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1、基于直流电机的小车运动控制设计基于直流电机的小车运动控制设计 目录目录 摘要摘要 .3 3 前前言言 .4 4 第第 1 1 章章 系统系统概概述述 .5 5 第第 2 2 章章 直流电机直流电机工工作原理作原理 .6 6 第 2.1 节 直流电机的结构.6 第 2.2 节 直流电机的分类.6 第 2.3 节 直流电动机的工作原理.7 第 2.4 节 直流电机的可逆运行原理.7 第第 3 3 章章 脉冲宽度调脉冲宽度调制制(PWM)(PWM)控制技术控制技术 .9 9 第 3.1 节 脉冲宽度调制基本原理.9 第 3.2 节 脉冲宽度调制具体过程.10 第 3.3 节 脉冲宽度调制的优点.10
2、 第 3.4 节 脉冲宽度调制控制方法.11 第 3.5 节 脉冲宽度调制相关应用领域.11 第第 4 4 章章 硬件硬件设设计计 .1212 第 4.1 节 供电电源模块.12 第 4.2 节 控制器模块.12 第 4.3 节 电机驱动模块.15 第 4.4 节 测速模块.17 第 4.5 节 显示模块.17 第第 5 5 章章 软件软件设设计计 .1919 第 5.1 节 主程序设计.19 第 5.2 节 直流电机驱动算法.19 第 5.3 节 测速算法.21 第 5.4 节 数码管显示算法.21 总总结结 .2323 参考参考文文献献 .2424 致谢致谢 .2525 附附录录 .262
3、6 摘要摘要 本文主要介绍了基于直流电机的小车运动控制设计。该车以玩具小车为车体，直流 电机及其控制电路为整个系统的驱动部分，AT89S51 单片机为整个系统的控制核心，采 用 ST188 反射式光电传感器来检测小车的运行速度，并通过一个 4 位一体的数码管显示 出来，使用驱动芯片 74HC245 来驱动数码管的显示；整个系统使用 5V 的直流电源供电， 直流电机驱动采用 PWM 控制技术，可以灵活方便地对车速进行控制。 关键词：直流电机，单片机，小车关键词：直流电机，单片机，小车 Abstract : In this paper, the car based DC motor motion
4、control design , the toy car as the car body , DC motor and control circuit for the driving part of the whole system , AT89S51 microcontroller core for the control of the entire system , using ST188 reflective photoelectric sensor to detect the cars speed , and through a 4-in-one digital display up
5、, use the driver IC 74HC245 to control the digital tube display . the system uses the 5V DC voltage power supply , DC motor-driven use PWM control technology , the flexibility to easily control the speed . Key words: DC motor , MCU , car 前言前言 随着电子技术、计算机技术和制造技术的飞速发展，数码相机、DVD、洗衣机、汽 车等消费类产品越来越呈现光机电一体化、
6、智能化、小型化等趋势。各种智能化小车在 市场玩具中也占一个很大的比例。根据美国玩具协会的调查统计，近年来全球玩具销量 增幅与全球平均 GDP 增幅大致相当。而全球玩具市场的内在结构比重却发生了重大改变： 传统玩具的市场比重正在逐步缩水，高科技含量的电子玩具则蒸蒸日上，已经成为玩家 行业发展的主流。因此，遥控加智能的技术研究、应用都是非常有意义而且有很高市场 价值的。 智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个环 境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等等的用途。智能电动车就是 其中的一个体现。 智能电动车是由一个电动玩具车改造而成，更换了电动玩具车的电机
7、和驱动电路， 增加了电控系统。电控系统的主要任务是使智能电动车按既定控制方法行驶。 智能车辆是一个运用计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技 术来实现环境感知、规划决策和自动行驶为一体的高新技术综合体。它在军事、民用和 科学研究等方面已获得了应用，随着人工智能技术、计算机技术、自动控制技术的迅速 发展，智能控制必将迎来它的发展新时代。计算机控制与电子技术融合为电子设备智能 化开辟了广阔前景。 第第 1 章章 系统概述系统概述 整个系统基于玩具小车的机械结构，小车控制系统总体结构如图 11 所示。以 AT89S51 单片机为控制核心，主要由电源模块、控制器模块、直流电机驱动模块、
8、测速 模块和显示模块组成。首先，由电源模块产生 5V 的直流电压，供单片机、电机驱动芯片、 数码管驱动芯片和测速模块使用，单片机输出相应的控制信号给驱动芯片驱动电机转动， 从而控制整个小车的运动，直流电机的驱动电路采用 PWM 电路,精确调整电动机转速。 测速模块通过光电编码盘来检测小车的速度，将检测得到的脉冲信号送入单片机的 T0 口进行计数, 同时完成脉冲数计算，通过定时计数器来计时间，算出实时速度，并通过一 个四位一体数码管显示出来，从而验证 PWM 控制技术对小车速度的控制；使用驱动芯片 74HC245 来控制数码管的显示。单片机外部资源分配：P0.0P0.2 控制电机的使能和方 向，
9、P1.0P1.7 和 P3.0、P3.1、P3.3、P3.5 用于数码管的控制位，P3.2、P3.4 用于测 速模块的输入。电路原理图见附录 1。 图 1.1 小车控制系统总体结构图 控制器 模块 电源模块 电机驱动模块 测速模块 显示模块 运行电机 第第 2 章章 直流电机工作原理直流电机工作原理 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。 直流电机在当今生活的各方面应用越来越广泛，直流电机的调速控制是电机应用的 一个重要技术保障。直流电机具有
10、良好的调速性能、较大的起动转矩和过载能力强等许 多优点，因此在许多行业中仍有应用。 第第 2.12.1 节节 直流电机的结构直流电机的结构 直流电机的结构由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为 定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置 等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直 流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换 向器和风扇等组成。 第第 2.22.2 节节 直流电机的分类直流电机的分类 按结果主要分为直流电动机和直流发电机；按类型主要分为直流有刷电机和直流无 刷电机。 直流电机的励磁方式是指对励磁绕组如何供电、产生励磁磁通势而建立主磁场的问 题。根据励磁方式的不同，直流电机可分为下列几种类型。 (1)、 他励直流电机 励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电机称 为他励直流电机，永磁直流电机也可看作他励直流电机。 (2)、 并励直流电机 并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，作为并励发电机来说，是电机本身发 出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源， 从性能上讲与他励直流电动机相同。 (3)、 串励直流电机 串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源，这种直流电机的励 磁电
