基于STC89C52单片机的电动车跷跷板的设计论文

基于STC89C52单片机的电动车跷跷板的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 论文 本设计采用两片STC89C52单片机作为电动车的检测和控制核心，实现电 动车在跷跷板上行驶、平衡，选择正确的行进路线、倒退等功能。电路分为路面 检测模块，平衡控制模块，电机驱动模块，显示模块，速度方向控制模块等几部 分。路面检测模块采用反射式红外发射-接收器来检测黑线；平衡控制模块采用 角度传感器；电机驱动模块通过单片机输出相应控制信号，灵活方便地对车速进 行控制；转向控制模块通过两个步进电机的转速差实现小车的转向。步进电机控 制核心采用STC89C52单片机，与主系统之间通过串行通信来实现同步控制。采 用稳定且独特的软件算法，实现了对小车在行进过程中的运动位置、速度、运动 方向和运动时间等的精确控制。 智能控制 电动车 跷跷板 步进电机 平衡控制 光电检测 1 1.1题目解析 根据题目要求，系统可以划分为控制部分和信号检测部分。其中控制部分包 括：电机驱动模块，显示模块，控制器模块，计时和状态标志模块。信号检测部 分包括：平衡控制模块，路面检测模块。电机驱动模块可以选择集成电机驱动芯 片L298N，显示模块可以选择液晶或者数码管，平衡控制模块可以选择角度传感 器，路面检测模块可以选择光电传感器。 1.2各种 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 比较与选择 方案一系统方框图如图1所示。 光电传感器液晶显示 MCU-控制 角度传感器电机驱动电路直流电机 图1系统方框图方案一 采用ATMEL公司的AT89S52作为核心控制器，传感器输出的信号通过单片机 的处理，实现液晶显示，电机驱动电路采用PWM技术控制直流电机的速度和转向。但迫于其MCU功能和速度有限，没有足够的剩余资源用来做进一步的开发。再者， 虽然直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广，但精度不高， 快速启动性能较差；根据题目要求，要使电动车爬上跷跷板，需使电动车具有快 速启动性能，若采用直流电机则很难达到题目要求。 方案二系统方框图如图2 所示。 2 光电传感器液晶显示 左电机驱动电路左步进电机FPGA 右电机驱动电路右步进电机角度传感器 图2系统方框图方案二 采用FPGA（现场可编程门阵列）作为系统的控制器。采用左右双步进电机 控制两边的后轮，用左右电机的转速差来控制转向。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，减小了体积，提 高了稳定性，并且可应用EDA软件仿真、调试，易于进行功能扩展。由检测模 块输出的信号并行输入FPGA，FPGA通过程序设计控制小车做出相应的动作， 但由于本设计对数据处理的速度要求不高，FPGA的高速处理的优势得不到充分的体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物 硬件电路图布线复杂，加重了电路设计和实际焊接工作。 方案三系统方框图如图3所示。 光电传感器 STC 89C52液晶显示 角度传感器 左电机驱动电路左电机 STC 89C52 右电机驱动电路右电机 图3系统方框图方案三 本方案基于模块化思想，采用两片STC89C52单片机作为小车的控制核心，一片STC89C52单片机控制两个电机，另一片STC89C52单片机用于其余的控制。两片单片机之间通过串行通信来实现同步控制。采用左右双步进电机控制两边的 后轮，用左右电机的转速差来控制转向。各传感器信号经单片机综合分析处理， 同时显示行驶阶段和时间。本方案中所采用的MCU——STC89C52是宏晶推出的性价比极高的单片机，具有8K以上的大容量ROM可供程序编写，这极大方便了液 晶这样需要大容量信息存储的硬件的使用。而且这款基于MCS-51内核的单片机支持ISP下载，在工作时可以不分频，速度是加同样晶振的普通51的12倍，况 3 且这种单片机的功耗又很低，能够满足题目要求。 对比以上三种方案，第一种方案在MCU上性能不足，很难达到预期的设计要 求。而第二种方案在控制和设计上难度较大。综合比较后，我们决定采用第三种 方案。 2.1系统总体设计 经过仔细分析和论证，决定系统各模块的最终方案如下： （1） 控制器模块：采用两片STC89C52单片机控制； （2） 平衡控制模块：采用角度传感器； （3） 路面检测模块：采用光电传感器； （4） 方向控制模块：采用两个步进电机； （5） 电机驱动模块：采用集成电机驱动芯片L298N； （6） 计时显示模块：采用液晶显示器； 设计完毕的整体系统结构图如图4所示。 EEPROM实时存储光电传感器行驶阶段时间显示 STC 89C52液晶显示 讯声光报警角度传感器通平衡位置显示 行串机 双 左电机驱动电路左电机 STC 89C52左后轮速度方向控制 右电机驱动电路右电机 右后轮速度方向图4 整体系统结构图控制2.2主要单元电路的设计 2.1.1 微控制器模块的设计 我们利用自己制作的STC89C52单片机最小系统板作为控制模块。STC89C52单 片机最小系统板原理图见附录。 4 2.2.2 电机驱动电路的设计 电机驱动电路控制安装在左右后轮的两个步进电机，实现智能小车的前进后 退和转向。驱动电路原理图见附录。考虑到电压、电流的等级尺寸、外观等因素， 采用L298N构成的电机驱动电路。 L298N驱动芯片是性能优越的小型电机驱动芯片之一，是一种高压，大电流 双全桥式驱动器，其设计是为接受标准TTL逻辑电平信号和驱动电感负载的，例 如继电器，圆筒形线圈，直流电动机和步进电动机。在4—4.6V的电压下，可以提供2A的驱动电流。L298N芯片具有两抑制输入来使器件不受输入信号的影响。 每个桥的三极管的射极是连接在一起的，相应的外接线端可用来连接外设传感电 阻。可安置另一输入电源，使逻辑能在低电压下工作。L298N还有过热自动关断功能，并有反馈电流检测功能，符合电机驱动的需要。 电机L298N原理方框图如图6 所示。 MCD 13141210 49+V+VSSS 34100nF100nF +Ven ? L298N 11 图6 L298N原理方框图 8 电路的控制逻辑如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 2所示。 表2 电路的控制逻辑 输入 功能 V= 1 C = 1 ， D = 0 正转 en C = 0 ， D = 1 反转 C = D 快停 V= 0 C，D任意 自由停止 en 只要通过控制电路对C、D两个输入端输入TTL电平的0或1即可控制电机的正转、反转及停止。当向C、D两端输入同样电平时，可实现电机的快速停 止。 2.2.3路面检测电路的设计 根据题目，小车在起始端300mm以外，90?扇形区域内某一指定位置自 动驶上跷跷板，要求小车根据路面自动调整方向，回到跷跷板的运动轨迹上，系 统需要将车体的运动状态及时地以电信号的形式反馈到控制部分，控制部分控制 5 两个电机的速度、正转或反转。 本设计中总共使用三个集成的反射式光电传感器TCRT5000装在车体的前方。 反射式光电传感器电路原理图如图7所示。 VCC R210KU1OUT R12K tcrt5000 图7 反射式光电传感器电路原理图 2.2.4平衡控制电路的设计 本设计中采用角度传感器WYH-1判断电动车在跷跷板上所处的位置，WYH-1角度传感器采用新型磁敏感元件，将机械转动或角位移转化为电信号输出，可无电触点 的测量转动角度的变化，输出模拟电压信号。与线绕式、金属膜式、导电膜式结 构相比，具有特点无触点、高灵敏度、极长寿命、高可靠性、360?连续转动等特点。 基本指标如表3所示。 表3角度传感器WYH-1基本指标 型 号 工作电压 线性量程 灵敏度 温度系数 分辨率 WYH-1 DC3.3V～8V ?45? 40mV/1? ?0.01?/? 连 续 输出特性曲线如图8所示。 图8 输出特性曲线 6 3.1 主程序 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图 主程序流程图如图9所示。 图9 主程序流程图 4.1测试仪器及设备 测试仪器及设备如表4所示。 表4 测试仪器及设备 仪器名称 型号 数量 直流稳压电源 DF1731SL3A 1 双踪示波器 DS5022M 1 电脑 —— 3 万用表 UT803 2 卷尺 1 秒表 1 7 4.2 功能测试 4.2.1 基本功能测试 我们在硬件和软件部分制作完成后，对系统进行了测试，共进行8次，所得数据如表5。 表5 电动车跷跷板测试数据 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 （基本部分） 测试次数 第1次 第2次 第3次 第4次 第5次 第6次 第7次 第8次 驶到中心点时间（s) 8 9 8 8 9 8 9 8 达到平衡时间( s) 50 51 52 50 53 51 52 53 测试结果 成功 成功 成功 成功 成功 成功 成功 成功 成功率接近100%，数码管显示正常，整体性能非常稳定，没有出现越界现 象。 4.2.2 发挥功能及其他功能测试 我们在完成基本部分后，又完成了发挥部分的要求，电动车能够自动驶上跷 跷板，并在跷跷板上取得平衡。测试8次，所得数据如表6。 表6 电动车跷跷板测试数据记录（发挥部分） 测试次数 第1次 第2次 第3次 第4次 第5次 第6次 第7次 第8 次 是否达到平衡 是 是 是 是 是 是 是 是 平衡保持时间（s） 5 6 86 5 8 6 8 测试结果 成功 成功 成功 成功 成功 成功 成功 成功 成功率接近100%，数码管显示正常，整体性能非常稳定，没有出现越界现 象。 经过对系统的光电检测部分、驱动电路、角度传感器等的测试，本设计能够 达到设计制作的要求。 在为期四天三夜的比赛过程中，我们克服了种种困难，完成了题目的基本要 求和发挥部分，自身得到了极大的锻炼，使我们的工作能力，实践能力，集体协 作能力得到了很大的提高。感谢大赛组委会为我们提供参加电子设计大赛的机 会，感谢队友们的大力支持，感谢学校为我们的成才所付出的努力。谢谢。 8 VCCVCCVCCVCCR18RP1VCCU4P1P3P2VCCP0174HC573D811111K2129P1.7P1.0P3.0SDAP0.0D7Q7D722223138P1.6P1.1P3.1SCLP0.1D6+5VVCCQ6D633334147P1.5P1.2P3.218B20P0.2D5Q5D5444415156P1.4P1.3P3.3FMP0.3D4Q4D4555526165P1.3P1.4P3.4CSUSBP0.4D3Q3D366667174P1.2P1.5P3.5DIOLAP0.5D2GND+5VQ2D277778183P1.1P1.6P3.6DULAP0.6CJ2D1+Q1D188889192P1.0P1.7P3.7WELAP0.710UFQ0D09999KEY10101010121K1011DIOLA12GNDL201VCCED12VCCRT22KVCC3U1VCC213P3.54STC89C5210K133P3.6P3.552P1.0139P0.0942P10/TP00P3.46P1.1238P0.185RT3P11/TP01P3.4P0.07P1.2337P0.27610KP12P02P0.0P0.18P1.3436P0.367P13P03P0.1P0.29P1.4535P0.458RESETP14P04P0.2P0.310R1P1.5634P0.549P15P05P0.3P0.411VCCP1.6733P0.6310P16P06P0.41KP0.512P1.7832P0.7211P17P07P0.5P0.613112CJ1P0.6P0.714P3.31321SDA13+RETINT1P20VCCP0.7P3.715P3.21222SCLVCC14R8INT0P21162318B201510UFP2217180R2P3.51524FM16VCCT1P2318P3.41425CSUSBT0P2410K1926DIOLAVCCP25203127DULAVCCEA/VPP2628WELAX1P27X119X1X218C2X230PD10R9RET910P3.0Y118B20P3.0RESETRXDVCC11P3.112.000MHZTXD1KP3.71730ALERDALE/PP3.61629PSENC3WRPSEN30PX2DS18B20e10KGNDR19bC1VCCI/ODAC0832cVCCS1S2S3S4P3.2120CSVCCVCCP3.0P3.62104VCCWR118WR2J6198DAOUTVCCILEVREFMAX232C417XFER1S5S6S7S82C5P3.1P0.079DI0RFB3104104P0.16116DI14C1+VCCP0.2511215MAX232DI2IOUT1V+GNDS9C6P3.0P0.3412314DI3IOUT2C1-1CoutP3.2104P3.1P0.416413DI4C2+1C inP0.515512DI5C2-151outP0.6143611DI6GNDV-151 inD9P0.71310710DI7GND2Cout25 1inC7892Cin251out104 12AD0804VCCR7ABP3.412012010KP3.52191219VCCP3.6318RT1 10K6318P3.7ADIN41723417CSAD5167TAP2516R4P3.761531615C10P3.6P1.0714810K714P1.1813J54813104P1.2912DB99912P1.3101151011P1.4P1.5VCCP1.6R6R5P1.71K1K 9 +5A+12212115V12V9V5VGNDDpower3LED1PLED2P+15VV7805DiodeLED3LED3MC7805CT+5A3OUT5R1PR2PGND41K1K32Header 521 Dpower4+12+15VV+123LM317INLM317BTDiode1IN2+12+12+12+12OUTDpower1C_317ADJRPOWER104+5ARes1DiodeD8D10D12D14RVPOWER1K1DiodeDiodeDiodeDiode123GNDGNDMout 1Header 31234Header 4D9D11D13D15DiodeDiodeDiodeDiodeP0 0L298 1P0 1signalin59P0 2IN1VSS+5A74P0 31IN2VS+1210P0 4P2 02IN3IN1L1GNDGNDGNDGND122P0 5P2 13IN4OUT1IN2L1enable3P0 6P2 24OUT2IN3L1613P0 7P2 351EN AOUT3GNDIN4L1motorout A0 L2981111462EN BOUT4motorout A1 L298173EA1L1motorout B0 L2981184ISEN AEA2L1motorout B1 L2981815GNDISEN BHeader 8Header 41122L298N33GNDM1sense1M1sense2Header 3Header 3GNDGNDG1TLP521P0 14164161212+12+12+12+123535P0 2676712P0 012109+5AR1OUTGD0D2D4D6109GNDR1ING+51311DiodeDiodeDiodeDiodeGND1311GND11514IN1L01GND15142IN2L023P0 38IN3L0384IN4L045TLP521-4IN1L156IN2L1Mout 067IN3L1781IN4L189293G2TLP521Header 94Header 9P0 541641612Header 4D1D3D5D712GNDGNDC2C3DiodeDiodeDiodeDiode35Cap Pol3Cap Semi35P0 667220uF1056712P0 412109L298 0109GND131159GND1311GNDIN1VSS+5AGNDGNDGNDGND151474GND1514IN2VS+1210IN3IN1L0P0 781228IN4OUT1IN2L03OUT2IN3L0TLP521-4613EN AOUT3IN4L0motorout A0 L29801114EN BOUT4motorout A1 L2980R3ING+5G3TLP521EA1L0motorout B0 L2980P2 1416+5AR3OUTG11416ISEN AEA2L0motorout B1 L2980128152121GNDISEN BEA1L03235EA2L0L298N4353P2 267EA1L1GND567412P2 0EA2L161251097109GND6GNDGND13118GND1311GND715149GND151489Header 9P2 38811PNIN+5Header 922TLP521-41332M0sense1M0sense2Header 3Header 3Header 2 10 11 名称 规格 封装 数量 MCU STC89C52 DIP40 1 芯片 74HC573 DIP20 1 发光二级管 黄、绿 E0805 11 数模转换器 DAC0832 DIP20 1 模数转换器 ADC0832 DIP20 1 芯片 MAX232 DIP16 1 串口 DB9 DB9SLE 1 按键 浮动 KEY-4 11 电位器 10K —— 2 电位器 2K —— 1 电阻 1K AXIAL-0.4 5 电阻 10K AXIAL-0.4 4 晶振 12MHz —— 1 瓷片电容 30p 0805 3 瓷片电容 104 0805 6 电解电容 10uF/16V CAPJ 2 排针 —— —— 若干 规格 封装 数量 MCU STC89C52 DIP40 1 芯片 L298N DIP15 2 稳压芯片 78L05 BCY-W3/E4 1 稳压二极管 IN4007 BAT-2 16 电阻 200Ω AXIAL-0.4 2 瓷片电容 33p CAPR2.54-5.1x3.2 3 电解电容 10uF/25V CAPPR2-5x6.8 1 排阻 10kΩ HDR1X9 1 晶振 24MHz DIP2 1 散热片 —— —— 1 排针 —— —— 若干 12 规格 封装 数量 光电传感器 TCRT5000 —— 3 电位器 202 VR5 3 电阻 10kΩ AXIAL-0.4 3 排针 —— —— 若干 13 目 录 一、 系统方案论证 ...................................................................................................... 2 1.1题目解析 ............................................................................................................................ 2 1.2各种方案比较与选择 ........................................................................................................ 2 二、系统硬件设计 ........................................................................................................ 4 2.1系统总体设计 .................................................................................................................... 4 2.2主要单元电路的设计 ........................................................................................................ 4 2.1.1 微控制器模块的设计 ........................................................................................... 4 2.2.2 电机驱动电路的设计 ........................................................................................... 5 2.2.3路面检测电路的设计 ............................................................................................ 5 2.2.4平衡控制电路的设计 ............................................................................................ 6 三、系统软件设计 ........................................................................................................ 7 3.1 主程序流程图 ................................................................................................................... 7 四、系统功能测试 ........................................................................................................ 7 4.1 测试仪器及设备 ............................................................................................................... 7 4.2 功能测试 ........................................................................................................................... 8 4.2.1 基本功能测试 ....................................................................................................... 8 4.2.2 发挥功能及其他功能测试 ................................................................................... 8 五、结论 ........................................................................................................................ 8 六、致谢………………………………………………………………………………8 14