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自动往返电动小汽车

2011-7-17 09:57:29  6303 单片机 继电器 直流电机
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一 方案论证与选择

1 电机调速模块

电机调速主要是控制小车的速度与行驶方向。通过对前轮电机转速的控制可控制小车的行驶方向,对小车的行驶速度的控制通过对其后轮转速的控制实现。此模块为本设计的核心部分。

(1) 电机调速方案

方案一:电枢回路串电阻调速。如II-1-1所示,通过单片机控制继电器,这样可以控制接入电枢回路电阻的大小,从而实现串电阻调速。此方案只能分级调速,而且,串入电阻造成能量损耗,而本设计采用电池供电,显然,需要节能的调速系统,故此方案不能达到要求。



图III-1-1  电机电枢回路串电阻调速电路图


方案二:电枢回路串电感调速。原理图与方案一相同,将电阻换为电感,这样可以减小能耗,但由于电感消耗无功功率,造成电源污染,故不能采用此方案。

方案三:采用弱磁调速,即改变电机气隙磁通。此方案可以连续调速,而且,能耗小,可由额定转速向高速方向调节,也可由额定转速向低速方向调节。但由于小车电机不为他励直流电机,故很难改变磁通大小,方案难以实现。

方案四:采用改变端电压调速。根据直流电机机械特性方程

n=Ua/keФ+(Ra+Rj)T/kekTФ2=n0-βTT
n——电机转速;
n0——电机空载转速;
ke、kT——电机结构参数所确定的电机电势常数、转矩常数;
Ф——气隙磁通;
Ua——电动机电枢电压;
Ra、Rj——电机电枢电阻及串入电阻;
T——负载转矩;
βT——机械特性曲线斜率;

由上述直流电动机机械特性知,改变电枢端电压,可以连续改变电动机转速。此方案简单易行,易于实现,故采用此方案。

(2) 改变电压方式选择

方案一:G-M调速系统。即电机带动电动机转动调速。通过改变直流发电机的励磁电流,从而改变输出端电压,这样就改变了电动机电枢端电压。此方案可在四象限运行,但设备多、体积大、费用高、效率低、维护不方便。而且,本设计采用电源供电,此方案很难实现。

方案二:V-M调速系统。可以为半波、全波、半控、全控等形式,通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位,即可改变输出直流电压,从而实现平滑调速。相比方案一,此方案可以大大提高系统动态性能,采用两组还能实现有源逆变。但当系统处在深调速状态时,开关管导通角很小,使得系统功率因数很低,并产生较大的谐波电流,危害电源。
方案三:PWM调速系统,即为直流脉宽调制调速。直流斩波器(直流调压器)可用来直接控制直流电压,实现DC-DC变换。相比V-M调速系统,PWM调速系统有下列优点:a、仅靠电枢电感的滤波就可以得到脉动很小的直流电流,电机电枢容易连续,系统的低速运行平稳,调速范围较宽,电机损耗和发热小。b、快速响应性能好,动态抗干扰能力强。

比较上述三种方案,显然方案三性能好,对电源危害小,故采用方案三。

(3) 电机制动

方案一:能耗制动。采用图III-1-1的电路,在小车到达终点时,通过单片机控制继电器,从而将电阻接入,电机转速下降至零,实现停车。此方案实现电路复杂。

方案二:反转制动。在小车将到达终点时,在电机两端加一负电压,从而电机可快速停转。但此方案很难把握何时加这一负电压,比较难控制,而且,控制电路须再加一组,比较复杂。

方案三:直接将电压降为零来制动。在小车到达终点时,单片机输出控制信号,将电机驱动电路隔断,这样电机端电压为零,小车减速至零。通过车速及路程检测模块检测到的路程超调量,控制电机反转时间与速度,如此调节,最终将小车停靠在终点线。

相比之下,方案三简单易行,易于控制,故采用此方案。

2 地面黑线检测模块

利用光线照到地面发生反射,由于不同颜色反射系数不同来检测。由于白纸反射能力强,而黑线反射很弱,通过传感器接受到不同的光信号,从而输出不同的电平,这样就可以检测出地面上的黑线。

方案一:由可见光发光二极管(如红色、绿色或黄色等)发射可见光,光敏二极管或光敏三极管作为接收器件。发光二极管反射可见光经地面反射到光敏二极管或三极管,光敏二(三)极管因反射的光强不同而呈现不同的电阻值,这样,在经过黑线时即可检测出。此方案简单,但易受外界光源的干扰,容易出错,检测不出黑线。

方案二:脉冲调制式发射接收装置。采用脉冲发射与接收装置可以提高瞬时输出光强,提高抗干扰能力,还能节损能量。此方案最大的一个缺点是不易控制脉冲发射时间间隔,而黑线只有2cm宽,容易跳过黑线而传感器检测不出来。这样就容易出错。

方案三:采用不调制的红外反射接收装置。这样可以提高抗干扰能力,还能灵敏的检测到地面上的黑线,还能区别地面上的脏迹。

经权衡,我们采用方案三。

3 车速及小车行驶路程检测模块

对于速度的测量,有离心式测速表,测速发电机,但在本设计中不能采用这些仪器仪表。本设计中采用传感器检测到车轮转过的圈数,根据测出的车轮周长以及行驶时间即可计算得到小车行驶速度。

方案一:采用磁性传感器件,如霍尔元件、磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏三极管等。在车轮上固定一磁片,磁性传感器根据磁片不同的位置,感受的磁感应强度变化时,输出相应的电脉冲信号,从而完成转速的测量。

方案二:电涡流式转速测量。在小车轮上开一或数条小槽,也可以打一或数的小圆孔,旁边放置一电涡流传感器,由于所开槽(或孔)与电涡流探头的距离不同于电涡流探头与未开槽(或孔)处的距离,致使电涡流传感器将周期的改变输出讯号。此信号经整形可作为计数脉冲,记出车轮转过的圈数。

方案三:光电式传感器测速。在车轮上装一白纸,并将其分为8等份,其中4分份涂为黑色,通过光电对管检测车轮转过的圈数,即可得到小车的行驶速度。

以上三种方案均为非接触式转速测量,具有精度高、动态响应好、稳定性及可靠性好等优点,都在实际中得到了广泛应用。但在此设计中,光点式传感器更易安装,故采用方案三。

4 显示模块

方案一:采用数码管显示。编程驱动简单,但由于数码管只有8段(实际只有7段有效),显示内容有限,而且,耗能很大。

方案二:液晶显示。可以灵活显示各种数字文字,故采用液晶显示器。液晶可以显示行驶速度路程及其单位。耗能小,这对采用电池供电的本设计是一大优势。

5 小结

经上面的论证比较,采用高灵敏度的光电对管检测路面上的黑线,单片机根据检测到的信号输出PWM控制电机转速。同时,采用光电式传感器检测车轮转过的圈数,根据车轮的周长计算出路程,另外,由单片机内部时钟计时,这样就可计算出小车速度。路程及速度结果由液晶显示。系统框图如下图III-1-2。



图III-1-2  系统框图


实现过程及其原理图,如下,
自动往返电动小汽车.zip (38.22 KB, 下载次数: 324 )



来源:我爱电子方案网

4
2011-7-17 09:57:29   评论 分享淘帖
37 个讨论
试试,
2011-12-16 17:15:16 评论

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支持一下。。。
2011-12-23 19:42:48 评论

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支持
2012-3-19 22:47:59 评论

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下载了
2012-7-3 10:59:49 评论

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谢谢楼主
2012-8-13 10:15:08 评论

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再谢谢楼主
2012-8-13 10:16:41 评论

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很有用,
刚好用得着。
谢谢
2012-11-4 14:29:25 评论

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谢楼主了。。。。。。。。。。。。。。
2012-11-4 15:33:24 评论

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{:1:}
2012-11-26 19:56:11 评论

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看着不错啊
2012-11-28 12:03:15 评论

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看看
2012-11-29 11:36:05 评论

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正好要做,试试。。。
2013-1-5 19:33:46 评论

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厉害啊
2013-1-8 13:20:09 评论

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very good
2013-2-16 22:43:54 评论

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先留着,好资料
2013-3-27 22:09:16 评论

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这么详细啊。
2013-3-31 15:11:22 评论

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先下载下来看看,希望对我有帮助
2013-5-15 16:07:16 评论

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正好要做 支持一下!
2013-7-27 16:18:01 评论

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{:15:}{:19:}
2013-8-6 10:29:20 评论

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