电动车设计方案电路原理图剖析

电动车规划计划电路原理图剖析

摘 要

      跟着单片机技能的飞速发展，以及电动机驱动芯片功用的日益完善，本规划体系通过单片机操控直流电动机完结了电动车在符合规则要求的跷跷板上的规则运动：在规则时刻内的行进、撤退运转；跷跷板处于平衡状况时以及抵达跷跷板结尾的泊车候时；分阶段实时显现其行进所用时刻。该规划体系选用双CPU规划思路：选用AT89S52作为主CPU，首要完结对数据收集体系的数据处理，操控，电动车的实时显现，以及主从CPU的通讯功用；选用AT89C2051作为从CPU，操控电机的转速。该规划体系中选用脉冲宽度调制技能（PWM）完结对直流电动机的精确与灵敏调速。

1.   体系规划

1.1全体计划剖析证明

    依据规划要求，以体系中心操控功用的完结为底子，提出两种体系全体规划计划进行剖析证明：

计划一：选用中大规划的可编程逻辑电路作为中心操控部分，其功用模块包含标识线检测，行车道路纠正，实时显现，电机操控等。各个功用模块状况的坚持或搬运的条件取决于传感器收集的信号。对应的体系结构框图如图1.1.1所示。

计划二：选用51系列单片机作为操控中心，而且选用主、从结构的双CPU体系规划思路：选用AT89S52作为主CPU，首要完结数据的收集、处理，电动车状况的实时显现，以及主从CPU的通讯功用；选用AT89C2051作为从CPU，运用该类型单片机具有的脉冲宽度调制输出功用完结对直流电动机的精确与灵敏的调速。此种规划思路可以有用的进步整机的实时操控功用，而且余留了许多的内存和接口，为体系进一步的功用扩展奠定了根底。对应的体系结构框图如图1.1.2所示。

      上述两种计划理论上都是可行的，计划一原理简略，但在为了简化电路构成，选用大规划集成逻辑电路的一起，也令规划体系的本钱大幅提高，然后使整机的性价比大大下降；计划二，选用性价比高的单片组织成双CPU体系，可以充分发挥单片机在小规划主动化规划体系的性价比优势，而且因规划者对单片机运用技能把握的相对愈加娴熟，在规划调试过程中，可操作性更强，发挥的空间也更大，因而咱们选用了实用性较强的计划二。

1.2首要功用模块计划剖析证明

      依据体系功用规划要求，该规划体系应包含：平衡检测模块、定位检测模块、直流电机驱动模块等三大功用模块。

1.2.1平衡检测模块计划证明

      平衡检测模块的首要功用是完结体系检测、驱动、再检测、再驱动的一个循环批改电动车行进道路，确保完结电动车在跷跷板上精确的按要求主动往复运转，平衡阻滞待时，结尾阻滞待时，并能将收集到的相关测验信号送体系操控器进行小车行进时刻和平衡中止时的状况指示。依据所要完结的功用要求，咱们提出两种规划计划：

计划一：运用视点传感器完结平衡检测部分。将视点传感器装置在支撑平板半圆柱块的顶端，板与地上有夹角改动，传感器的输出电压也相应地改动，被检测后送到单片机内进行处理，再由单片机对电机宣布相应的操控信号。

计划二：克己一个通明的，直径约为1cm的塑料管，将一实心小铁球置入其内，两头关闭，在管的两头处置别安放一组对射式红外对管，将此设备平放在小车上，小车在板的中心处时，假如小球不是处于中心方位邻近，就会滑到管的两头，对管的接纳部分将接纳不同的信号，通过处理后送到单片机进行处理，然后宣布对电机的操控信号，调理板与地的夹角，直至其平衡。

      通过试验，发现计划一丈量起来十分杂乱，信号处理电路也比较繁琐，计划二新颖别致，只需在调平衡的过程中把握好电机的步距，特别注意微调，是可以到达功用操控要求的，因而咱们选用了计划二来完结平衡检测功用。

1.2.2定位检测模块

      依据标题规划要求，电动车从A点动身，B点中止5s，然后原路回来停到A点，为了使电动车可以稳定地停靠在规则的区域内，单片机只需实时获取其行进状况，不断作出相应调整。因而咱们别离从两个方面进行考虑：一方面，咱们通过试验核算每一段的行进间隔来操控电动车的起动和中止方位；另一方面，在标题答应的范围内，咱们可以在A、B、C三点别离作一横向的黑带，运用检测设备完结信号的收集，然后便于单片机对电动车的操控。基于此，咱们提出以下两种规划计划。

计划一：选用霍尔传感器检测电动车行进的速度。在车轮上均匀装置若干个磁片，将霍尔集成片装置在固定轴上，跟着轮子的滚动，将得到脉冲，即对应电动车的车轮转速。

计划二：运用反射式光电传感器对已设定的标志进行检测完结对应功用。在A、B、C三点均作出标志后，在小车的头部和尾部别离装置一个反射式传感器，确保电动车在往复时发动和中止功用的完结。对应原理图参电机专用驱动芯片1.2.1所示。

归纳考虑上述计划，发现计划一中霍尔传感器装置较困难，丈量精度无法满意标题要求，而计划二检测可靠性与精度都较高，而且易于完结，因而选用计划二。

1.2.3 直流驱动模块

      电动车电机的驱动体系的功用在很大程度上决议了电动车的全体运转功用，在电动车电动机的挑选上，咱们选用性价比高、操控简略的直流电机。直流电机的驱动办法许多，下面提出两种计划进行剖析证明。

计划一：H型桥式驱动电路。这种电路运用十分广泛，在本规划体系中要不断地使电机在在正转和回转之间切换，也便是由S1、S2导通且S3、S4关断，到S1、S2关断且S3、 S4导通，这将令电路的功用调试作业较烦琐，且体系的硬件电路略显杂乱。其作业原理示意图拜见附录图 1.2.2所示。

计划二：选用集成桥式电机专用驱动芯片。比方运用L298、LMD18200等集成芯片，这一规划计划可令体系的操控电路简练，且可靠性高。

归纳考虑，咱们选用计划二完结直流电机的驱动。

1.3 体系硬件规划

1.3.1 检测电路规划

      光电传感器广泛运用于检测电路中，按结构方式可以分为反射式和对射式。本规划体系中电动车的行车道路检测，起停检测电路都要有反射式光电传感器完结，咱们直接选用TCRT5000传感器，它是将一对红外发射、接纳对管按合理的发射、反射接纳视点装置在一个封装内，然后装置运用十分便利，测验精确度高；而平衡性检测电路由对射式光电传感器完结，此发射承受电路是有分立器材自行装置、调试的，测验成果抱负。

       对射式光电传感器也是由红外线发射管、接纳管构成，而且二者坐落同一直线上，相距约10～20mm，两管间没有障碍物时接纳管接纳到的红外线显着不同于有障碍物时，这样在接纳端就会发生凹凸电平信号。为了让电动车行进到C点，跷跷板到达平衡，咱们制作了一个圆筒，并将其水平放在小车上，通过检测其内的小球所在的方位来调整电动车的方位，然后到达板的平衡。其检测原理图拜见附录图1.3.1所示，在规划中，咱们在圆筒的两头别离装置一个对射式光电传感器。

      直接对光电传感器电路进行测验时发现，没有障碍物时，输出电压可到达4.4V,有障碍物时电压只需0.2V，因为接纳端易遭到搅扰，应将收集到的信号通过整形，比较电路，使其输出可以满意TTL逻辑电平，而且可以改进输出端的抗搅扰特性。施密特触发器的整形功用比较强，可是电压不易调理，若运用电压比较器，只需供给适宜的参阅电压，就可以精确地输出脉冲波形，归纳考虑咱们选用功用较好的电压比较器电路。其原理图如图1.3.2所示。 

      在上图中，咱们运用了专用集成电压比较器LM311，对输入的信号进行处理。端口2是参阅电压输入端，当输入信号幅值大于参阅电压时，输出端7就会输出低电平，反之亦反。考虑检测体系所测得的信号巨细，咱们设定参阅电压为3V。LM311的参阅电压与电源电压的关系为：

      在用MulTIsim软件进行仿真时，咱们发现输出信号的高电平上呈现了毛刺现象，为此咱们在电源和输出端之间接入了一个30pF的电容，作用很好。

1.3.2 驱动电路规划

      在本规划体系中，选用的是ST公司的L298N电机专用驱动芯片。该芯片的首要特点是：作业电压高，最高作业电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，继续作业电流为2A；内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器、线圈等理性负载；选用规范逻辑电平信号操控；具有两个使能操控端，在不受输入信号影响的情况下答应或制止器材作业有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下作业；可以外接检测电阻，将改动量反馈给操控电路。

     由L298N 构成的驱动电路拜见附录图1.3.3 所示。

1.3.3 显现电路规划

      选用LED显现，其特点是亮度大，视觉作用好。LED显现按不同分类办法可分为串行显现和并行显现也可分为静态显现和动态显现。可选用的办法有： MAX7219串行动态显现、74HC164串行静态显现、8279并行动态显现等多种办法。因为本规划选用干电池供电，在电路规划中应尽量下降功耗。

      选用LCD显现。液晶显现器集成度高，削减器材数目下降了功耗，一起也下降了电路的杂乱性。而且液晶显现器自身功耗很小，十分适合于这种电源容量有限的体系。可是液晶显现也有其缺陷，便是显现亮度不行，视觉作用不是很好。

      归纳考虑标题要求，咱们选用功用强大的CH451，它整合了数码管显现驱动和键盘扫描操控以及uP监控的多功用外围芯片。由CH451构成的显现电路拜见附录图1.3.4所示。

1.4 体系软件规划

      体系软件规划分模块进行，首要包含：主机主程序模块、从机的PWM调速程序模块

主机程序流程图如图1.4.1所示：

      从机程序流程图如图1.4.2所示：

2. 体系测验

2.1 体系测验的仪器设备及其资料组成

       数字万用表，数字示波器，可调电源箱，伟福6000软件模拟器，伟福VW软件仿真器，1600mmX300mm跷跷板，卷尺，秒表。

2.2 调试办法和过程

      调试时也是先模块后全体，可显着分为光电传感器模块，红外对管模块，PWM调速模块，显现、报警模块，每个小模块调通后，将它们组合一全体进行调试。

A、光电传感器模块：首要用数字万用表测验模块的输出，待符合要求后再装置到电动车上进行调试，终究发现光电传感器离地上约6cm时作用最好。

B、红外对管模块：首要调试成功一组对管，然后将两组对管组合起来进行测验，这一模块应和PWM模块合作调试。

C、PWM模块调试：不断改动PWM波的周期和占空比使电动车可以敏捷爬坡，稳定平衡，下坡，中止。

D、显现、报警模块：编写显现、报警程序，烧至单片机验证这一模块均可正常作业。

      终究将四个模块整组成一个全体进行调试，完结了电动车上坡，中点平衡，结尾中止功用，而且均到达了规划要求。

测验数据：