度控制系统的构建获取了一种有效地的途径。而在软件方面,通过扫瞄键盘的按下来输出智能小车的运营状态,以及通过单片机来产生PWM从而掌控智能小车的运营状态,这样本身就给单片机带给了极大的开销。如果用硬件来产生PWM波形,单片机的压力不会大大增大。

   另外本文阐述的智能小车系统不是闭环系统,在精确度和掌控效果上大打折扣。特别是在如果是智能小车拿着阻抗,那么运营的效果将无法超过。


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