直流电机pwm遥控调速智能小车硬件设计
本设计采用单片机AT89C52对电机进行控制，通过I/O口输出的信号作为电机的控制信号。可以通过红外线遥控器来对电机的状态进行控制；在没有人为干预情况下，小车能够通过红外传感器自主运行，稳定跟踪目标；在遇到前方障碍物时，能够自动躲避，同时伴随有声光报警；能对行驶途中所遇的铁片检测并能实现趋光行驶。采用单片机直接驱动数码管，单片机将存储在内存的程序调入CPU处理,CPU根据发送过来的指令进行相应的动作，控制七段数码管的亮与灭，从而使数码管能够显示出相应的字符。同时电机也根据信号的频率和脉冲数开始旋转。通过调试，电机能够实现正转、反转的功能，小车也能正确实现上述功能。
关键词 AT89C52单片机,红外传感器,电动小车,数码管，红外线遥控
目 录
1 绪论 1
2 方案设计与论证 2
2.1 电动机驱动方案的选择 2
2.2 转向控制方案的选择 2
2.3 黑带检测方案的选择 3
2.4 避障方案的选择 3
2.5 显示方案的选择 4
2.6 供电电源方案的选择 4
3 系统原理图 4
4 芯片介绍 6
4.1 AT89C52单片机硬件结构 6
4.2 L9110芯片的引脚及其功能 9
4.3 红外一体接收头1838 10
4.4 MAX232CPE功能及其引脚 10
4.5 AT89C52单片机芯片 11
4.6 时钟电路与复位电路 12
5 硬件设计电路 13
5.1 电机驱动 13
5.2 红外遥控接收电路 13
5.3 供电电源设计 14
5.4 寻线电路设计 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
4
5.5 障碍物检测电路设计 15
5.6 光源检测电路设计 16
5.7 声音报警电路设计 16
5.8 显示电路设计 17
5.9 “看门狗”电路设计 17
5.10 传感器通道设计 18
5.11 硬件抗干扰设计 19
6 数据测试与理论分析 19
6.1 测试仪器 19
6.2 测试方法 19
6.3 测试数据及测试结果分析 19
6.4 电路原理图仿真 20
6.5 硬件、软件仿真调试 20
附录A 硬件原理图 26
附录B PCB板设计图 27
1 绪论
伴随着汽车工业的迅速发展，对于汽车的研究也就愈来愈受人关注。不管国际上还是地方上的电子竞赛都有关于智能小车这个课题的设计任务，可以看出这是全国各高校都非常重视的课题研究。研究价值十分重大。本次设计便是在这样的环境下提议出来的。本题目是联合科研项目而定下来的设计方面的课题。这类电动智能小汽车应该能够达成用红外来进行的遥控的操作、对小汽车的运动速度的控制、对小汽车的转动方向的控制、对于前面的阻碍物的检测、使用蜂鸣器进行的报警、使用数码管对相应字符的显现等方面的功效。
我们可以确定如下的方案：首先利用齿轮组成齿轮箱，然后将玩具车的轮子和齿轮连在一起，电机通过驱动齿轮带动车轮，再在商场买一辆电动小车专用的配件，经过组装形成完整的车模外型。然后在小车模型外部安装光电、红外线传感器和话筒，达成对电动小车的避障的设计，并将检测到的数据传给单片机来处理，而后凭借单片测出来的数据来智能控制这个电动小车，实现智能化。
这类计划能完成对电动小车的运行状况及时的控制，控制十分的灵活、十分可靠并且精确度高，可达到对该系统的每一项的要求。该设计运用了89C52单片机。以AT89C52 为系统控制的核心，采用了红外线传感器来检查测出运行中遇到的阻碍物，从而完成电动小汽车能够自行避开阻碍物的能力，通过具有反射功能的红外探测器探测黑带的地方，控制电动小汽车进行自动寻迹操作。AT89C52是一个八位的单片机，它的简单、方便、实用和许多功能得到了很多使用者的美评。它是第三代单片机的代表。
这款的单片机能够给外围一个非常完美的总线布局，可以给配置和扩大整个体系提供一个很好的基础。
该设计运用到了相当好的AT89C52这款单片机当作控制整个系统的核心部件，AT89C52选取了CHOMS的制造工艺，功能损耗很低。本设计拥有的实际价值：可以用在机车头灯的自行寻迹、工厂车间的自动化、和一些智能玩具方面，可以提高各种生产效率和改进工作环境。在机器人研究、医疗研究等许多方面也有非常大的提高空间。特别是在足球机器人的研究上有很好的发展前景；这样的设计与实际相结合，有很强的现实意义。
2 方案设计与论证
2.1 电动机驱动方案的选择
方案一：选用数字电位器来改变电动机的分压，来实现调速的目标。但是电阻网络只能完成有限等级的调变速度，然而数字电阻的每个组件的价格都非常昂贵，并且会存在一定的扰动。主要的问题是在普通的电动机有相对较小的电阻，但大电流，这样分压会降低效率，而且很难实现。
方案二：选择继电器来打开和关闭对电机的控制，采用速度控制开关来调整电动小汽车速度。这个电路好的地方是电路比较简单，但是由于继电器需要响应很长的时间，使继电器容易损坏，并且使用寿命比较短，导致没有什么可靠性。
方案三：H桥驱动的电路是选用4块功率很大的晶体管来构成的，这几块晶体管可以分成相互导通与截止两块，并且他们的开关状态是用单片机来进行控制的，然后来改变电动机的运转。由于这几个功率很大的晶体管只作用在饱和与截止两种情况下，所以控制电路的效率会非常的高，这几个晶体管的开关速度也非常的快，而且有很好的稳定性能，是一个被广泛接受的电路。
方案四：运用于电机的驱动芯片L9110，L9110采用了双列齐插式封装从而让步进的驱动电路显得非常简单，并且相当经济。
对比四种方案，我们选择方案四，采用L9110作为驱动芯片。
2.2 转向控制方案的选择
方案一：普通电机转向控制。采用普通双电机控制电动机的转向，利用电机的转速差达到转向的目的，此种电机的控制很简单，现实中应用广泛，比如农用拖拉机就采用这种方法，可靠性较高。
方案二：步进电机转向控制。通过步进电动机来改变电动小汽车的转动及运行的方向，这个方式有转动方向的算法很好实现的长处，并且能够完成一定角度的转动。它便是单单的通过输入一些数字来控制整个电机，它能够把电脉冲产生的信号改换成角位移，就是能够通过前面产生的一电脉冲然后转动一定的角度，从而相当适合于用单片机进行控制，在没有超载情形下，不管是电动机转动时的速度、还是完全停止下来的地方只能通过脉冲信号产生的频率和它产生脉冲的数量来确定的，一点不会被负载的变化而影响的，这时步进电机便转过了一个步距角，它只有循环的没有积累的误差，精确度相当的高，但是它的结构还是相当的复杂。
方案三：继电器控制轮子角度。这种控制方法转弯角度固定，在寻迹过程中不利于调整转向。
综上，我们选择一号方案。
2.3 黑带检测方案的选择
方案一：采用发光二极管发光，用光敏二极管接收。但是光敏二极管受可见光的影响较大，稳定性差。
方案二：使用红外线放射管来进行对红外线的放射，然后再通过红外二极管来收接。选用红外线来进行发射，外面其它可见光对于接收到的信号有很小的影响。对比两种计划，我们选用计划二作为黑带检测计划。
1 绪论 1
2 方案设计与论证 2
2.1 电动机驱动方案的选择 2
2.2 转向控制方案的选择 2
2.3 黑带检测方案的选择 3
2.4 避障方案的选择 3
2.5 显示方案的选择 4
2.6 供电电源方案的选择 4
3 系统原理图 4
4 芯片介绍 6
4.1 AT89C52单片机硬件结构 6
4.2 L9110芯片的引脚及其功能 9
4.3 红外一体接收头1838 10
4.4 MAX232CPE功能及其引脚 10
4.5 AT89C52单片机芯片 11
4.6 时钟电路与复位电路 12
5 硬件设计电路 13
5.1 电机驱动 13
5.2 红外遥控接收电路 13
5.3 供电电源设计 14
5.4 寻线电路设计 1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
4
5.5 障碍物检测电路设计 15
5.6 光源检测电路设计 16
5.7 声音报警电路设计 16
5.8 显示电路设计 17
5.9 “看门狗”电路设计 17
5.10 传感器通道设计 18
5.11 硬件抗干扰设计 19
6 数据测试与理论分析 19
6.1 测试仪器 19
6.2 测试方法 19
6.3 测试数据及测试结果分析 19
6.4 电路原理图仿真 20
6.5 硬件、软件仿真调试 20
附录A 硬件原理图 26
附录B PCB板设计图 27
1 绪论
伴随着汽车工业的迅速发展，对于汽车的研究也就愈来愈受人关注。不管国际上还是地方上的电子竞赛都有关于智能小车这个课题的设计任务，可以看出这是全国各高校都非常重视的课题研究。研究价值十分重大。本次设计便是在这样的环境下提议出来的。本题目是联合科研项目而定下来的设计方面的课题。这类电动智能小汽车应该能够达成用红外来进行的遥控的操作、对小汽车的运动速度的控制、对小汽车的转动方向的控制、对于前面的阻碍物的检测、使用蜂鸣器进行的报警、使用数码管对相应字符的显现等方面的功效。
我们可以确定如下的方案：首先利用齿轮组成齿轮箱，然后将玩具车的轮子和齿轮连在一起，电机通过驱动齿轮带动车轮，再在商场买一辆电动小车专用的配件，经过组装形成完整的车模外型。然后在小车模型外部安装光电、红外线传感器和话筒，达成对电动小车的避障的设计，并将检测到的数据传给单片机来处理，而后凭借单片测出来的数据来智能控制这个电动小车，实现智能化。
这类计划能完成对电动小车的运行状况及时的控制，控制十分的灵活、十分可靠并且精确度高，可达到对该系统的每一项的要求。该设计运用了89C52单片机。以AT89C52 为系统控制的核心，采用了红外线传感器来检查测出运行中遇到的阻碍物，从而完成电动小汽车能够自行避开阻碍物的能力，通过具有反射功能的红外探测器探测黑带的地方，控制电动小汽车进行自动寻迹操作。AT89C52是一个八位的单片机，它的简单、方便、实用和许多功能得到了很多使用者的美评。它是第三代单片机的代表。
这款的单片机能够给外围一个非常完美的总线布局，可以给配置和扩大整个体系提供一个很好的基础。
该设计运用到了相当好的AT89C52这款单片机当作控制整个系统的核心部件，AT89C52选取了CHOMS的制造工艺，功能损耗很低。本设计拥有的实际价值：可以用在机车头灯的自行寻迹、工厂车间的自动化、和一些智能玩具方面，可以提高各种生产效率和改进工作环境。在机器人研究、医疗研究等许多方面也有非常大的提高空间。特别是在足球机器人的研究上有很好的发展前景；这样的设计与实际相结合，有很强的现实意义。
2 方案设计与论证
2.1 电动机驱动方案的选择
方案一：选用数字电位器来改变电动机的分压，来实现调速的目标。但是电阻网络只能完成有限等级的调变速度，然而数字电阻的每个组件的价格都非常昂贵，并且会存在一定的扰动。主要的问题是在普通的电动机有相对较小的电阻，但大电流，这样分压会降低效率，而且很难实现。
方案二：选择继电器来打开和关闭对电机的控制，采用速度控制开关来调整电动小汽车速度。这个电路好的地方是电路比较简单，但是由于继电器需要响应很长的时间，使继电器容易损坏，并且使用寿命比较短，导致没有什么可靠性。
方案三：H桥驱动的电路是选用4块功率很大的晶体管来构成的，这几块晶体管可以分成相互导通与截止两块，并且他们的开关状态是用单片机来进行控制的，然后来改变电动机的运转。由于这几个功率很大的晶体管只作用在饱和与截止两种情况下，所以控制电路的效率会非常的高，这几个晶体管的开关速度也非常的快，而且有很好的稳定性能，是一个被广泛接受的电路。
方案四：运用于电机的驱动芯片L9110，L9110采用了双列齐插式封装从而让步进的驱动电路显得非常简单，并且相当经济。
对比四种方案，我们选择方案四，采用L9110作为驱动芯片。
2.2 转向控制方案的选择
方案一：普通电机转向控制。采用普通双电机控制电动机的转向，利用电机的转速差达到转向的目的，此种电机的控制很简单，现实中应用广泛，比如农用拖拉机就采用这种方法，可靠性较高。
方案二：步进电机转向控制。通过步进电动机来改变电动小汽车的转动及运行的方向，这个方式有转动方向的算法很好实现的长处，并且能够完成一定角度的转动。它便是单单的通过输入一些数字来控制整个电机，它能够把电脉冲产生的信号改换成角位移，就是能够通过前面产生的一电脉冲然后转动一定的角度，从而相当适合于用单片机进行控制，在没有超载情形下，不管是电动机转动时的速度、还是完全停止下来的地方只能通过脉冲信号产生的频率和它产生脉冲的数量来确定的，一点不会被负载的变化而影响的，这时步进电机便转过了一个步距角，它只有循环的没有积累的误差，精确度相当的高，但是它的结构还是相当的复杂。
方案三：继电器控制轮子角度。这种控制方法转弯角度固定，在寻迹过程中不利于调整转向。
综上，我们选择一号方案。
2.3 黑带检测方案的选择
方案一：采用发光二极管发光，用光敏二极管接收。但是光敏二极管受可见光的影响较大，稳定性差。
方案二：使用红外线放射管来进行对红外线的放射，然后再通过红外二极管来收接。选用红外线来进行发射，外面其它可见光对于接收到的信号有很小的影响。对比两种计划，我们选用计划二作为黑带检测计划。
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