简易智能电动车报告.doc
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简易智能电动车设计总结与总结报告
摘要
本文研究的电动小车是在给定的区域内沿着轨迹加减速和完成对小车自动往返控制,主要指标有车轮转动的圈数计数、行驶距离、时间、准确定位停车等。本简易智能电动车采用简单的人工智能技术,以stm32F103单片机为核心,根据光电传感器、超声波传感器、火焰传感器以及自制金属探测器所探测到的信号,可以自动循迹,记忆状态,车辆弯道循迹运行,绕过障碍物行驶,准确进入车库并停车,实时探测金属薄片存储相关信息并发出声光信号以及测量全程时间等功能。采用PWM技术实现电动机的多级调速,采用LCD液晶实时显示金属薄片相关信息以及显示全程时间等功能。整机采用电池经过电源产生3.3V、5V作为单片机和整个智能小车的供电体系。
关键词: 光电传感器 超声波传感器 火焰传感器 金属探测器 PWM技术
一、系统方案设计和论证
1.1主芯片的选择
方案一:采用AT89S52系列单片机。此HYPERLINK /view/1012.htm单片机是一种小而完善的计算机系统,由集成电路构成,其成本低、体积小、功耗低,但是其内部资源稀缺,引脚少,运行速度慢,如果要是实现比较复杂的功能,就需要拓展空间,这样的话,实践起来就会变的复杂麻烦。
方案二:采用MSP430系列单片机。此系列单片机强调超低功耗,有强大的处理能力、高性能模拟技术及丰富的片上外围模块、系统工作稳定、方便高效的开发环境。但此系列单片机不能很好的达到此题的要求。
方案三:采用STM32F103系列单片机。此系列单片机采用ARM 32位Cortex-M3 CPU,最高工作频率达到72MHZ,其嵌套向量中断控制器的设计具有低延迟性,大大提高了性能。它内部功能强大、功耗低,而且外设资源丰富,运行速度更快,计算更精准。
综上分析,故选择方案三。
主芯片驱动主要构造如图1-1。
图1-1主芯片驱动主要构造
1.2电源模块设计方案
方案一:采用实验室有线电源通过稳压芯片供电,其可得到稳定的5v电压,但是拉起线来比较麻烦,而且线太长容易影响小车。
方案二:采用4支1.5V电池单电源供电,但由于这种电池电流会随着时间而减小,从而不能达到不能同时给单片机与电机供电的要求,而且不能重复充电会造成资源浪费。
方案三:用充电电池将220V的电压转化为12V,然后利用LM2576芯片将12v电压转换为可调的稳压源,把LM2576芯片输出的电压送到L7805芯片,L7805芯片输出的5v电压再为AMS1117芯片供电就得到了3.3v电压。这种方法简单方便,更稳定。
综上分析,故选择方案三。
1.3电机驱动模块设计方案
方案一:采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片,它相应频率高,一片L298N可以分别控制两个直流电机,而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动,操作方便,稳定性好,性能优良。
方案二:对于直流电机用分立元件构成驱动电路。由分立元件构成电机驱动电路,结构简单,价格低廉,在实际应用中应用广泛。但是这种电路工作性能不够稳定。
综上分析,故选择方案一。
二、模块设计
2.1电源模块
2.1.1原理及图解
电池输出为模12v的直流电,所以电源模块需要将12v的直流电变换为5v和3.3v。 我们采用一个固定输出电压为5V的三端集成稳压芯片L7805和一个正电压输出低压差的三端线性稳压线路器件AMS1117产生3.3v,分别为模块和单片机供电。由于L7805最大输入电压为9v,所以采用降压型稳压电源LM2576进行降压,它具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力且输出可设置为可调的稳压源,通过电位器将其输出电压调到9v以内,为L7805供电,产生5v电压,再将这5v作为AMS1117的输入,产生3.3v电压。原理图如图2-1。
图2-1电源模块原理图
2.2电机驱动模块
2.2.1原理及图解
L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是:工作电压高,最高工作电压可达46V;输出电流大,瞬间 峰值电流可达3A,持续工作电流为2A;额定功率25W。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、继电器线圈等感性负载。如图3为L298N内部结构。
图2-2 L298N内部结构
使用直流/步进两用驱动器可以驱动两台直流电机,分别为M1和M2。引脚A,B可用于输入PWM脉宽调制信号对电机进行调速控制。输入信号端IN1接高电平输入端IN2接低电平,电机M1正转。
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