多功能小车.docx

1、多功能小车 东华理工大学长江学院课程设计报告课程设计题目： 触控式多功能小车 姓 名： 班 级：0831专 业：机械电子工程指导教师：鲍廷义 2011年6 月 28日触控式多功能小车研制背景：在现在的公交车系统中，在行车控制，到站停靠都是比较单一的，给人们对便捷交通的带来了很大的障碍，随着TD与物联网的融合，移动信息技术的应用给我们的城市带来很多意想不到的便捷。在交通、物流、教育、城市管理、医疗等诸多领域，中国移动以其丰富的信息化应用、周到便捷的服务正在改变着我们的生活，因此本文设计了以下这样的公交系统。1.以下功能：A.到站停车，自动或手动开门。B.小车绕原点旋转。C.在触摸屏上能显示剩余的

2、电能，小车的速度，当前位置与设定值，还包括到站灯亮显示版面。E.能进行自动运行与手动切换功能。E.遇到障碍物时，能自动绕行。F.还具体音乐播放功能。2.按键上图说明：图中为触摸屏中的按钮，其中阿拉伯数字代表公交站的站牌显示；手动到站按键是根据玩者的意愿想让小车在哪个站停，就在哪个站停；音乐按钮是可以实现音乐播放的功能的；小车绕原地旋转是实现小车原点旋转功能；公交车前后门按钮是实现公交车到站后，是否开门；手动与自动切换按钮是用来实现小车是自动运行到站停车还是手动到站停车；公交车设定值按钮是用来实现公交车站牌之间的距离；公交车当前值用来显示公交车瞬时值；时间显示用来显示日常的时间；其余如图所说。3

3、.系统硬件图：图中A,B,C,D,F分别代表速度，公交车当前值，公交车间距设定值，时间，剩余电能数码显示；I从上到下的四个按钮依次代表电源，公交车自动与手动切换，门开关，旋转按钮；H代表站牌显示；G代表步进电机；E代表手动停车按钮。（补充说明：五个数码管显示是通过将其段码并联在一起，并与p.0-p.7相连，五个数码管另外一段也将其并联，并与p2.0-2.3相连；H的四个二极管显示分别接p2.4-p2.7；I的四个按键分别接p3.0-p3.3；G两个步进电机依次接p3.4-3.5；E依次接p1.0-1.3;)4.元器件的选用：考虑到本文多功能小车的设计，其中的许多模块都是要芯片的联合而成的，所以

4、在这些组成模块的元器件的选用上一定要多加考虑，对其中的芯片引脚结构，性能参数上要全面了解，选出后经过实验加以验证，在一系列的验证中得到很多结论，其中下面就是设计中所选用的元器件。A.AT89C51： AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-

5、51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示 主要特性：与MCS-51 兼容;4K字节可编程FLASH存储器;寿命：1000写/擦循环;数据保留时间：10年;全静态工作：0Hz-24MHz;三级程序存储器锁定;1288位内部RAM;32可编程I/O线;两个16位定时器/计数器;5个中断源; 可编程串行通道;低功耗的闲置和掉电模式;片内振荡器和时钟电路。B.步进电机：42BYGH4604参

6、数说明：C.传感器:1)传感器的原理:传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。向传感器提供15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到5V的直流电源，该电源做运算放大器AD822的工作电源；由基准电源AD589与双运放AD

7、822组成的高精度稳压电源产生4.5V的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及V/F转换器的工作电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成1.5v1v的强信号，再通过V/F转换器LM131变换成频率信号，通过信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈，再经过外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平,既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。由于该旋转变压器动-静环之间只有零点几毫米的间隙，加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能

8、力。有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。 2)传感器的应用： 1.自动门，利用人体的红外微波来开关门 2.烟雾报警器，利用烟敏电阻来测量烟雾浓度，从而达到报警目的 3.手机，数码相机的照相机，利用光学传感器来捕获图象 4.电子称，利用力学传感器（导体应变片技术）来测量物体对应变片的压力，从而达到测量重量目的 5.水位报警，温度报警，湿度报警，光学报警等都是，智能传感器已广泛应用于航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中。

9、例如,它在机器人领域中有着广阔应用前景,智能传感器使机器人具有类人的五官和大脑功能,可感知各种现象,完成各种动作。在工业生产中,利用传统的传感器无法对某些产品质量指标(例如,黏度、硬度、表面光洁度、成分、颜色及味道等)进行快速直接测量并在线控制。而利用智能传感器可直接测量与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量(如温度、压力、流量等)。Cygnus公司生产了一种葡萄糖手表,其外观像普通手表一样,戴上它就能实现无疼、无血、连续的血糖测试。葡萄糖手表上有一块涂着试剂的垫子,当垫子与皮肤接触时,葡萄糖分子就被吸附到垫子上,并与试剂发生电化学反应,产生电流。传感器测量该电流,经处理器计算出与该电流

10、对应的血糖浓度,并以数字量显示。4)传感器的功能:1.常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：2.光敏传感器视觉 声敏传感器听觉 3.气敏传感器嗅觉 化学传感器味觉 4.压敏、温敏、流体传感器触觉 敏感元件的分类：物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。化学类，基于化学反应的原理。生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。 ：霍尔开关传感器模块（电机测速/位置检测）： 要说明：一、尺寸：32mm X11mm X 20mm 长X宽X高二、主要芯片：LM393、霍尔开关3144三、工作电压：直流46伏四、特点：1、具有信号输出指示。2、单路信号输出。3、输出有效信号为低电平。4、有磁场切

11、割就有信号输出。5、可用于电机测速/位置检测等场合。简介：当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为 U=KIB/d 其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈力Lorrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度。由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。霍尔传感器的外形图和与磁场的作用关系如右图所示。磁场由磁钢提供，所以霍尔传感器和磁钢需要配对使用。霍尔传感器检测转速示意图如下。在非磁材料的圆盘边上粘贴一块磁钢，霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。圆盘每转动

12、一圈，霍尔传感器便输出一个脉冲。通过单片机测量产生脉冲的频率就可以得出圆盘的转速。 接线图：测速原理图：位置估算传感器模块：模块组成：1.集成2轴电子罗盘模块2.集成3轴数字加速度模块3.标准I2C数字接口4.5V电源供电5.大小26mm X 13mm 很方便的与usb2i2c 模块连接 测试红外线传感器：HC-SR501 普通型 人体红外感应模块 热释电红外传感器 提供电子资料1)技术参数：1.工作电压：DC5V至20V2.静态功耗：65微安3.电平输出：高3.3V，低0V4.延时时间：可调(0.3秒18秒)5.封锁时间：0.2秒6.触发方式：L不可重复，H可重复，默认值为H7.感应范围：小

13、于120度锥角，7米以内8.工作温度：-15+70度9.PCB外形尺寸：32*24mm，螺丝孔距28mm，螺丝孔径2mm，感应透镜尺寸：(直径)：23mm(默认)2)功能特点：1.全自动感应：当有人进入其感应范围则输入高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平。输出低电平。2.光敏控制(可选）：模块预留有位置，可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。光敏控制为可选功能,出厂时未安装光敏电阻。如果需要，请另行购买光敏电阻自己安装。 3.两种触发方式：L不可重复，H可重复。可跳线选择，默认为H。 A.不可重复触发方式：即感应输出高电平后，延时时间一结束，输出将自动从高电平变为低电平。B.可重复触发方

14、式： 即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平(感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。4.具有感应封锁时间(默认设置：0.2秒)：感应模块在每一次感应输出后(高电平变为低电平)，可以紧跟着设置一个封锁时间，在此时间段内感应器不接收任何感应信号。此功能可以实现(感应输出时间和封锁时间)两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。5.工作电压范围宽：默认工作电压DC5V至20V6.微功耗：静态电流65微安

15、，特别适合干电池供电的电器产品。7.输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。3)外接示意图和典型应用：1：正电源2：高低电平输出3：电源负极H：可重复触发L：不可重复触发CDS：光敏控制4)应用范围：热释电红外开关是BISS0001配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成的被动式红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗衣机等装置，是一种高技术产品。特别适用于企业，宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。1.安防产品 2.人体感应玩具3.人体感应灯具4.工业自动化控制等5)使用说明：1.感应模块通电后有

16、一分钟左右的初始化时间，在此期间模块会间隔地输出0-3 次，一分钟后进入待机状态。2. 应尽量避免灯光等干扰源近距离直射模块表面的透镜，以免引进干扰信号产生误动作；使用环境尽量避免流动的风，风也会对感应器造成干扰。3. 感应模块采用双元探头，探头的窗口为长方形，双元（A元B元）位于较长方向的两端，当人体从左到右或从右到左走过时,红外光谱到达双元的时间、距离有差值，差值越大，感应越灵敏，当人体从正面走向探头或从上到下或从下到上方向走过时，双元检测不到红外光谱距离的变化，无差值，因此感应不灵敏或不工作；所以安装感应器时应使探头双元的方向与人体活动最多的方向尽量相平行，保证人体经过时先后被探头双元所

17、感应。为了增加感应角度范围，本模块采用圆形透镜，也使得探头四面都感应，但左右两侧仍然比上下两个方向感应范围大、灵敏度强，安装时仍须尽量按以上要求。D.步进电机：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。工作原理：步

18、进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器 ,虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。东华理工大学长江学院课

19、程设计评分表学生姓名： 班级： 0831 学号：课程设计题目：触控式多功能小车项目内容满分实 评选题能结合所学课程知识、有一定的能力训练。符合选题要求（5人一题）10工作量适中，难易度合理10能力水平能熟练应用所学知识，有一定查阅文献及运用文献资料能力10理论依据充分，数据准确，公式推导正确10能应用计算机软件进行编程、资料搜集录入、加工、排版、制图等10能体现创造性思维，或有独特见解10成果质量总体设计正确、合理，各项技术指标符合要求。10说明书综述简练完整，概念清楚、立论正确、技术用语准确、结论严谨合理；分析处理科学、条理分明、语言流畅、结构严谨、版面清晰10设计说明书栏目齐全、合理，符号统一、编号齐全。格式、绘图、表格、插图等规范准确，符合国家标准10有一定篇幅，字符数不少于500010总 分100指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日