汽车雨刷模拟系统课程设计汇总.doc
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1、、八 、,刖言在现在电子产品中,电子仪器设备、家用电器、儿童玩具、工业以及农业生产等方 面,直流电动机都得到了广泛的应用。大家都熟悉的录音机、录像机、电子计算机等, 上面都不可能缺少直流电动机。所以直流电动机的控制是一门很实用的技术。直流电动机具有良好的启动性,他的特点是启动转矩大,最大转矩大,能再宽广的 范围内平滑、经济的调速,调速效率高。并在工业上得到广泛的应用所以在汽车的雨刮 也有广泛的应用。雨刮系统是汽车的重要安全设备之一。在传统机械雨刷系统中,驾驶 者手动控制雨刷器速度转换开关,通过改变雨刷器摆动速度,以求快速清除附着在挡风 玻璃上的雨水。通过AT89C51单片机能够方便的对雨刮系统
2、进行实时控制,让驾驶员 在雨天、大雾、大雪等恶劣天气下能够安全的架势车辆。随着科学技术的提高,汽车工业也得到了迅速发展,而且越来越趋向于智能化,阴 雨天气中交通事故时常发生,在实际应用中汽车雨刷控制通常由直流电机的控制来实 现。直流电机因具有良好的线性调速特性、效率高、控制简单、调速性能好及体积小等 优点得到了广泛使用。常规电机调速控制方法中,电机工作不稳定,损耗较大,尤其在低电压轻负荷时情况更为严重,且工作频率受电源频率的限制,难以满足高精度的调速要 求,不利于广泛推广。如何才能使电路具有成本低、控制精度高、调试修改参数方便, 且能方便和灵活地适用于大功率、可靠性高的直流电机控制系统中,是我
3、们研究的目的。1、设计方案比较与分析1.1电机调速控制模块:方案一:采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压,从而达到调速的目的。但 是电阻网络只能实现有级调速,而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于 一般电动机的电阻很小,但电流很大;分压不仅会降低效率,而且实现很困难。方案二: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较为简单,缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损 坏、寿命较短、可靠性不高。方案三:采用集成芯片L293D。L293D采用16引脚DIP封装,其内部集成了双极 型H-桥电路,所有的开量都做成n型。这种双极型脉冲调宽方
4、式具有很多优点,如电流 连续;电机可四角限运行;电机停止时有微振电流,起到“动力润滑”作用,消除正反 向时的静摩擦死区:低速平稳性好等。兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大,因此本设计采用1.2速度显示模块:方案一:使用液晶LCD1602. 1602是能显示2行,每行16个字符,字符包括英文 字符及阿拉伯数字。但其不能显示汉字。方案二:使用数码管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管,八段数码管比 七段数码管多一个发光二极管单元(多一个小数点显示);按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管;按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴 极数码管。兼于方案二显
5、示性能优良、使用范围广、使用简单,因此本设计采用方案二。2. 系统分析与设计2.1系统的硬件电路设计与分析2.1.1模拟雨刷系统总体设计本系统一共需要按键、时钟、复位、显示、电机驱动五个模块电路。按键模块使用P1 口,时钟、复位电路按照51最小系统的电路连接。显示模块段选使用 P0 口,电机驱 动和显示模块位选使用P2 口。其系统总体设计框图如图1所示:按鍵锲块514显示模块单片机W电机驱动模 抉图1系统总体设计框图2.1.2 8051单片机简介AT89S51是一个低电压,高性能 CMOS 8位单片机,片内含4k bytes的可反复擦写 的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取
6、数据存储器(RAM ),器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准 MCS-51旨令系统,片内置通用8位 中央处理器和Flash存储单元,内置功能强大的微型计算机的 AT89S51提供了高性价比 的解决方案。AT89S51是一个低功耗高性能单片机,40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O ) 端口,同时内含2个外中断口,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口, AT89S51可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。8051单片机引脚图。如图2所示:PID
7、4DVTC805138PO.DFD. 1FQ.ZP0.3Fl fFl! 1KT/VFDro.EB3II/P3.0 IHD/P3. 1 nf0/F3.2 一 IM71/F3.3 TO/E3.4 Tl/n.5 'WP3 B 丽 P3-T =XTAL2 HTAL1 VS5 131920313025 购27262524232221EA/VFP ALE/PTOG FSEM7 6 5 4 3 P2P£P2F2F2.P2.2P2.1也O图2 8051单片机引脚图AT89S51具有如下功能特性:兼容MC51指令系统; 32个双向I/O 口;两个16位可编程定时/计数器; 1个串行中断;两个外
8、部中断源; 4k 可反复擦写(1000 次)Flash ROM; 128x8bit 内部 RAM ; 6个中断源;低功耗空闲和掉电模式;软件设置睡眠和唤醒功能。2.1.3电机驱动芯片L293D采用16引脚DIP封装,其内部结构如图3:OUT! DUI3UssH10UT2 OUT 4IN3ENABLE I1N2IH1图3L293D内部结构图其内部集成了双极型H-桥电路,所有的开量都做成n型。这种双极型脉冲调宽方式 具有很多优点,如电流连续;电机可四角限运行;电机停止时有微振电流,起到“动力 润滑”作用,消除正反向时的静摩擦死区:低速平稳性好等。L293D通过内部逻辑生成使能信号。H-桥电路的输入
9、量可以用来设置马达转动方向,使能信号可以用于脉宽调整(PWM )。另外,L293D将2个H-桥电路集成到1片芯片上,这就意味着用1片芯片 可以同时控制2个电机。每1个电机需要3个控制信号EN12、IN1、IN2,其中EN12 是使能信号,IN1、IN2为电机转动方向控制信号,IN1、IN2分别为1, 0时,电机正转, 反之,电机反转。选用一路 PWM连接EN12引脚,通过调整PWM的占空比可以调整 电机的转速。2.2 PWM定义直流电动机转速的控制方法可分为两类,即励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控 制法控制磁通,其控制功率虽然小,但低速时受到磁饱和的限制,高速时受到换向火花 和换向器结构强度
10、的限制;而且由于励磁线圈电感较大,动态响应较差。所以常用的控 制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法。调节电阻r即可改变端电压,达到调速目的。但这种传统的调压调速方法效率低。现在一般采用脉冲宽度调制(PWM控制技术来实现电机速度调整。该技术稳定性好,易控制,精度高。221 PWM定义脉冲宽度调制(PWM )是英文“ Pulse Width Modulation”的缩写,简称脉宽调制。 它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 于测量,通信,功率控制与变换等许多领域。一种模拟控制方式,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
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