简易智能小车设计

5cd8e6247c7eb4177e419765b0e963c0.pdf简易智能小车目录摘要 1第一章 方案比较与设计11.1方案比较与选择 1 1.1.1电机选择方案比较与选择1 1.1.2 电机驱动方案比较与选择1 1.1.3 恒流（压）充电电路方案比较与选择11.2 方案设计与论证 2 1.2.1整体电路组成2 1.2.2总体电路组成框图2第二章 电路设计、理论分析与计算 22.1主要电路模块的分析计算与设计 2 2.1.1恒流、恒压充电电路2 2.1.2控制电路3 2.1.3显示电路4 2.1.4电源电路5 2.1.5创新部分52.2 软件设计6 2.2.1程序流程图6 2.2.2主要程序清单(见附录2)6第三章 测试数据与结果分析 63.1题目要求的测试 6 3.1.1输出恒流状态的测试6 3.1.2输出恒压状态的测试7 3.1.3数字显示功能8 3.1.4过热保护功能的测试83.2创新部分的测试 83.3结果分析 9第四章 总结 9参考资料 10附录 11附录1电路总图 11附录2主要程序清单 12第 12 页 共 12 页简易数控充电电源摘要 本系统以直流电源为核心，NEC upd78F0547单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，并可由液晶显示器显示输出的电压、电流值。本系统由单片机程控设定数字信号，经过D/A转换器输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电流（压）。实际测试结果表明，本系统可稳定地实现恒压或恒流充电状态，并在恒流输出时可设置电流100mA慢充和200mA快充，电压（流）波动和纹波电压（流）小，并具有过热保护和自动恢复功能。关键词：恒压，恒流，电压（流）波动，纹波电压（流）小。第一章 方案比较与设计1.1方案比较与选择 1.1.1 控制电路方案比较与选择：方案一：采用通用的51单片机作为主控器，完成数据处理，键盘扫描，显示部分的控制等。但51单片机没有AD转换，需要外接AD芯片来转换采集到的电压信号，使电路的硬件、软件变得复杂。方案二：采用NEC的upd78F0547单片机，该单片机在本设计方案中具有以下优点：1：内置上电复位清零电路，低电压侦测电路和独立源看门狗电路，不需要任何外围元件；2：64个I/O口，不需要外扩展；3：8路10bit A/D ；4：低功耗，宽电压范围，抗干扰能力强；5：自带键盘中断； 比较上述2种方案，方案二电路简单、软件简洁、功能强，本课题中我们采用方案二。 1.1.2 显示电路方案比较与选择：方案一：采用数码管显示，成本低，亮度高，醒目。但在显示较多的项目时，硬件电路复杂，功耗大。方案二：采用肇庆金鹏OCMJ4X8C液晶屏，该屏自带字库，驱动程序简单，可以显示4行8列汉字（或4行16列字母，数字）。显示信息量大，外形美观。课题中需要同时显示电压，电流的设定值和输出值等，要求显示内容丰富。比较上述2种方案，方案二电路简单、显示信息量大、能很好的满足题目要求，我们采用方案二。 1.1.3 恒流（压）充电电路方案比较与选择：方案一：选用CPLD等可编程逻辑器件，电路结构简单，工艺上容易实工作稳定。方案二：采用运算放大器等通用电路实现恒流（压）的控制、调整，成本低、使用灵活、完全能满足题目对简易恒流（压）电源的要求。比较上述两种方案，虽然方案一实现起来比较容易，而且可以很容易地满足各项指标要求，但是，我队参赛的选手是大二的学生，目前还没有学习有关可编程逻辑器件（CPLD）的课程，所以我们选择方案二。1.2方案设计与论证 1.2.1整体电路组成电路部分主要有：恒流、恒压充电电路，检测电路，控制电路，显示电路，、键盘电路，创新部分电路等模块组成。 1.2.2总体电路组成框图图1.1 总体电路组成框图第二章 电路设计、理论分析与计算2.1 主要电路模块的分析计算与设计 2.1.1恒流、恒压充电电路这部分电路是整个电路的核心部分，主要由D/A转换电路，恒流、恒压调整电路，检测电路组成。控制电路输送来的数字信号由D/A转换电路IC205转换成模拟信号作为基准电压，然后送到电压比较器IC201的正输入端。输出端取样电阻上取得取样电压信号送到电压比较器IC201的负输入端，与基准电压比较，比较结果由IC201的输出端反馈到T202，控制T202的导通状态。由D201、D202、R201、T203组成一个恒流源A，恒流值I=2Ud-Ube/R201 。T202的导通状态影响着对恒流源A的吸收电流，从而改变恒流源A对调整管T201基极的驱动电流，稳定调整管T201的输出值。为减小输出纹波，调整管T201使用达林顿三极管。调整管T201基极电流由一恒流源提供，进一步减小电源电压波动对调整管T201带来的影响。电路采用悬浮驱动。电位器W103以及单片机（内含A/D转换）组成电压检测电路。W103将输出电压的取样信号送单片机内部的A/D电路进行转换，转换得到的数字信号由单片机处理，并由LCD显示器显示测量值。取样电阻R202、IC202以及单片机（内含A/D转换）组成电流检测电路。取样电阻R202上的取样信号送IC202处理、送单片机内部的A/D电路进行转换，转换得到的数字信号由单片机处理，并由LCD显示器显示测量值。图2.1 恒流、恒压充电电路原理图 图2.2 D/A转换电路原理图 2.1.2控制电路控制电路主要由NEC upd78F0547单片机及外围电路、键盘电路等组成。单片机接收检测电路传输来的信号，经过A/D转换后将电压和电流值显示到液晶上。该电路能够通过按键设定电源的输出电压值和电流值，通过控制D/A芯片的设定值实现控制输出电压值和电流值。并根据检测实际输出的电流（压）值与设定值比较后，调整D/A芯片的设定值 ，使得电源的输出稳定、可靠。 图2.3 CPU电路原理图 图2.4 键盘电路原理图 2.1.3显示电路显示电路采用4行8列的汉字液晶屏显示实际的设定电流值、设定电压值、实际输出的电流值、实际输出电压值。电压分辨率0.1V。电流分辨率1mA。液晶屏能够在设定时显示设定的电压和电流值。 图2.5 LCD显示电路原理图 2.1.4电源电路此电源电路具有2组输出直流输出，一组为主输出DC18V，作为充电电路的能源输入；另一组输出DC 12V和DC 5V，给本电源中控制电路、恒流（压）调整电路、显示电路等部分提供工作电源。 图2.6 电源电路原理图 2.1.5创新部分1. 恒流输出时，在100mA（慢充）和200mA（快充）可设置的基础上，增加了电流值从100MA-200MA可调功能，步进为20 mA。2. 可设置多种恒压输出状态，恒压输出值：10V,9V,12V。 2.2 软件设计 2.2.1程序流程图 2.2.2主要程序清单（见附录2） 第三章 测试数据与结果分析本题目制作完成后,对整体电路的主要指标进行了实际测试。测试情况如下：3.1题目要求的测试 根据题目基本要求和发挥部分的要求，我们按要求条件反复作了多次测试，记录了测试结果，并对测试结果做了分析、对比。 3.1.1输出恒流状态的测试我们将充电电源接上负载电阻，适当选择负载电阻值，使充电电源处于恒流充电状态，进行模拟充电测试。这时可以方便设置100mA（慢充）和200mA（快充），并能通过操作键盘，在100MA-200MA之间方便可靠地调节电流值，步进为20 mA。我们在恒流输出状态允许条件下，多次反复更换不同负载电阻值，测试了更换不同负载电阻时，输出电流变化量的绝对值；在不同负载电阻条件下，实时检测输出的纹波电流值。记录了其中10次测试数据，见表3-1,3-2。 表3-1 输出恒流（100mA）状态的测试数据记录表序号负载电阻值 （欧姆）改变负载电阻时，测试电流变化绝对值发挥部分要求的绝对值测试的纹波电流值发挥部分要求的纹波电流值结果是否满足题目发挥部分要求110-3mA0.8 mA1mA满足要求2151.8 mA3mA0.7 mA1mA满足要求3201.6 mA3mA0.7 mA1mA满足要求4301.3 mA3mA0.6 mA1mA满足要求5401.2 mA3mA0.6 mA1mA满足要求6501.1 mA3mA0.5 mA1mA满足要求7601.1 mA3mA0.5 mA1mA满足要求8701.1 mA3mA0.5 mA1mA满足要求9801.1 mA3mA0.4 mA1mA满足要求10901.0 mA3mA0.4 mA1mA满足要求 表3-2 输出恒流（200mA）状态的测试数据记录表序号负载电阻值（欧姆）改变负载电阻时，测试电流变化绝对值发挥部分要求的绝对值测试的纹波电流值发挥部分要求的纹波电流值结果是否满足题目发挥部分要求110-3mA0.7 mA1mA满足要求2151.7 mA3mA0.7 mA1mA满足要求3201.7 mA3mA0.6 mA1mA满足要求4301.6 mA3mA0.5 mA1mA满足要求5401.6 mA3mA0.3 mA1mA满足要求6501.5 mA3mA0.4 mA1mA满足要求7601.5 mA3mA0.3 mA1mA满足要求8701.3 mA3mA0.2 mA1mA满足要求9801.1 mA3mA0.2 mA1mA满足要求10901.0 mA3mA0.2 mA1mA满足要求 3.1.2输出恒压状态的测试我们将充电电源接上负载电阻，适当选择负载电阻值，使充电电源处于恒压充电状态，进行模拟充电测试。我们在恒压输出状态允许条件下，多次反复更换不同负载电阻值，测试了更换不同负载电阻时，输出电压波动值；在不同负载电阻条件下，实时检测输出的纹波电压值。记录了其中10次测试数据，见表3-3。 表3-3 输出恒压状态的测试数据记录表序号负载电阻值（欧姆）改变负载电阻时，测试电压波动值发挥部分要求的电压波动值测试的纹波电压值发挥部分要求的纹波电压值结果是否满足题目发挥部分要求1200-0.2V7mV10mV满足要求25000.05V0.2V7mV10mV满足要求31K0.05V0.2V6mV10mV满足要求42K0.03V0.2V6mV10mV满足要求54.7K0.03V0.2V4mV10mV满足要求65.6K0.04V0.2V4mV10mV满足要求76.8K0.03V0.2V5mV10mV满足要求88.2K0.03V0.2V4mV10mV满足要求99.1K0.02V0.2V4mV10mV满足要求1010K0.02V0.2V4mV10mV满足要求 3.1.3数字显示功能 充电电源输出电压值、输出电流值，均可在液晶显示屏上以汉字的形式显示。 3.1.4过热保护功能的测试本充电电源具良好的过热保护功能。模仿电源过热的工作环境，进行了多次测试，每次当电源温度上升到60oC（或者大于60oC）时，保护电路马上启动工作，电源停止输出，起到自动保护电源的作用。当电源温度下降到正常状态后，电源自动恢复工作。表3-4记录了其中10次测试情况。 表3-4 过热保护测试情况记录表序号电源保护时的温度（oC）电源温度每次60oC时，是否即时保护每次降温后是否自动恢复结果是否满足题目发挥部分要求161.0是是满足要求260.8是是满足要求360.2是是满足要求460.9是是满足要求560.4是是满足要求660.7是是满足要求760.2是是满足要求860.6是是满足要求960.4是是满足要求1060.5是是满足要求 3.2创新部分的测试 1. 恒流输出时，在电流值100MA-200MA之间,反复进行了很多次的调整测试，步进为20 mA。每次都能方便灵活地进行电流值调整。 2. 恒压输出时，除了10V恒压充电状态之外，还可以方便设置9V,12V等恒压充电状态。反复进行了很多次的调整测试，每次都能方便灵活地进行恒压值调整。3.3结果分析将上述测试结果与题目要求进行了比较、分析，见表3-5。 表3-5 结果分析表 项目 题目要求（发挥部分）测试结果结果分析基本要求输出恒流状态电流100mA（慢充）和200mA（快充）可设置可设置满足要求改变负载，输出电流变化5mA3mA满足要求纹波电流2mA1mA满足要求输出恒压状态改变负载，输出电压波动0.5V0.2V满足要求纹波电压20mV10mV满足要求数字显示数字显示功能实现实现满足要求发挥部分输出恒流状态改变负载，输出电流变化3mA3mA满足要求纹波电流1mA1mA满足要求输出恒压状态改变负载，输出电压波动0.2V0.2V满足要求纹波电压10mV10mV满足要求保护功能电源温度60oC时，保护；降温后恢复实现实现满足要求其他 特色创新部分恒流输出时电流值在100mA-200mA之间可调整，步进为20 mA。无有，可实现满足要求恒压输出时可设置多种恒压输出状态，恒压输出值：10V,9V,12V。 无 有，可实现满足要求本作品设计、制作完成后，对其主要指标进行了实际测试，并将测试结果与题目要求进行了比较、分析。测试、分析结果：本设计主要指标全部满足了题目基本要求和发挥部分的要求。第四章 总结在本次设计的过程中，我们遇到了各种困难和许多没有预想到情况，但通过团队的协作和努力，我们终于克服了困难、解决了问题。由于我们自身水平有限和时间紧张等因素，本作品在设计上还存在许多值得改进的地方。经过此次电子设计竞赛，我们在电路的设计、调试方面得到了很好锻炼，能力也有了很大的提高，同时也深刻的体会到：实践是理论运用的最好检验，懂得了共同协作和团队精神的重要性，提高了我们分析问题、解决问题的能力。参考资料：1 刘守义单片机应用技术西安：西安电子科技大学出版社，20022 王福瑞单片微机测控系统设计大全北京：北京航空航天大学出版社， 19983 曾 波数控恒流源电子世界，第九期，20054 何希才电子电路北京：北京航空航天大学出版社，20035 李义府模拟电子技术基础长沙：国防科技大学出版社，20046 李朝青单片机原理及接口技术北京：北京航空航天大学出版社， 1994 7 刘迎春.MCS-51 单片机原理及应用教程.北京：清华大学出版社，2005.58 全国大学生电子设计竞赛组委会. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇 编：第一届第五届. 北京：北京理工大学出版社，2004.89 杨志忠. 数字电子技术. 北京：高等教育出版社，2003.1210胡晏如. 模拟电子技术. 北京：高等教育出版社， 2004.311罗亚非. 凌阳16位单片机应用基础. 北京：北京航空航天大学出版社， 2003.12 12NEC 78K0/KF2 8位单片机用户手册.2005.7 附录附录1：电路总图