基于单片机的智能小车设计-北京交通大学 - 图文(3)

2019-03-27 18:49

北京交通大学2008届硕士毕业论文

(18) 通用全双工异步串行口(UART),由于STC12系列是高速的8051,可再用定时器或PCA软件实现多串口。

(19) AT89C52系列有双串口,后缀有S2标志的才有双串口,RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2),TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3)。

(20) 工作温度范围:-40 - +85℃(工业级) / 0 - 75℃(商业级)21.封装:PDIP-40、LQFP-44、LQFP-48 ,I/O口不够时,可用2到3根普通I/O口线外接 ,74HC164/165/595(均可级联)来扩展I/O口,还可用A/D做按键扫描来节省I/O口,或用双CPU,三线通信,还多了串口。 2.2.4结论

考虑到方案的可实行性和性价比,我们采用AT89C52增强型51单片机,此款单片机内部不分频,采用RISC精简指令集,可实现高速运算,存储空间大,价格低廉,性价比极高。

2.3电机选择

2.3.1 选择普通直流电机

1、直流电机的定义

定义输出或输入为直流电能的旋转电机,称为直流电机,它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机,将电能转换为机械能;作发电机运行时是直流发电机,将机械能转换为电能。

2、直流发电机工作原理

工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势,靠换向器配合电刷的换向

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作用,使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。感应电动势的方向按右手定则确定(磁感线指向手心,大拇指指向导体运动方向,其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向。)

3、掌握4种方式各自的特点

(1) 直流他励电动机: 励磁绕组与电枢没有电的联系,励磁电路是由另外直流电源供给的。因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。

(2) 直流并励电动机: 并励绕组两端电压就是电枢两端电压,但是励磁绕组用细导线绕成,其匝数很多,因此具有较大的电阻,使得通过他的励磁电流较小。

(3) 直流串励电动机:励磁绕组是和电枢串联的,所以这种电动机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。为了使励磁绕组中不致引起大的损耗和电压降,励磁绕组的电阻越小越好,所以直流串励电动机通常用较粗的导线绕成,他的匝数较少。

(4) 直流复励电动机:电动机的磁通由两个绕组内的励磁电流产生。选择普通直流电机,通过减速齿轮增大扭力,提高带负责能力。直流电机的优点是价格便宜,控制容易,但难以精确控制是其一大弱点。 2.3.2选择步进电机

1、步进电机的概述

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

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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。由于脉冲信号数与步距角的线性关系,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点,使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

2、工作原理

步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。

3、步进电机的一些特点

(1)步进电机没有积累误差:一般步进电机的精度为实际步距角的百分之三到五,且不累积。

(2)步进电机在工作时,脉冲信号按一定顺序轮流加到各相绕组上(由驱动器内的环形分配器控制绕组通断电的方式)。

(3)即使是同一台步进电机,在使用不同驱动方案时,其矩频特性也相差很大。

(4)步进电机与其它电动机不同,其标称额定电压和额定电流只是参考值;又因为步进电机是以脉冲方式供电,电源电压是其最高电压,而不是平均电压,

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所以,步进电机可以超出其额定值范围工作。但选择时不应偏离额定值太远。 (5)步进电机外表允许的最高温度: 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁,从而导致力矩下降乃至于失步,因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点;一般来讲,磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上,有的甚至高达摄氏200度以上,所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。

(6)步进电机的力矩会随转速的升高而下降:当步进电机转动时,电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势;频率越高,反向电动势越大。在它的作用下,电机随频率(或速度)的增大而相电流减小,从而导致力矩下降。 (7)步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定频率就无法启动,并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数:空载启动频率,即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率,如果脉冲频率高于该值,电机不能正常启动,可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下,启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动,脉冲频率应该有加速过程,即启动频率较低,然后按一定加速度升到所希望的高频(电机转速从低速升到高速)。

(8)四相混合式步进电机一般由两相驱动器来驱动,因此,连接时可以采用串联接法或并联接法将四相电机接成两相使用。串联接法一般在电机转速较低的场合使用,此时需要的驱动器输出电流为电机相电流的0.7倍,因而电机发热小;并联接法一般在电机转速较高的场合使用(又称高速接法),所需要的驱动器输出电流为电机相电流的1.4倍,因而电机发热较大。

(9)混合式步进电机驱动器的供电电源电压一般是一个较宽的范围 (比如IM483的供电电压为12~48VDC),电源电压通常根据电机的工作转速和响应要

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求来选择。如果电机工作转速较高或响应要求较快,那么电压取值也高,但注意电源电压的纹波不能超过驱动器的最大输入电压,否则可能损坏驱动器。 (10)供电电源电流一般根据驱动器的输出相电流I来确定。如果采用线性电源,电源电流一般可取I 的1.1~1.3倍;如果采用开关电源,电源电流一般可取I 的1.5~2.0倍。

(11)当脱机信号FREE为低电平时,驱动器输出到电机的电流被切断,电机转子处于自由状态(脱机状态)。在有些自动化设备中,如果在驱动器不断电的情况下要求直接转动电机轴(手动方式),就可以将FREE信号置低,使电机脱机,进行手动操作或调节。手动完成后,再将FREE信号置高,以继续自动控制。

(12)用简单的方法调整两相步进电机通电后的转动方向,只需将电机与驱动器接线的A+和A-(或者B+和B-)对调即可。

选择步进电机。步进电机的特点是可以精确控制电机选择步数和角度,缺点就是力矩比较小,容易失步,而且价格比较昂贵。 2.3.3 结论

考虑到题目要求性价比高,所以我们选择普通直流电机,通过优良的控制算法,达到高精度定位。

2.4电机控制系统选择

2.4.1 H桥驱动电路

1、H桥电路

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