电设论文——车辆会车自动控制系统

1、车辆会车自动控制系统设计报告摘要：随着工业制造工艺的不断提高和科学技术的迅速发展。车辆，作为人们生活中不可或缺的一部分，关于汽车的研究也越来越受人关注。同时单片机的应用也不断深入，也带动了传统控制检测系统的日益更新。全国各大高校也非常重视该类题目的研究，可见其研究意义和前景。本系统是由89C52作为中心控制芯片，L298N电机驱动芯片，光电开关，电机等元件组成。本系统可以实现路况信息采集，会车区会车，非回车区回车，无线通信等功能。关键词：车辆 单片机 自动控制Abstract： As industrial manufacturing process improvement and the ra

2、pid development of science and technology. Vehicles, as an essential part of people's life, automobiles research also more and more attention by people. At the same time, the application of single chip microcomputer is unceasingly thorough, also contributed to the traditional control test system

3、 increasingly update. The national universities also attach great importance to this topic research, visible the research significance and prospect.This system is made of 89 c51 as center control chip, L298N motor driver chip, photoelectric switch, motor components, etc. This system can realize traf

4、fic information collection, meeting area meeting, not enter retrieve car, wireless communications, and other functions.keyword：vehicle singlechip automatic control目录一、前言 3二、方案论证与选择 31、系统方案的论证 31.1、题目要求 1.2、系统基本方案1.3、各元件优缺点和论证1.4、系统各元件的最终方案·2、各元件的介绍 42.1、单片机 42.2、驱动芯片 42.3、数据采集 52.4、电动机 52.5、电源

5、5三、系统软件框图 9四、系统硬件原理与实现 51、系统各模块设计介绍 61.1、单片机控制模块 61.2、外部传感器模块 71.3、电机驱动模块 71.4、电源模块 82、系统总体电路图 5五、设计数据测量 11六、总结 11参考文献 12附录 12一、前言： 车辆是人们生活中的代步工具，更是不可或缺的一部分。随着人们生活物质上的丰富，人们对生活质量提出了更高的要求。而工业化制造工艺的提高和科学技术的不断进步为单片机的功能越来越强大提供了必要条件。随后智能化科技创新不断出现，例如:智能家居控制系统、道路导航仪。智能家居控制系统：以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、 智能家居-系统设

6、计方案安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。使用遥控器您可以方便地控制房间内各种电器设备，可以通过智能化照明系统选择预设的灯光场景，读书时营造书房舒适的安静；卧室里营造浪漫的灯光氛围 道路导航仪：导航仪是能够帮助用户准确定位当前位置，并且根据既定的目的地计算行程，导航仪通过地图显示和语音提示两种方式引导用户行至目的地的仪器，广泛用于交通，旅游等方面。本系统通过光电开关检测采集信息，经单片机处理分析后来调整处理，应用生产与生活以后将会改善恶劣环境下的交通事故。二

7、、方案论证与选择：1、系统方案的论证1.1、题目要求1.1.1、基本要求（1）甲乙两车分别从各自从发车区出发，正常行驶至对方的发车区停止。要求两车分别能在50秒之内到达终点。（2）两车同时发车，以对方的发车点为终点行进（会车时可以在非会车区域会车）。要求两车在60秒之内到达各自的道路终点，且无碰撞或刮擦。（3）两车同时发车，以对方的发车点为终点行进。其中A车首先进入号会车区避让，待B车通过后再继续前进.要求两车在60秒之内到达各自的道路终点，且无碰撞或刮擦。1.1.2、发挥部分（1）A车先开行，B车后开行，且使之在2号路段相遇；相遇后，后出发的B车后退进入II号会车区避让，会车后两车继续前进，

8、要求两车在90秒之内到达各自的道路终点，且无碰撞或刮擦。（2）任意指定一辆车先开行，另外一辆车后开行。相遇后，要求两辆汽车能根据各自离开会车区的距离进行避让，即离会车区距离近的车辆后退进入会车区避让，进行会车，两车应在90秒之内到达各自的道路终点，且无碰撞或刮擦。（3）其他。1.2、系统基本方案本系统要实现会车区会车，非会车区会车等功能，因此要实现信息采集，信号处理，电机驱动，两车交互等基本功能。光电开关发射管亮暗交替,但亮的时间很短,电流很大,亮度很高, 这样可以屏蔽外界一般强度光（可以是高频的）的干扰，而耗电不会增加。接收管采集信号数据并传送给单片机。经过单片机的分析处理后，把相应的指令传

9、送给L298N。L298N驱动电机做出相应动作。当两车相遇时通过无线通信把信号传送给单片机，单片机做出分析处理后同样传输给L298N用来驱动电机。L298N电机电机驱动无线通信光电开关信号分析处理信号采集两车交互89C52单片机 图2 系统框图1.3、各元件的优缺点和论证1.3.1、主控芯片方案一：STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM，

10、32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。方案二：STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。按性能分成两个不同的系列：STM32F1

11、03“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是16位产品用户的最佳选择。两个系列都内置32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz。论证：考虑到单片机不用处理大量的信息，且STM32相比于89C52造价更高，基本功能89C52都能实现，运用十分灵活。1.3.2、传感器方案一：红外传感器，红外技术发展到现在，已

12、经为大家所熟知，这项技术在现代科技、国防科技和工农业科技等领域得到了广泛的应用。红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：（1）辐射计，用于辐射和光谱测量；（2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；（3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；（4）红外测距和通信系统；（5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。方案二：光电开关按结构可分为放大器分离型、放大器内藏型和电源内藏型三类。 放大器分离型是将放大器与传感器分离，并采用专用集成电路和混合安装工艺制成，由于传感器具有超小型和多品种的特点，而放大器的功能较多。因此

13、，该类型采用端子台连接方式，并可交、直流电源通用。具有接通和断开延时功能，可设置亮、音动切换开关，能控制6种输出状态，兼有接点和电平两种输出方式。 放大器内藏型是将放大器与传感一体化，采用专用集成电路和表面安装工艺制成，使用直流电源工作。其响应速度局面（有0.1ms和1ms两种），能检测狭小和高速运动的物体。改变电源极性可转换亮、暗动，并可设置自诊断稳定工作区指示灯。兼有电压和电流两种输出方式，能防止相互干扰，在系统安装中十分方便。 电源内藏型是将放大器、传感器与电源装置一体化，采用专用集成电路和表面安装工艺制成。它一般使用交流电源，适用于在生产现场取代接触式行程开关，可直接用于强电控制电路。

14、也可自行设置自诊断稳定工作区指示灯，输出备有SSR固态继电器或继电器常开、常闭接点，可防止相互干扰，并可紧密安装在系统中。论证：红外对管造价相比于光电开关造价低，应用方便，但考遇到可能在强光强干扰的环境下工作，而红外对管的抗干扰能力十分低。1.3.3、驱动芯片方案一: L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接457 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为2546 V。输出电流可达25 A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实

15、验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。方案二：L293是著名的SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。其后缀有B、D、E等，除L293E为20脚外，其它均为 16引脚。其额定工作电流为1A，最大可达1.5A，Vss电压最小4.5V，最大可达36V；Vs电压最大值也是36V。1.3.4、电源方案一：9v锂电池，锂电池是指电化学体系中含有锂（包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物）的电池。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂金属电池通常是不可充电的，且内含金属态的锂。方案二：变压器转换稳压，变

16、压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。按用途可以分为：配电变压器、电力变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、油浸式变压器、单相变压器、电炉变压器、整流变压器等。论证：锂金属电池通常是不可充电的，且内含金属态的锂。而且锂电池电压会随着电量的减少而降低，造成电压不稳定，但要考虑到电源的实际应用情况。1.3.5、电机方案一：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信

17、号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 方案二：电机（英文：electric machinery，俗称“马达”）是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。在电路中用字母M（旧标准用D）表示。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。发电机在电路中用字母G表示。它的主要作用是利用机械能转化为电能，按工作

18、电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。论证：步进电机的步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而精确的控制电机的运转。但要考虑到情况有时间限制，步进电机运行速度受限制。1.4、系统各元件的最终方案系统各元件的最终选择：主控芯片：89C52，通过软件程序的编写实现其功能要求。传感器：光电开关，通过红外发射和接受采集信息。驱动芯片：L298N。电机：直流电机。电源：9V锂电池。2、各元件的介绍2.1、单片机51单片机是对目前所有

19、兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一。 基本特性： ·8位CPU·4kbytes 程序存储器(ROM) (52为8K) ·256bytes的数据存储器(RAM) （52有384bytes的RAM） ·32条I/O口线·111条指令，大部分为单字节指令 ·21个专用寄存器 ·2个可编程定时/计数器·5个中断源，2个优先级（52有6个） ·一个全双

20、工串行通信口 ·外部数据存储器寻址空间为64kB ·外部程序存储器寻址空间为64kB ·逻辑操作位寻址功能·双列直插40PinDIP封装 ·单一+5V电源供电 CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器； RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据； ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格； I/O口：四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出； T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式； 五个中断源的中断控制系统； 一个全双工UART（通用异步接

21、收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信； 片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最高振荡频率为12M。2.2、驱动芯片L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。基本特性：·类型 ： 半桥 ·输入类型 ： 非反相 ·输出数 ：4 ·电流-输出/通道 ：2A ·电流-峰值输出 ：3A ·电源电压 ：4.5 V 46 V ·工作温度 ：-25

22、76;C 130°C ·安装类型 ： 通孔 ·封装/外壳 ：Multiwatt-15（垂直，弯曲和错列引线）15脚是输出电流反馈引脚，其它与L293相同。在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。上图是其与51单片机连接的电路图。2.3、数据采集光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。基本特性：·红色：接4.5-5V 电源高电平(3

23、.3 是不能正常工作的要注意)·黄色：接单片机，输出TTL 电平给单片机（加上拉电阻）·绿色（黑色）：接GND 0V 电源低电平·对射式、反射式、镜面反射式光电开关都有防止相互干扰功能，安装方便； ·对ES外同步（外诊断）控制端的进行设置可在运行前预检光电开关是否正常工作。并可随时接受计算机或可编程控制器的中断或检测指令，外诊断与自诊断的适当组合可使光电开关智能化； ·响应速度快，高速光电开关的响应速度可达到0.1ms，每分钟可进行30万次检测操作，能检出高速移动的微小物体； ·采用专用集成电路和先进的SMT表面安装工艺，具有很高的可

24、靠性； ·体积小（最小仅20×31×12mm）、重量轻，安装调试简单，并具有短路保护功能。2.4、电动机直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。基本特性：在轻负载时，由于负载电流小，串联电阻上电压降小，故转速调节很不灵敏。调节电枢端电压并适当调节励磁电流，可以使直流电动机在宽范围内平滑地调速。端电压加大使转速升高，励磁电流加大使转速降低，二者配合得当，可使电机在不同转

25、速下运行。调速中应注意高速运行时，换向条件恶化，低速运行时冷却条件变坏，从而限制了电动机的功率。2.5、电源锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。最早出现的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生，使用以下反应：Li+MnO2=LiMnO2该反应为氧化还原反应，放电。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。基本特性：·高能量密度，锂离子电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半，体积是镍镉的20-30%，镍氢的35-50%。 ·高电压 ，一个锂离子电池单体的工作电压为3.7V(平均值)，相当于三个串联的镍镉或镍氢电池。 ·无污染 ，锂离子电池不含有诸如镉、铅、汞之类的有害金属物质。 ·不含金属锂 ，锂离子电池不含金属锂，因而不受飞机运输关于禁止在客机携带锂电池等规定的限制。 ·循环寿命高 ，在正常条件下，锂离子电池的充放电周期可超过500次，磷酸亚铁锂（以下称磷铁）则可以达到2000次。 ·无记忆效应 ，记忆效应是