簡易智能小車設(shè)計(jì)

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1、5cd8e6247c7eb4177e419765b0e963c0.pdf 簡易智能小車 目錄 摘要 …………………………………………………………………………………1 第一章 方案比較與設(shè)計(jì)……………………………………………………………1 1.1方案比較與選擇 ……………………………………………………………1 1.1.1電機(jī)選擇方案比較與選擇……………………………………………1 1.1.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案比較與選擇……………………………………………1 1.1.3 恒流（壓）充電電路方案比較與選擇………………………………1 1.2 方案設(shè)計(jì)與論證 ……………

2、………………………………………………2 1.2.1整體電路組成…………………………………………………………2 1.2.2總體電路組成框圖……………………………………………………2 第二章 電路設(shè)計(jì)、理論分析與計(jì)算 ……………………………………………2 2.1主要電路模塊的分析計(jì)算與設(shè)計(jì) …………………………………………2 2.1.1恒流、恒壓充電電路…………………………………………………2 2.1.2控制電路………………………………………………………………3 2.1.3顯示電路………………………………………………………………4 2.1

3、.4電源電路………………………………………………………………5 2.1.5創(chuàng)新部分………………………………………………………………5 2.2 軟件設(shè)計(jì)……………………………………………………………………6 2.2.1程序流程圖……………………………………………………………6 2.2.2主要程序清單(見附錄2)………………………………………………6 第三章 測試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析 ……………………………………………………6 3.1題目要求的測試 ……………………………………………………………6 3.1.1輸出恒流狀態(tài)的測試…………………………………………………6

4、 3.1.2輸出恒壓狀態(tài)的測試…………………………………………………7 3.1.3數(shù)字顯示功能…………………………………………………………8 3.1.4過熱保護(hù)功能的測試…………………………………………………8 3.2創(chuàng)新部分的測試 ……………………………………………………………8 3.3結(jié)果分析 ……………………………………………………………………9 第四章 總結(jié)…… …………………………………………………………………9 參考資料 ……………… …………………………………………………………10 附錄 ………………………………………………………………………………11

5、 附錄1電路總圖 ……………………………………………………………11 附錄2主要程序清單 ………………………………………………………12 第 12 頁 共 12 頁 簡易數(shù)控充電電源 摘要 本系統(tǒng)以直流電源為核心，NEC upd78F0547單片機(jī)為主控制器，通過鍵盤來設(shè)置直流電源的輸出電流，并可由液晶顯示器顯示輸出的電壓、電流值。本系統(tǒng)由單片機(jī)程控設(shè)定數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬量，再經(jīng)過運(yùn)算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電壓的變化而輸出不同的電流（壓）。實(shí)際測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)可穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)恒壓或恒流充電狀態(tài)，并在恒流輸出時(shí)可設(shè)置電流100

6、mA慢充和200mA快充，電壓（流）波動(dòng)和紋波電壓（流）小，并具有過熱保護(hù)和自動(dòng)恢復(fù)功能。 關(guān)鍵詞：恒壓，恒流，電壓（流）波動(dòng)，紋波電壓（流）小。 第一章 方案比較與設(shè)計(jì) 1.1方案比較與選擇 1.1.1 控制電路方案比較與選擇： 方案一：采用通用的51單片機(jī)作為主控器，完成數(shù)據(jù)處理，鍵盤掃描，顯示部分的控制等。但51單片機(jī)沒有AD轉(zhuǎn)換，需要外接AD芯片來轉(zhuǎn)換采集到的電壓信號(hào)，使電路的硬件、軟件變得復(fù)雜。 方案二：采用NEC的upd78F0547單片機(jī)，該單片機(jī)在本設(shè)計(jì)方案中具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1：內(nèi)置上電復(fù)位清零電路，低電壓偵測電路和獨(dú)立源看門狗電路，不需要任何外圍元件；

7、 2：64個(gè)I/O口，不需要外擴(kuò)展； 3：8路10bit A/D ； 4：低功耗，寬電壓范圍，抗干擾能力強(qiáng)； 5：自帶鍵盤中斷； 比較上述2種方案，方案二電路簡單、軟件簡潔、功能強(qiáng)，本課題中我們采用方案二。 1.1.2 顯示電路方案比較與選擇： 方案一：采用數(shù)碼管顯示，成本低，亮度高，醒目。但在顯示較多的項(xiàng)目時(shí)，硬件電路復(fù)雜，功耗大。 方案二：采用肇慶金鵬OCMJ4X8C液晶屏，該屏自帶字庫，驅(qū)動(dòng)程序簡單，可以顯示4行8列漢字（或4行16列字母，數(shù)字）。顯示信息量大，外形美觀。 課題中需要同時(shí)顯示電壓，電流的設(shè)定值和輸出值等，要求顯示內(nèi)容豐富。比較上述2種方

8、案，方案二電路簡單、顯示信息量大、能很好的滿足題目要求，我們采用方案二。 1.1.3 恒流（壓）充電電路方案比較與選擇： 方案一：選用CPLD等可編程邏輯器件，電路結(jié)構(gòu)簡單，工藝上容易實(shí)工作穩(wěn)定。 方案二：采用運(yùn)算放大器等通用電路實(shí)現(xiàn)恒流（壓）的控制、調(diào)整，成本低、使用靈活、完全能滿足題目對(duì)簡易恒流（壓）電源的要求。 比較上述兩種方案，雖然方案一實(shí)現(xiàn)起來比較容易，而且可以很容易地滿足各項(xiàng)指標(biāo)要求，但是，我隊(duì)參賽的選手是大二的學(xué)生，目前還沒有學(xué)習(xí)有關(guān)可編程邏輯器件（CPLD）的課程，所以我們選擇方案二。 1.2方案設(shè)計(jì)與論證 1.2.1整體電路組成 電路部分主要有：恒流

9、、恒壓充電電路，檢測電路，控制電路，顯示電路，、鍵盤電路，創(chuàng)新部分電路等模塊組成。 1.2.2總體電路組成框圖 圖1.1 總體電路組成框圖 第二章 電路設(shè)計(jì)、理論分析與計(jì)算 2.1 主要電路模塊的分析計(jì)算與設(shè)計(jì) 2.1.1恒流、恒壓充電電路 這部分電路是整個(gè)電路的核心部分，主要由D/A轉(zhuǎn)換電路，恒流、恒壓調(diào)整電路，檢測電路組成。 控制電路輸送來的數(shù)字信號(hào)由D/A轉(zhuǎn)換電路IC205轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)作為基準(zhǔn)電壓，然后送到電壓比較器IC201的正輸入端。輸出端取樣電阻上取得取樣電壓信號(hào)送到電壓比較器IC201的負(fù)輸入端，與基準(zhǔn)電壓比較，比較結(jié)果由IC201的輸出端

10、反饋到T202，控制T202的導(dǎo)通狀態(tài)。由D201、D202、R201、T203組成一個(gè)恒流源A，恒流值I=2Ud-Ube/R201 。T202的導(dǎo)通狀態(tài)影響著對(duì)恒流源A的吸收電流，從而改變恒流源A對(duì)調(diào)整管T201基極的驅(qū)動(dòng)電流，穩(wěn)定調(diào)整管T201的輸出值。為減小輸出紋波，調(diào)整管T201使用達(dá)林頓三極管。調(diào)整管T201基極電流由一恒流源提供，進(jìn)一步減小電源電壓波動(dòng)對(duì)調(diào)整管T201帶來的影響。電路采用懸浮驅(qū)動(dòng)。 電位器W103以及單片機(jī)（內(nèi)含A/D轉(zhuǎn)換）組成電壓檢測電路。W103將輸出電壓的取樣信號(hào)送單片機(jī)內(nèi)部的A/D電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)由單片機(jī)處理，并由LCD顯示器顯示測量值。

11、 取樣電阻R202、IC202以及單片機(jī)（內(nèi)含A/D轉(zhuǎn)換）組成電流檢測電路。取樣電阻R202上的取樣信號(hào)送IC202處理、送單片機(jī)內(nèi)部的A/D電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)由單片機(jī)處理，并由LCD顯示器顯示測量值。 圖2.1 恒流、恒壓充電電路原理圖 圖2.2 D/A轉(zhuǎn)換電路原理圖 2.1.2控制電路 控制電路主要由NEC upd78F0547單片機(jī)及外圍電路、鍵盤電路等組成。單片機(jī)接收檢測電路傳輸來的信號(hào)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后將電壓和電流值顯示到液晶上。該電路能夠通過按鍵設(shè)定電源的輸出電壓值和電流值，通過控制D/A芯片的設(shè)定值實(shí)現(xiàn)控制輸出電壓值和電流值

12、。并根據(jù)檢測實(shí)際輸出的電流（壓）值與設(shè)定值比較后，調(diào)整D/A芯片的設(shè)定值 ，使得電源的輸出穩(wěn)定、可靠。 圖2.3 CPU電路原理圖 圖2.4 鍵盤電路原理圖 2.1.3顯示電路 顯示電路采用4行8列的漢字液晶屏顯示實(shí)際的設(shè)定電流值、設(shè)定電壓值、實(shí)際輸出的電流值、實(shí)際輸出電壓值。電壓分辨率0.1V。電流分辨率1mA。液晶屏能夠在設(shè)定時(shí)顯示設(shè)定的電壓和電流值。 圖2.5 LCD顯示電路原理圖 2.1.4電源電路 此電源電路具有2組輸出直流輸出，一組為主輸出DC18V，作為充電電路的能源輸入；另一組輸出DC 12V和DC 5

13、V，給本電源中控制電路、恒流（壓）調(diào)整電路、顯示電路等部分提供工作電源。 圖2.6 電源電路原理圖 2.1.5創(chuàng)新部分 1. 恒流輸出時(shí)，在100mA（慢充）和200mA（快充）可設(shè)置的基礎(chǔ)上，增加了電流值從100MA---200MA可調(diào)功能，步進(jìn)為20 mA。 2. 可設(shè)置多種恒壓輸出狀態(tài)，恒壓輸出值：10V,9V,12V。 2.2 軟件設(shè)計(jì) 2.2.1程序流程圖 2.2.2主要程序清單（見附錄2） 第三章 測試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析 本題目制作完成后,對(duì)整體電路的主要指標(biāo)進(jìn)行了實(shí)際測試。測試情況如下：

14、3.1題目要求的測試 根據(jù)題目基本要求和發(fā)揮部分的要求，我們按要求條件反復(fù)作了多次測試，記錄了測試結(jié)果，并對(duì)測試結(jié)果做了分析、對(duì)比。 3.1.1輸出恒流狀態(tài)的測試 我們將充電電源接上負(fù)載電阻，適當(dāng)選擇負(fù)載電阻值，使充電電源處于恒流充電狀態(tài)，進(jìn)行模擬充電測試。這時(shí)可以方便設(shè)置100mA（慢充）和200mA（快充），并能通過操作鍵盤，在100MA---200MA之間方便可靠地調(diào)節(jié)電流值，步進(jìn)為20 mA。我們?cè)诤懔鬏敵鰻顟B(tài)允許條件下，多次反復(fù)更換不同負(fù)載電阻值，測試了更換不同負(fù)載電阻時(shí)，輸出電流變化量的絕對(duì)值；在不同負(fù)載電阻條件下，實(shí)時(shí)檢測輸出的紋波電流值。記錄了其中10次測試

15、數(shù)據(jù)，見表3-1,3-2。 表3-1 輸出恒流（100mA）狀態(tài)的測試數(shù)據(jù)記錄表 序號(hào) 負(fù)載電阻值 （歐姆） 改變負(fù)載電阻時(shí)，測試電流變化絕對(duì)值 發(fā)揮部分要求的絕對(duì)值 測試的紋波電流值 發(fā)揮部分要求的紋波電流值 結(jié)果是否滿足題目發(fā)揮部分要求 1 10 --- ≤3mA 0.8 mA ≤1mA 滿足要求 2 15 1.8 mA ≤3mA 0.7 mA ≤1mA 滿足要求 3 20 1.6 mA ≤3mA 0.7 mA ≤1mA 滿足要求 4 30 1.3 mA ≤3mA 0.6 mA ≤1mA 滿足要求 5 40

16、 1.2 mA ≤3mA 0.6 mA ≤1mA 滿足要求 6 50 1.1 mA ≤3mA 0.5 mA ≤1mA 滿足要求 7 60 1.1 mA ≤3mA 0.5 mA ≤1mA 滿足要求 8 70 1.1 mA ≤3mA 0.5 mA ≤1mA 滿足要求 9 80 1.1 mA ≤3mA 0.4 mA ≤1mA 滿足要求 10 90 1.0 mA ≤3mA 0.4 mA ≤1mA 滿足要求 表3-2 輸出恒流（200mA）狀態(tài)的測試數(shù)據(jù)記錄表 序號(hào) 負(fù)載電阻值（歐姆） 改變負(fù)載電阻時(shí)，測試

17、電流變化絕對(duì)值 發(fā)揮部分要求的絕對(duì)值 測試的紋波電流值 發(fā)揮部分要求的紋波電流值 結(jié)果是否滿足題目發(fā)揮部分要求 1 10 --- ≤3mA 0.7 mA ≤1mA 滿足要求 2 15 1.7 mA ≤3mA 0.7 mA ≤1mA 滿足要求 3 20 1.7 mA ≤3mA 0.6 mA ≤1mA 滿足要求 4 30 1.6 mA ≤3mA 0.5 mA ≤1mA 滿足要求 5 40 1.6 mA ≤3mA 0.3 mA ≤1mA 滿足要求 6 50 1.5 mA ≤3mA 0.4 mA ≤1mA 滿足

18、要求 7 60 1.5 mA ≤3mA 0.3 mA ≤1mA 滿足要求 8 70 1.3 mA ≤3mA 0.2 mA ≤1mA 滿足要求 9 80 1.1 mA ≤3mA 0.2 mA ≤1mA 滿足要求 10 90 1.0 mA ≤3mA 0.2 mA ≤1mA 滿足要求 3.1.2輸出恒壓狀態(tài)的測試 我們將充電電源接上負(fù)載電阻，適當(dāng)選擇負(fù)載電阻值，使充電電源處于恒壓充電狀態(tài)，進(jìn)行模擬充電測試。我們?cè)诤銐狠敵鰻顟B(tài)允許條件下，多次反復(fù)更換不同負(fù)載電阻值，測試了更換不同負(fù)載電阻時(shí)，輸出電壓波動(dòng)值；在不同負(fù)載電阻條件下，實(shí)時(shí)檢

19、測輸出的紋波電壓值。記錄了其中10次測試數(shù)據(jù)，見表3-3。 表3-3 輸出恒壓狀態(tài)的測試數(shù)據(jù)記錄表 序號(hào) 負(fù)載電阻值（歐姆） 改變負(fù)載電阻時(shí)，測試電壓波動(dòng)值 發(fā)揮部分要求的電壓波動(dòng)值 測試的紋波電壓值 發(fā)揮部分要求的紋波電壓值 結(jié)果是否滿足題目發(fā)揮部分要求 1 200 --- ≤0.2V 7mV ≤10mV 滿足要求 2 500 0.05V ≤0.2V 7mV ≤10mV 滿足要求 3 1K 0.05V ≤0.2V 6mV ≤10mV 滿足要求 4 2K 0.03V ≤0.2V 6mV ≤10mV 滿足要求 5

20、 4.7K 0.03V ≤0.2V 4mV ≤10mV 滿足要求 6 5.6K 0.04V ≤0.2V 4mV ≤10mV 滿足要求 7 6.8K 0.03V ≤0.2V 5mV ≤10mV 滿足要求 8 8.2K 0.03V ≤0.2V 4mV ≤10mV 滿足要求 9 9.1K 0.02V ≤0.2V 4mV ≤10mV 滿足要求 10 10K 0.02V ≤0.2V 4mV ≤10mV 滿足要求 3.1.3數(shù)字顯示功能 充電電源輸出電壓值、輸出電流值，均可在液晶顯示屏上以漢字的形式顯示。

21、 3.1.4過熱保護(hù)功能的測試 本充電電源具良好的過熱保護(hù)功能。模仿電源過熱的工作環(huán)境，進(jìn)行了多次測試，每次當(dāng)電源溫度上升到60oC（或者大于60oC）時(shí)，保護(hù)電路馬上啟動(dòng)工作，電源停止輸出，起到自動(dòng)保護(hù)電源的作用。當(dāng)電源溫度下降到正常狀態(tài)后，電源自動(dòng)恢復(fù)工作。表3-4記錄了其中10次測試情況。 表3-4 過熱保護(hù)測試情況記錄表 序號(hào) 電源保護(hù)時(shí)的溫度（oC） 電源溫度每次≥60oC時(shí)，是否即時(shí)保護(hù) 每次降溫后是否自動(dòng)恢復(fù) 結(jié)果是否滿足題目發(fā)揮部分要求 1 61.0 是 是 滿足要求 2 60.8 是 是 滿足要求 3 60.2 是

22、 是 滿足要求 4 60.9 是 是 滿足要求 5 60.4 是 是 滿足要求 6 60.7 是 是 滿足要求 7 60.2 是 是 滿足要求 8 60.6 是 是 滿足要求 9 60.4 是 是 滿足要求 10 60.5 是 是 滿足要求 3.2創(chuàng)新部分的測試 1. 恒流輸出時(shí)，在電流值100MA---200MA之間,反復(fù)進(jìn)行了很多次的調(diào)整測試，步進(jìn)為20 mA。每次都能方便靈活地進(jìn)行電流值調(diào)整。 2. 恒壓輸出時(shí)，除了10V恒壓充電狀態(tài)之外，還可以方便設(shè)置9V,12V等恒壓充電狀態(tài)。反復(fù)進(jìn)行了很多次的調(diào)

23、整測試，每次都能方便靈活地進(jìn)行恒壓值調(diào)整。 3.3結(jié)果分析 將上述測試結(jié)果與題目要求進(jìn)行了比較、分析，見表3-5。 表3-5 結(jié)果分析表 項(xiàng)目 題目要求 （發(fā)揮部分） 測試結(jié)果 結(jié)果分析 基 本 要 求 輸出恒流狀態(tài) 電流100mA（慢充）和200mA（快充） 可設(shè)置 可設(shè)置 滿足要求 改變負(fù)載，輸出電流變化 ≤5mA ≤3mA 滿足要求 紋波電流 ≤2mA ≤1mA 滿足要求 輸出恒壓狀態(tài) 改變負(fù)載，輸出電壓波動(dòng) ≤0.5V ≤0.2V 滿足要求 紋波電壓 ≤20mV ≤10mV 滿足要求 數(shù)字顯示 數(shù)

24、字顯示功能 實(shí)現(xiàn) 實(shí)現(xiàn) 滿足要求 發(fā) 揮 部 分 輸出恒流狀態(tài) 改變負(fù)載，輸出電流變化 ≤3mA ≤3mA 滿足要求 紋波電流 ≤1mA ≤1mA 滿足要求 輸出恒壓狀態(tài) 改變負(fù)載，輸出電壓波動(dòng) ≤0.2V ≤0.2V 滿足要求 紋波電壓 ≤10mV ≤10mV 滿足要求 保護(hù)功能 電源溫度≥60oC時(shí)，保護(hù)；降溫后恢復(fù) 實(shí)現(xiàn) 實(shí)現(xiàn) 滿足要求 其他 特 色 創(chuàng) 新 部 分 恒流輸出時(shí) 電流值在100mA--200mA之間可調(diào)整，步進(jìn)為20 mA。 無 有，可實(shí)現(xiàn) 滿足要求 恒壓輸出時(shí) 可設(shè)置多種恒壓輸

25、出狀態(tài)，恒壓輸出值：10V,9V,12V。 無 有，可實(shí)現(xiàn) 滿足要求 本作品設(shè)計(jì)、制作完成后，對(duì)其主要指標(biāo)進(jìn)行了實(shí)際測試，并將測試結(jié)果與題目要求進(jìn)行了比較、分析。測試、分析結(jié)果：本設(shè)計(jì)主要指標(biāo)全部滿足了題目基本要求和發(fā)揮部分的要求。 第四章 總結(jié) 在本次設(shè)計(jì)的過程中，我們遇到了各種困難和許多沒有預(yù)想到情況，但通過團(tuán)隊(duì)的協(xié)作和努力，我們終于克服了困難、解決了問題。由于我們自身水平有限和時(shí)間緊張等因素，本作品在設(shè)計(jì)上還存在許多值得改進(jìn)的地方。經(jīng)過此次電子設(shè)計(jì)競賽，我們?cè)陔娐返脑O(shè)計(jì)、調(diào)試方面得到了很好鍛煉，能力也有了很大的提高，同時(shí)也深刻的體會(huì)到：實(shí)踐是理論運(yùn)用的最好檢驗(yàn)，懂得了

26、共同協(xié)作和團(tuán)隊(duì)精神的重要性，提高了我們分析問題、解決問題的能力。 參考資料： ［1］ 劉守義．單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002 ［2］ 王福瑞．單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全．北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1998 ［3］ 曾 波．?dāng)?shù)控恒流源．電子世界，第九期，2005 ［4］ 何希才．電子電路．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003 ［5］ 李義府．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)．長沙：國防科技大學(xué)出版社，2004 ［6］ 李朝青．單片機(jī)原理及接口技術(shù)．北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1994 ［7］ 劉迎春.MCS-51 單片機(jī)原理及應(yīng)用教程.北京：清華大學(xué)出版社，2005.5 ［8］ 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽組委會(huì). 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獲獎(jiǎng)作品匯 編：第一屆~第五屆. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2004.8 ［9］ 楊志忠. 數(shù)字電子技術(shù). 北京：高等教育出版社，2003.12 ［10］胡晏如. 模擬電子技術(shù). 北京：高等教育出版社， 2004.3 ［11］羅亞非. 凌陽16位單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2003.12 ［12］NEC 78K0/KF2 8位單片機(jī)用戶手冊(cè).2005.7 附錄 附錄1：電路總圖