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1、摘要随着汽车工业的发展，汽车由一个贵族的玩物变成了千家万户最普遍的交通工具。它快捷、方便，并且能提供无限的驾驶乐趣。车能载人，也能载物，牵引系统提供了车辆强大的动力，它包含两个部分：发动机和变速箱。而变速箱也有好几种类型，包括手动变速器和自动变速器。现在自动变速器在越来越多的汽车上装备了，给人们的驾驶提供了方便，因为自动变速器不需要人来踩离合器，特别适合那种刚上车的新手。本设计主要模拟自动的变速器工作原理。本次设计的自动爬坡小车，采用AT89C52单片机作为小车的检测和控制核心；采用E6B2-CWZ5G作为角度传感器，把反信号馈到的送单片机，使单片机按照预定的工作模式控制小车在坡度不同的情况下
2、按不同的速度行驶，坡度越陡速度越慢；单片机采集的小车的倾斜角度越大，小车的速度越慢，使用数码管显示小车倾斜角，并且时实刷新数码管显示的角度。结合实际一般的车最大只能爬30度的坡，本设计最大爬坡角度为四十五度。 采用的技术主要有：1.采用定时器产生PWM脉冲，2.角度传感器的应用关键词：AT89C52；数码管；角度传感器；坡度；变速器；目录1绪论32系统相关技术分析42.1角度传感器的选择42.2显示器件的的选择52.3电动机驱动调速模块的选择62.4电源模块选择72.5小结83系统实现相关技术93.1脉冲宽度调制93.1.1简介93.1.2基本原理93.1.3具体过程103.1.4脉冲宽度调制
3、优点103.2单片机113.3单片机的应用领域123.3.1在智能仪器仪表上的应用123.3.2.在工业控制中的应用123.3.3.在家用电器中的应用123.3.4.在计算机网络和通信领域中的应用123.3.5.单片机在医用设备领域中的应用和各种大型电器中的模块化应用124系统硬件电路设计144.1 STC89C52单片机最小系统144.1.1 复位电路154.1.2 晶振震荡电路154.1.3 RS232下载电路154.2 数码管显示模块164.3电机驱动模块175系统软件设计195.1 整体程序流程图设计195.2 STC89C52的主控程序，系统初始化外部中断和定时器资源配置205.3
4、整体程序设计论证205.3.1 PWM子程序205.3.2角度检测程序215.3.3数码管显示程序21总结23致谢24参考文献25附录一26附录二271绪论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。本次设计的简易的变档电动车，采用AT89S52单片机作为小车的检测和控制核心；采用角度传感器E6B2-CWZ5G作为来检测路的倾斜角度，从而把反馈到的信号送单片机，使单片机按照预定的工作模式控制小车在不同倾斜范围按预定的速度行驶；采用四位数码管实时显示小车的倾斜角度。本设计结构简
5、单，较容易实现，但具有高度的智能化、人性化，一定程度体现了智能。自动爬坡小车设计是依现代汽车的发展方向之一的自动变速器为蓝本设计的，是为了方便人们的驾驶，提高驾车的乐趣。笔者也驾驶过汽车，手动挡的汽车起步时，特别是上坡起步时如果油门和离合器控制的不好就容易熄火，搞不好会引起交通事故。如果换做是自动挡的汽车，只需要将油门踏下去，车就可以迅速起步，自动挡减少了换挡的步骤使驾驶员能够将注意力集中在前方及周围的危险，最大程度的减少了新手手忙脚乱的时间，避免易出现的危险。而如今的汽车大部分都装的是自动变速器，没有了离合器的束缚，现在更流行的是手自一体变速器，它提供4-7个档位，不仅方便起步，也提高了驾驶
6、的乐趣。本设计包括两大部分：硬件和软件。硬件包括：单片机最小系统；L298电机驱动模块；角度传感器；小车一个；四节干电池作电源；四位数码管。软件包括：角度检测器程序模块；电机转速程序模块；数码管显示程序。2系统相关技术分析整体设计如下图所示：采用STC89C52为整个设备的检测、控制和显示核心，采用C语言编程实现各种算法和逻辑控制，角度传感器的一跟线的脉冲信号作为中断引入单片机，在单片机中判断另一根线电平的高低确定是正转还是反转，同时计算出坡度，不同的坡度调制出不同的脉宽，产生不同的速度。图2- 1 整体系统架构单片机STC89C52角度传感器信号显示电路接口电路直流电机驱动块直流电机2.1角
7、度传感器的选择方案一：采用电阻器加上AD转换器组合成角度传感器，电阻加上一个电压值，滑动端可产生电压，旋转电阻器的轴可改变滑动端的电压，通过AD转换器将电压信号输入单片机即可得到旋转的角度。但是使用AD转化器会使用过多的单片机资源，而且旋转电阻器有较大的阻尼，如果加上重物太重会影响小车的爬坡能力。方案二：采用工业用E6B2-CWZ5G角度传感器，它拥有非常低的阻尼，在轴上固定一重物，只需要十来克就可以很准确的将实时的角度值输入单片机。如下图所示是E6B2-CWZ5G角度传感器的工作原理。其由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B
8、、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。 由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。 编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。 分辨率编码器以每旋转360度提供多少的通或暗
9、刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度510000线。图2- 2 旋转编码器脉冲时序图 基于以上理论分析，采用方案二。2.2显示器件的的选择显示器只需要显示角度的值，精度要求在五度以内。没有过多的显示要求。七段8位二进制数码显示器分为动态显示和静态显示两种。方案一：七段8位二进制数码1、静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要58=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可
10、用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。2、数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受
11、控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。图2- 3 数码管引脚图 方案二：LCD液晶显示LCD1602液晶显示器是一种低功耗的显示器件，它不仅省电而且能够显示大量的信息，如文字、曲线、图形等，显示质量高，数字式接口于单片借连接更加简单可靠，操作方便。但是LCD1602价格较贵，而且这个设计中只需显示角度不需要其他的内容。综上，我们采用数码管
12、来作为显示模块。2.3电动机驱动调速模块的选择方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整，这个方案的优点是电路简单，将电机驱动不分隔离了，缺点是继电器响应时间慢，机械机构易损坏，寿命短、可靠性不高。方案二：采用但林顿管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式，效率非常的高，H桥保证了可以简单的实现转速和方向的控制，电子开关的速度很快，稳定性很强，是一种广泛采用的PWM调速技术。方案三：采用集成电路L298N， L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwa
13、tt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接457 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为2546 V。输出电流可达25 A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电
14、动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。表1是L298N功能逻辑图。图2- 4 L298N电机驱动集成电路的封装图图2- 5 L298N芯片简化图图2- 6 L298N引脚状态图方案四：采用DA转换器，可以输出精确的电压值，经过运算放大器可以将电压放大一定倍数在用运放组成射极跟随器输出电压然后驱动电机运转，不过运放驱动能力有限。基于以上分析，选择方案三可以简化电路设计2.4电源模块选择方案一：采用四节AA电池供电，提供6V电压，由于是电池供电基本没有纹波，而且电池是可充电电池短时持续提供大电流，可
15、以减少电机启动时造成的干扰。方案二：还是采用四节AA电池供电，不同的是在输入给单片机的线路上加上一个稳压管7805。提供单片机更稳定，更干净的电流。而且能保证单片机不被烧毁。综上，拟采用方案二2.5小结经过一番仔细的论证与比较，我们决定了系统各个主要模块的方案如下：角度传感器模块采用E6B2-CWZ5G角度传感器；显示模块采用现成的数码管；电机驱动模块采用L298N；电源采用单电源双输出模块3系统实现相关技术3.1脉冲宽度调制脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。3.1.1简介脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。
