单片机；无线充电；红外循迹；DC - DC稳压模块

PAGE摘要当电源关闭时，无线充电器可以执行无线充电和自动启动功能，然后移动直到电源耗尽，在平坦，稳定的道路上行驶以及在稳定的斜坡上行驶。系统图由基于硬件电路的电子模块组成，并以程序控制为辅。它分为两个主要模块。电源电路和运动控制电路。电源电路通过继电器及无线充电模块的发射极线圈模块和STC89C52微控制器的计时器充电模块。红外传感器检测车辆的跟踪功能。车辆运动控制电路包括无线充电模块和自动启动线圈模块，电容器充电模块，DC电压调节模块和改进的四轮驱动车等模块。关键词：单片机；无线充电；红外循迹；DC-DC稳压模块。AbstractWirelesschargingcarcanbeimplementedwithintheprescribedperiodoftimesincethelaunchofwirelesschargingandpowerfunction,andthenmakethecarrununtilthebatterytobestableclimbingtherampcircuitsystembythehardwarecircuitisgivenpriorityto,thesoftwarecontrolofelectronicmodulesmainlydividedintotwomodules:powersupplycircuitandcontrolcircuitpowersupplysidecircuitincludingwirelesschargingcarmovementmoduleofthetransmittercoilmoduleandSTC89C52single-chipmicrocomputerbytimingthechargingmodule,relaythroughinfraredsensors,realizethecartracingfunction,thecontrolcircuitincludingwirelesschargingcarmovementmoduleofthereceivermoduleSelf-designedself-startmodulecapacitorchargingmoduledc-dcregulatormoduleandmodifiedfour-wheeldrivemodule。Keywords：Singlechipmicrocomputer;Wirelesscharging;Infraredtracking;Faradcapacitance;DC-DCregulatormodule.目录摘要 Abstract I第1章绪论 41.1课题背景 41.2研究课题的目的及意义 41.3课题研究内容及技术指标 4第2章方案设计和论证 62.1系统方案论证 62.1.1单片机的选择 62.1.2单片机型号对比与选择 62.1.3寻迹功能的选择与比较 62.1.4无线充电传输的选择和比较 62.1.5主控系统选择和比较 72.1.6电源的选择和比较 72.2系统方案确定及系统框图 8本章小结 8第3章单元电路设计 103.1单片机最小系统的设计 103.1.1单片机复位电路设计 103.1.2单片机时钟电路的设计 103.2断电自启电路的设计 113.3驱动电路的设计 113.4无线充电模块的设计 123.5红外寻迹模块的设计 13本章小结 14第4章软件程序设计 15主程序流程图 15本章小结 16第5章整机电路工作原理及调试 175.1系统分析 175.2无线充电实验试验结果 175.3断电自启实验试验结果 175.4上坡及循迹实验试验结果 175.5系统整体运行实验结果 17本章小结 18结论 19致谢 错误!未定义书签。参考文献 错误!未定义书签。附录1译文 错误!未定义书签。附录2英文参考资料 错误!未定义书签。附录3整机电路图 错误!未定义书签。附录4程序代码 错误!未定义书签。附录5原件清单 错误!未定义书签。附录6实物图 错误!未定义书签。第1章绪论1.1课题背景信息传播开辟了人类交流的新纪元。由于所有基于电源的无线技术，电能的无线传输开启了人类能源的新纪元，并创造了许多仅在科学小说中出现的新事物和新应用。这对公众意味着它的影响力是非凡的。无线电传输与设备的充电接口无关。因此，当无线电力技术被广泛使用时，电子产品不仅没有插头和电缆，而且电力和充电更加方便。另外，已经开发了不同的品牌，并且消除了接口和充电器的不兼容。结果，用户不再需要将电池供电的电子设备连接到交流电源插座，并且经常出差的人只携带一个薄的电源垫，而不是电袋。这样可以同时解决电源和充电器之间的任何不兼容问题。1.2研究课题的目的及意义无线充电技术的发展将为人们的智能生活带来极大的便利，减少对电源线的依赖，这对于改善用户体验和节省资源具有重要意义。随着人们生活水平的提高和个人智能终端设备的飞速发展，无线充电技术必将在未来的各种场合中发挥重要作用，无论是在家里还是在公共场所，并有助于改善人们的生活体验。未来，无线充电技术将在智能家居可穿戴设备，电动汽车和智能城市相关服务的普及和工业化中发挥关键作用。无线充电技术正朝着更远，更高效，更便捷的方向发展。随着技术的不断优化，无线充电必将在智能可穿戴设备，智能家居，电动汽车和其他领域发挥巨大作用。首先是随着现代技术的发展和人们生活习惯的改变，智能穿戴市场。智能可穿戴产品不断涌现，伴随着人们对智能产品电池寿命的担忧。无线充电无疑将改善这些产品的用户体验，从而使用户可以真正自由地使用这些产品。同时，近年来智能家居行业也迅速崛起。随着物联网的发展，智能家居已成为现实。智能家居还将像互联网一样以无线方式发展，无线充电是智能家居的必要技术之一。智能家居和无线充电这两个领域的完美融合必将促进进步并改变人们的生活。无线充电技术对于电动汽车市场也很重要。随着人们对环境保护的日益关注，未来电动汽车的普及是汽车工业发展的必然趋势。由于加油的特殊性，传统汽车必须通过管道加油。而且由于电动汽车为汽车提供电力，因此“无线加油”成为可能。使用无线充电技术可以更轻松地为汽车充电。一些研究人员设计了一种将充电线圈直接铺设在道路施工中的方案。将来，您将不再需要担心路上是否需要加油。另外，无线充电技术在医疗设备市场中具有很高的应用价值。在医疗设备上使用无线充电技术可使急救设备保持在适当的状态，从而提高急救设备在恶劣环境中的安全性，并为紧急症、重症和重症患者及紧急伤亡人员提供帮助和有力的保护。1.3课题研究内容及技术指标因单片机普遍地具有智能处理的功能，能满足人们基础的设计需求。故而本次的设计以单片机芯片为核心，结合了理论指导和实验验证两方面的优点。首先是各个电路模块和所需的元器件的选择，同时也需对电路模块的元器件的电阻值，电容量进行大致范围的估算。进行了初步的范围的筛选后再进行进一步的精确的选择，最后确定使用。接着对各个单元电路进行调整组合，使之形成完整的电路模式，且在计算机上进行调试和仿真。无线充电模块进行节能高效的充电，由红外传感器，通过单片机处理，采集路面信息，使小车达到循迹目的。本次设计的多功能视力保护器主要能实现以下几种功能：1.具有无线充电功能，发射器采用具有恒流恒压模式自动切换的直流稳压电源供电，供电电压为5V，供电电流不大于1A。2.当小车结束充电后，小车自启，行驶距离5-20米之间，上坡角度20-40°之间。3.当小车检测到黑线时，小车沿黑线行驶。第2章方案设计和论证2.1系统方案论证本设计从总体上将由单片机控制模块、电源模块、无线充电模块、DC-DC稳压模块、红外传寻迹模块等部分组成。在本设计中，选用STC89C52单片机为主要控制，实现循迹功能，器继电器进行断电自启。2.1.1单片机的选择微控制器的存储器具有哈佛结构。另外，固定常数存储在单片机程序存储器中。固定常数通常是常数程序或表格数据。芯片上的8KBFlash地址范围为0000H至1FFFH。扩展程序存储器的最大范围为64KB，相应的地址范围为0000H至FFFF。程序存储器可分为两部分：外部程序存储器和内部程序存储器。访问芯片外部的程序存储器或芯片上的程序存储器确定EA的高低电平。当EA为低电平时，则处理器会在芯片上接收0000H指令。当EA为高电平时，仅外部程序存储器可用，而不是外部程序存储器。2.1.2单片机型号对比与选择1.STC89C52增加了基于AT89C51的AD数模转换，具有更高的集成度；AT89C51是老式的255位微控制器2.STC89C52可以在线编程，即具有ISP功能；而AT89C51必须由程序员操作编译器编程。3.STC89C52具有6T模式，速度更快；AT89C51是12T模式，速度较慢。4.STC89C52集成512或1280字节的RAM，而AT89C51不集成。5.STC89C52具有三个16位定时器；AT89C51只有两个（AT89C52是三个）基于以上优点，选择了STC89C52单片机。2.1.3寻迹功能的选择与比较解决方案1：使用红外传感器查找轨迹。根据反射光的强度，可以判断到障碍物的距离，从而实现跟踪。它使用激光向障碍物发射脉冲，遇到障碍物会散射大量光。接收到一部分光后，通过单片机算法对其进行处理以进行跟踪。解决方案2：使用摄像机的特征查找轨迹。摄像机检测路况，并将其发送到微控制器进行处理。检测精度高，成本巨大，使用相对困难。综合电路图和优点，选择使用红外传感器进行跟踪。2.1.4无线充电传输的选择和比较选择一：电磁感应传输功率为几瓦，传输距离为几毫米至几厘米，充电效率为80％。适用于短距离充电，转换效率高；但是需要特定的放置位置才能进行精确充电，并且金属感应接触会产生热量。选择二：磁共振传输功率KW，传输距离几厘米至几米，适合于远距离大功率充电，转换效率适中；选择三：无线电波传输功率大于100mW，传输距离大于10m，可远程低功率充电，随时随地自动充电；有限的转换效率低，充电时间长，发射功率小；选择四：电场耦合发射功率1-10W，传输距离几毫米至几厘米，适合远距离短距离充电，转换效率高，同一发射电路可在任何电压工作范围内使用而无需更换任何设备极为方便，电路极其简单，具有高精度和良好的稳定性，特别适用于无线感应智能充电。综合考虑，选择方案四2.1.5主控系统选择和比较方案1：使用PLC作为主控制系统。尽管性能稳定但价格昂贵，但我们不采用此解决方案，而是提出第二种方案。方案2：将单片机用作整个系统的核心，并付诸实践以达到给定的性能指标。全面分析我们系统的关键是车辆的自动控制。在这一阶段，单片机具有简单，实用和快速控制的优点。因此，单片机可以充分利用丰富的资源，相对强大的控制功能，位寻址功能和低成本。因此，此解决方案是理想的解决方案。鉴于复杂的多二进制软件控制系统的设计能力，需要能够处理多个二进制值的标准微控制器，而不是简化I/O的小型微控制器。端口和程序存储器。根据这些分析，我选择了STC89C52微控制器作为该设计的主控制器。52系列微控制器具有强大的位处理指令。输入/输出端口可以按位寻址。绰绰有余。在研究了传感器和两个电动机等因素之后，我们选择了单片机，并充分利用了STC89C52单片机的资源。2.1.6电源的选择和比较法拉电容器主要用于提供峰值功率的电源和设备。法拉电容器用作备用电源，可提供能量，安全性和可靠性，较长的使用寿命以及广泛的应用范围。法拉电容器的储能原理与普通电池不同。法拉电容器采取物理储能的形式，但是普通电池确实使用化学储能。这是法拉电容器与普通电池之间的最大区别。此外，法拉电容器和电池的能量存储的关键因素也不同。与电池相比，法拉电容器具有许多特性：法拉电容器具有超低串联等效电阻。法拉电容器的功率密度比普通锂电池大得多。法拉电容器的功率是锂离子电池功率的数十倍以上。放电并充电。法拉电容器使用寿命长，比锂电池更长。法拉电容器可以用大电流充电，充电速度快，时间短，需要简单的充电电路，没有记忆效应。法拉电容器免维护，可以密封。法拉第电容器的温度要求比电池低，并且即使在零下四十度也可以正常使用。考虑到地理位置和实际演示，选择了一个法拉电容器作为电源。2.2系统方案确定及系统框图本设计的硬件设计系统是以STC89C52单片机为核心，采用无线充电模块进行节能高效的充电，由红外传感器，通过单片机处理，采集路面信息，使小车达到循迹目的。设计基本框图如图2-1所示：单单片机最小系统红外传感器无线充电模块驱动电路电机图2-1无线充电小车设计基本框图智能汽车硬件系统是在实现智能汽车的自动跟踪功能，它由车身模块，无线充电及法拉电容模块，单片机控制模块，发动机驱动控制模块，发动机模块和循迹模块组成。它使用红外跟踪模块来检测车辆跟踪，并使用STC89C52RC微控制器作为控制芯片，根据接收到的跟踪信息发出控制命令。L298N运动控制模块用于控制车辆以实现跟踪系统的整体设计。进入“反向模式”和“反向制动模式”本章小结本章主要介绍这次毕业设计的方案选择，针对单片机型号、寻迹模块的寻迹方式、无线充电模块传输的选择以及主控电路的选择，最终确定以单片机为核心的控制器，并对所选方案设计及原进行选择和分析。第3章单元电路设计3.1单片机最小系统的设计3.1.1单片机复位电路设计复位的主要功能是将特殊功能寄存器的数据刷新为默认数据。在微控制器操作期间，由于干扰和其他外部原因，寄存器中的数据可能会混乱。需要重置才能重新启动程序。现在，已经集成了许多微控制器。不需要将诸如上电复位电路之类的微控制器连接到外部上电复位电路。如果它是没有内部上电复位电路的普通微控制器，则没有上电复位电路，微控制器的复位电路将无法正常工作。一般而言，最常用的是开机和重置。所谓的上电复位是指微控制器上电的瞬间。由于电路各部分的电压建立不正常，微控制器将无法正常运行，因此应为微控制器上电。复位通常，微型计算机电路需要5V5％电源，即4.75至5.25V如图3-1图3-1复位电路电路图3.1.2单片机时钟电路的设计时钟电路是为微控制器提供拍子的振荡器，微控制器可以在该拍子的控制下执行各种操作。因此，如果没有时钟电路，微控制器将无法工作。时钟电路本身不控制任何事情，但是您可以通过程序让微控制器根据时钟执行相应的工作。微控制器芯片具有高增益反相放大器。反相放大器的输入为XTAL1，输出为XTAL2。由放大器和同步电路组成的发生器电路形成单芯片同步模式。根据各种硬件电路，微控制器的时钟连接模式可以分为内部时钟模式和外部时钟模式。晶体振荡器的振荡信号从XTAL2触点发送到内部同步电路。内部同步电路将振荡信号分为两部分，以生成微控制器使用的两相同步信号P1和P2。时钟周期称为S状态时间，是振荡周期的两倍。信号P1在每个状态的后一半有效，而信号P2在每个状态的后一半有效。CPU使用两相时钟P1和P2作为基本速度来协调微控制器的有效运行。如图3-2所示图3-2时钟电路电路图3.2断电自启电路的设计继电器是电子控制单元。有控制系统（也称为输入电路）和控制系统（也称为输出电路）。常用于自动控制回路。它实际上是一个使用小电流驱动大电流的“断路器”。因此，它充当电路中的自动调整，保护和电路保护。继电器线圈在电路中用一个长方形符号表示。继电器通常具有感应（输入）机制，可以反映某些输入。有一个执行器（输出部分），可以执行控制电路的开/关命令。在继电器的输入和输出之间，还有一个中间机构，用于连接和分离输入变量，处理和输出功能以及控制。3.3驱动电路的设计使用直流电动机驱动器，驱动板可以驱动2个直流电动机。电平高时，使能端子ENA和ENB有效。如果通过PWM设置直流电动机速度，则必须设置IN1和IN2以确定电动机的旋转方向，并将PWM脉冲输出到电源端子以调节速度。请注意，当使能信号为0时，电动机处于自由停止状态。当使能信号为1且IN1和IN2为00或11时，电动机处于制动状态并阻止电动机转动。如图3-3所示图3-3电机驱动电路图3.4无线充电模块的设计无线充电主要使用电磁感应原理。能量传递通过线圈发生，以便进行能量传递。当系统运行时，输入端将交流电转换为全整流整流器或直接为系统提供24V直流电。电源控制模块的直流电源输出通过石英逆变器转换为高频交流电源，并提供给初级绕组。能量通过两个电感器传输，次级线圈的电流输出通过转换电路转换为DC，从而为法拉电容器充电。其中，XKT-412是由Score半导体有限公司开发的最新的高频大功率集成电路，具有小尺寸和强大的输出功率，是通过无线充电和电源开发的。特征。主要适用于移动电子产品，例如：手机，游戏机，鱼缸，MP3，MP4，成人产品，数码相机，电动剃须刀，学习机，医疗，水下用品等产品；接触充电电源可以使产品完全密封，防水防尘；延长产品寿命并使其更方便使用。发射模块尺寸：长17mm，高12mm，高4mm发射和接收线圈尺寸：外径40mm厚度1.8mm可以在更高的频率范围内工作，可以大大减小发射线圈的尺寸和尺寸，从而提高发射功率并降低其成本小电感需求还可以直接用于将PCB用作启动产品，以简化生产应用。该芯片采用具有电压适应技术的最先进的芯片设计。无需更换设备即可在任何工作电压范围内使用同一变送器电路。该电路非常实用，电路非常简单，具有很高的精度和出色的稳定性能。特别适用于无线智能感应充电。电源管理系统更加可靠。XKT-412负责向系统无线传输功率。它使用电磁能量转换原理，并与接收器一起实时执行能量转换和电路监视。智能控制各种电池的快速充电。使用多个外部组件，可以创建可靠的无线充电器和无线电源。连接方式：引脚1连接到电源的负极。引脚2连接到电源的正极。引脚3和4连接到变送器的外部线圈。传输模块工作电压：5V〜12V。变送器模块的工作电流：根据接收的负载电流自动增加或减少。接收模块的输出电流：5V/500mA，发送/接收距离：1〜20mm。在低电流操作中，可以分别通过增加接收器线圈中的匝数来增加传输距离。发射端与接收端如图3-4，图3-5所示图3-4无线充电模块发射端图3-5无线充电模块接收端3.5红外寻迹模块的设计RPR-220——集成反射式光电探测器。发射器是GaAs红外LED，接收器是非常敏感的硅平面光电晶体管。如图3-6所示，它主要用于游戏机，复印机和办公设备。特点：1、是提高灵敏度的塑料镜片。2、内置可见光滤镜，以减少暗光的影响。3、结构紧凑。在DIP4外壳中可用。发送器和接收器有两个输出触点，长触点为正，短触点为负。参数限制：红外发光二极管的输入参数：1、最大直流电流：50mA。2、最大反向电压：5V。图3-6红外寻迹模块电路图本章小结本章主要是分析时钟电路、复位电路、断电自启、驱动电路、无线充电模块及寻迹模块等各个模块的组成以及其所使用的器件的参数以及电路的实现方法。第4章软件程序设计主程序流程图智能车硬件系统旨在实现智能汽车的自动跟踪功能，包括壳体模块，无线充电及法拉电容模块，单片机控制模块，小车控制模块。电驱动模块，双电机模块和传感器模块。Keil5软件用于C51开发管理软件，用于对高级语言进行编程。它使用红外跟踪模块检测车辆路径，并使用STC89C52RC微控制器作为控制芯片，根据接收到的通道信息发出控制命令。L298N运动控制模块旨在控制车辆以实现跟踪系统的整体配置。使用后转向模式和后制动模式。实验结果表明，智能手推车硬件系统具有合理的模块选择，高效且可执行的管理软件，以及出色的整体卡车性能。自动跟踪功能已成功实现，并使用了“倒车模式”和“倒车制动模式”。出色的转向和制动效果。主程序流程图如图4-1所示。开始开始初始化测试数据处理小车循迹结束红外检测NNYY图4-1主程序流程图当单片机通电后，寻迹模块通过反射面——被检测对象，将反射光反射到接收光敏管，以AT89C52单片机为控制核心，对采集到的信号予以分析判断，并产生PWM波，控制小车左右轮速度使小车及时转向，从而使小车沿着黑色轨迹自动行驶实现小车自动寻迹的目的。若未检测到检测对象，为悬空状态，小车停止，以免坠毁；调用小车停止stop（）；当检测到直线时，调用前进函数run（）；当左边检测到黑线，调用小车左转函数lefturn（）；当右边检测到黑线，调用小车右转函数righturn（）；，使小车达到寻迹的目的。本章小结本章主要介绍了智能车软件的设计思想，分析了不同模块之间的作用，虽然是不同的模块但是这些模块却互相关联，环环相扣。直流电机的好坏直接影响速度控制的效果，速度又影响着转向，速度控制不好就不能转好向，检测对象的清晰程度决定智能车能不能正确转向。这些环节看似无关但其实它们紧密相连，任何一个环节出现问题都会影响到其他环节的作用。它们之间的协调工作，通过程序可以看出各个模块实现功能的机理以及实现功能的逻辑。第5章整机电路工作原理及调试5.1系统分析此设计是在Keil环境中开发的。设计的主要任务是如何安装和学习使用该软件。在对Keil进行简单的学习和理解之后，便编译Keil，然后使用Jlink将其内容刻录到开发板上以实现真实的对象与程序的连接。在编程之前进行必要的设置。步骤1：将微控制器设置为STC89C52RC；步骤2：打开编译后的程序文件，该文件后缀为.hex。步骤3：选择相应的COM端口；步骤4：点击Download（下载）。打开开发板上的开关。5.2无线充电实验试验结果无线充电测试要求将无线充电模块的发射器和接收器用于短距离无线充电，而无需使用数据电缆。无线充电有两种方法：第一种方法：无线充电可以使用学生的电源，直接将电源电压调整为5V，0.5A，使用硬件设备连接到无线充电模块的发射端，并与接收端保持一定距离无线充电。第二种方法：使用充电器将发送端连接到家庭电源。发送端可以将家庭电源电压降低到5V。放置后，会从接收端产生一定距离以进行无线充电。5.3断电自启实验试验结果通过无线充电模块充电后，只要在线圈上施加一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，这将产生电磁效应，电枢将克服复位弹簧在弹簧下的拉力。电磁力的力。到铁芯，从而驱动电枢的动触头和静触头（常开触头）。当线圈没有电源供电时，磁吸引力消失，电枢在弹簧力的作用下返回其原始位置，因此可动触点吸引了原始的静态触点（通常是触点关闭）。这吸引并开始达到接通和断开电路的目的。为简单起见，在继电器和电源之间连接了一个按键开关。当开关关闭时，本机将自动打开。当开关闭合时，按它可以开始跟踪，爬升和其他功能。5.4上坡及循迹实验试验结果关闭电源后，如果无线充电发射器和接收器连接良好，则法拉电容器具有足够的功率，并且可以实现小于20°的角度的爬升功能。调节灵敏度，向上或向下调节灵敏度，并调节传感器与地面之间的距离，使传感器更靠近地面，当检测到一条直线时，调用前进功能，通过驱动模块驱动电机，汽车向前行驶；当向左行驶时当检测到黑线时，电动机由驱动模块驱动，汽车向左转；当右侧检测到黑线时，电机由驱动模块驱动，轿厢向右转；悬挂时，汽车静止不动。5.5系统整体运行实验结果本设计是基于无线充电模块对小车进行无线充电以及光电传感器的简易自动寻迹小车系统。系统整体运行实验结果，系统整体运行，无线充电成功且发光二极管发光，当无线充电后，小车成功断电自启，当按下按键后，小车断电后静止不动，按下按键时，使用光电传感器检测到的车辆将激活车辆以检测道路上的黑色车道，将道路检测信号返回到单片机，并使用单片机AT89C52作为控制核心。一个信号，用于控制汽车左右轮的速度并产生PWM波。当车经过一段时间后，它将自动沿着黑条移动，以达到自动跟随黑线的目的。本章小结本章验证了寻迹模块rp