单片机控制在智能小车中应用.docVIP

单片机控制在智能小车中应用【摘 要】本设计使用单片机STC89C52作为智能小车的检测和控制核心。主要研究小车行驶过程中的速度测量、直流电机的控制以及转向舵机控制，实行精确定位,由LCD液晶对行驶时间、距离、速度的进行显示。 【关键词】检测；直流电机的控制；转向舵机控制；显示 一、系统方案的设计 本方案以单片机STC89C52为核心，由传感器、直流电机、舵机及相应的驱动电路组成，实现小车高速稳定运行。系统硬件框图如图1： 图1 系统硬件框图 1、控制核心采用STC89C52，编成可选择采用C语言或汇编语言。 2、电源设计单片机及其信号调理电路等需要5V电源供电，舵机的工作电源为6V。 3、电机模块的设计。 1）小车直流电机选用3-6V，输出功率3W,额定转速7000r/min，最大电流0.5A。 2）电机控制。 采用PWM控制方式，电机驱动芯片选用H桥式驱动器MC33886。该芯片内置了控制逻辑、电荷泵、门驱动电路等具有过流、过热、欠压保护电路，通过控制四根输入线可实现电机正反转、能耗制动及反接制动。图2为简化的H桥电路当S1、S4导通且S2、S3截止时，电机正传；S2、S3导通且S1、S4截止时，电流反向流过电机，利用这一点可以使小车处于反接制动状态，迅速降低车速。 图2 H桥控制电机示意图 4、舵机控制。 1）舵机的结构及工作原理 舵机的主体结构有五个部分：外壳、减速齿轮组、电机、电位器、控制电路。工作原理：控制电路接受来自信号线的控制信号，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板，根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。舵机的输入线共有三条，红色中间，是电源线，一边黑色的是地线，这辆根线给舵机提供最基本的能源保证，主要是电机的转动消耗。舵机的控制信号为周期是20ms的脉宽调制（PWM）信号，其中脉冲宽度从0.5ms-2.5ms，相对应舵盘的位置为0-180度，呈线性变化。也就是说，给它提供一定的脉宽，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的对应的位置上。舵机内部有一个基准电路，产生周期20ms，宽度1.5ms的基准信号，有一个比较器，将外加信号与基准信号相比较，判断出方向和大小，从而产生电机的转动信号。由此可见，舵机是一种位置伺服的驱动器，转动范围不能超过180度，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的驱动当中。 2）舵机控制 舵机的控制信号是一个脉宽调制信号，所以很方便和数字系统进行接口。只要能产生标准的控制信号的数字设备都可以用来控制舵机。本设计采用单片机提供舵机的控制信号，编程语言为C51。单片机有两个（或两个以上）内部计数器，我们就用它来产生周期20ms的脉冲信号，根据需要，改变输出脉宽。 3）速度检测模块 在车体上固定一个对射式红外传感器，为了提高精度将码盘装在电机的轴上，使其处在对射式传感器的沟槽间，小车运行时，码盘随车轴一起转动，红外线发射管发出的红外线通过码盘的小孔到达红外接收管，这样就得到一连串的脉冲信号，经过施密特触发电路整形处理后给单片机，单片机对脉冲信号进行计数处理实现测速。 4）显示部分 采用LCD1602B字符型液晶显示器。LCD1602B可以显示2行16个字符，有8位数据总线DB0-DB7和RS、RW、EN三个控制端口，工作电压5V，并且带有字符对比度调节和背光。与单片机接线为：DB0-DB7接单片机的P0.0-0.7;P2.0接RS,P2.1接RW,P2.2接EN。 二、软件设计 PWM经过低通滤波器就可以变成模拟电压输出外围电路简单，成本低、分辨率高。本设计采用了2个16位定时计数器分别完成控制舵机和电机驱动。 1）PWM控制电机 根据调速原理，当电源电压不变的情况下，电枢端的电压平均值取决于占空比的大小，改变占空比的值就可以改变端电压，从而达到调速的目的。 2）舵机控制 舵机的控制直接影响小车的控制效果，首先完成两个任务：首先是产生基本的PWM周期信号，本设计是产生20ms的周期信号；其次是脉宽的调整，即单片机模拟PWM信号的输出，并且调整占空比。 当系统中只需要实现一个舵机的控制，采用的控制方式是改变单片机的一个定时器中断的初值，将20ms分为两次中断执行，一次短定时中断和一次长定时中断。这样既节省了硬件电路，也减少了软件开销，控制系统工作效率和控制精度都很高。 具体的设