基于单片机控制的电动玩具车

基于单片机控制的电动玩具车学校：临沂大学学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生：庄国华目录摘要一、电动玩具车的基本构造介绍（一）电动玩具车基本构造简图1.伺服机的结构及工作原理2.伺服机的正反转控制原理（二）直流伺服机的介绍（三）AT89C51单片机的介绍二、电动玩具车的功能说明三、电动玩具车的控制原理介绍（一）控制电路1．玩具车控制电路图2.控制电路中各部分作用（二）控制程序1.控制流程说明2.控制流程图3.控制程序四、总结参考文献摘要：本文是利用AT89C51单片机控制直流伺服机，使玩具车实现前进、后退、左转、右转。驱动玩具车的电动机采用直流伺服机，伺服电机可控制速度，位置精度准确，体积小、重量轻、省电，扭力大可拉动较大的负荷。整个模型比较简单，本文将主要介绍该电动玩具车的基本构造及控制原理。关键词：AT89C51单片机直流伺服机小车一、电动玩具车的基本构造介绍该玩具小车主要有直流伺服机、AT89C51单片机和玩具车底座构成，利用直流伺服机驱动，单片机控制，来完成玩具车前进、后退、左转、右转等功能。（一）电动玩具车基本构造图（二）直流伺服机的介绍1.伺服机的结构及工作原理该玩具车选用FUTABAS3003伺服机作为驱动器，该伺服机扭力大可拉动较大的负荷，体积小、重量轻、省电。伺服机以5V电源便可以推动，其外部3个引脚如下：黑色：GND地线红色：5V电源线白色：控制信号伺服机是一个微型的伺服控制系统，主要结构有伺服控制电路、直流电机、减速齿轮组、电位器，具体的控制原理可以用下图表示：工作原理是控制电路接收信号源的控制脉冲，并驱动电机转动；齿轮组将电机的速度成大倍数缩小，并将电机的输出扭矩放大响应倍数，然后输出；电位器和齿轮组的末级一起转动，测量伺服机机轴转动角度；伺服控制电路板将电位器反馈的舵机转动角度和控制脉冲比较，从而控制伺服机转动。2.伺服机的正反转控制原理由于舵机内部有一个基准电路，固定周期脉冲宽度约20ms，宽度1.5ms的基准信号，有一个比较器，将外加信号与基准信号相比较，判断出方向和大小，从而产生电机的转动信号。当送出以下的正脉冲宽度时，可以得到不同的控制效果：正脉冲宽度为0.3ms时，伺服机会反转；正脉冲宽度为2.5ms时，伺服机会正转；正脉冲宽度为1.3ms时，伺服机回到中点。（三）AT89C51单片机的介绍该玩具车核心硬件采用AT89C51芯片，是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，并且与80C51插座完全兼容的特点，指令也完全一样，错误编程后可以重新编程，直到正确为止，且价格比价低。二、电动玩具车的功能说明该玩具车的控制系统只是一个基本的简易平台，也可以根据需要做一些功能扩充，使其更加智能，由于使用伺服机控制，其动作的精度比较高，用途非常的广泛，比如可用于较窄的人无法进入的管道进行查看，像下水管道，大型工厂的排线管道，军事上的排除炸弹等。不过该玩具车功能非常简单，功能说明如下：1．玩具车，直接由单片机来控制伺服机动作,控制2组伺服机做独立的2轮后轮驱动；2.两个伺服机的控制原理如表：车子动作1伺服机2伺服机前进正转反转后退反转正转左转反转正转右转正转反转3.玩具车由按键控制其前进、后退、左转、右转；4.电动玩具车各功实现方式按键K1：前进按键K2：后退按键K3：左转按键K4：右转5.玩具车动作时指示灯闪烁三、电动玩具车的控制原理介绍（一）控制电路1．玩具车控制电路图在电源设计上使用4块5号干电池供电，电压为6V，而单片机工作电压为5V，因此在电源的输入端串接一只二极管做降压处理。玩具车控制原理电路图2.控制电路中各部分作用（1）伺服机的接口伺服机的接口所示如图2。伺服机接口为伺服机提供电源。（2）控制按键电路按键电路用来控制小车前进、后退、左转、右转。（3）电源电路电源电路电源电路如图4所示。为单片机和伺服机提供电源。（4）晶振电路晶振电路为单片机提供脉冲，晶振频率范围为1.2～33HZ。（5）复位电路复位电路使单片机复位。（二）控制程序1.控制流程说明在主程序循环中扫描是否有按键，如有按键则执行相对应的功能，若按下K1键车体前进，若按下K2键车体后退，若按下K3键车体左转，若按下K4键车体右转。所有按键动作都是等按键放开才开始执行车体的动作。由于伺服机的安装是在左右两侧，必须明确两伺服机的转向与车体各个动作方向的关系，控制原理如表：车子动作1伺服机2伺服机前进正转反转后退反转正转左转反转正转右转正转反转2.控制流程图控制流程图3.控制程序（1）控制程序说明程序设计中，伺服机旋转控制常数定义如下：deaequ3；伺服机正转时间常数debequ25；伺服机反转时间常数tsequ18；脉冲信号个数前两个时间常数为控制信号的实验经验值，程序设计中有0.1ms延时时间子程序当做基础时基计数，可以产生近似0.3、2.5的脉冲宽度。第三个数值为每次使伺服机转动多少步级，当值越大则伺服机转动的角度越大，越小时伺服机转动的角度越小，动作约精细。（2）控制子程序说明:DELAY:延迟子程序LED_BL:工作指示闪烁PU_BACK:伺服机1反转控制PU_FOR:伺服机1正转控制DEL:0.1ms延迟子程序PUR_BACK:伺服机2反转控制PUR_FOR:伺服机2正转控制GO_FOR:车体前进GO_BACK:车体后退GO_LEFT:车体左转GO_RIGHT:车体右转（3）完整程序如下：edaequ3；伺服机正转时间常数debequ25；伺服机反转时间常数tsequ18；脉冲信号个数k1equp0.3；按键1引脚定义k2equp0.4；按键2引脚定义k3equp0.5；按键3引脚定义k4equp0.6；按键4引脚定义wledequp3.7；工作指示灯引脚定义pulequp1.7；伺服机1控制线purequp1.6；伺服机2控制线start:clrpul；送出低电平至伺服机clrpur；callled_bl；led闪动，表示程序开始执行loop:jbk1,x1；未按下K1键则继续扫描jnbk1,$；等按键放开来callled_bl；callgo_for；车体前进jmploop；继续循环执行x1:jbk2,x2；未按下K2键则继续扫描jnbk2,$；等按键放开来callled_bl；callgo_bac；车体后退jmploop；继续循环执行X2:jbk3,x3；未按下K3键则继续扫描Jnbk3,$；等按键放开来callled_bl；callgo_left；车体左转jmploop；继续循环执行x3:jbk4,x4；未按下K4键则继续扫描jnbk4,$；等按键放开来callled_bl；callgo_right；车体右转jmploop；继续循环执行x4:jmploop；继续循环执行delay:延时子程序movr6,#32hd1:movr7,#64hdjnzr7,$djnzr6,d1djnzr5,delayretled_bl:工作指示灯闪烁movr4,#02hl0:cplwled；位反向movr5,#05h；延迟50mscalldelay；djnzr4,l0；setbwled；LEDOFFretpu_back:setbpul；伺服机反转控制，送出高电平movr4,#deba1:calldeldjnzr4,a1clrpul；送出低电平callloop1retpu_for:setbpul；伺服机正传控制，送出高电平movr4,#deab1:calldeldjnzr4,b1clrpul；送出低电平callloop2retdel:movr5,#01h；0.1秒延时子程序delay1:movr6,#02hf1:movr7,#11hdjnzr7,$djnzr6,f1djnzr5,delayretpur_back:setbpur；伺服机反转控制，送出高电平movr4,#debg1:calldeldjnzr4,g1clrpur；送出低电平callloop1retpur_for:setbpur；伺服机正传展示，送出高电平movr4,#deah1:calldeldjnzr4,h1clrpur；送出低电平callloop2retloop1:movr4,#0c5hl:calldeldjnzr4,lretloop2:movr4,#0afhl1:calldeldjnzr4,l1retgo_for:车体前进movr3,#tsj1:callpu_forcallpur_backdjnzr3,j1retgo_back:车体后退movr3,#tss1:callpu_backcallpur_fordjnzr3,s1retgo_right:车体左转movr3,#tsm1:callpu_backcallpur_backdjnzr3,m1retgo_left:车体右转movr3,#tsq1:callpu_forcallpur_fordjnzr3,q1retend四、总结通过本次课程设计，也使我深刻体会到单片机应用广泛。不仅让我对学过的单片机知识有了很多的巩固，同时也对单片机这一门课程产生了更大的兴趣。在做课程设计的初期阶段，难度很大，没有头绪。通过老师的帮助，在图书馆里、网上查阅资料，慢慢有了思路。总的感受有以下几方面：1．这次课程设计让自己更加认识到单片机重要性，涉及到生活中的方方面面，玩具车、电磁炉、豆浆机等等，都可以用单片机来实现控制。2.做事情一定要摆正自己的态度，课程设计要认认真真来做，遇到问题要积极地查阅资料或者问老师，而不是草草了事，蒙混过关。任何事情都应脚踏实地，刻苦努力地去做，只有这样，才能做好。有了正确的态度，在整个课程设计过程中，才会有真正属于自己的收获。参考文献1．51单片机课程设计实训教材陈明荧清华大学出版社2.单片机原理与应用霍孟友机械工业出版社3.单片机原理及系统设计胡汉才清华大学出版社