protel99SE CAD設(shè)計

1、電子線路CAD大作業(yè) 專業(yè)班級：測控技術(shù)與儀器1302班學(xué)號：120132527姓名：周慧棟目 錄1電子線路CAD大作業(yè)選題意義22設(shè)計要求23設(shè)計具體步驟33.1電源子電路設(shè)計步驟33.2電機(jī)驅(qū)動子電路設(shè)計步驟43.3 傳感器系統(tǒng)子電路設(shè)計步驟53.4 主控系統(tǒng)子電路設(shè)計步驟84總結(jié)111電子線路CAD大作業(yè)選題意義 基于單片機(jī)的智能電動小車作為實現(xiàn)無人駕駛小汽車的方案之一,以其智能、靈活、便攜、智能等優(yōu)點滿足了玩具小汽車發(fā)展的需要。本文設(shè)計的智能電動小車控制系統(tǒng)有自動循跡的功能，能滿足按預(yù)設(shè)軌道行走并完成給定任務(wù)的要求，單片機(jī)是實現(xiàn)電動智能小車控制系統(tǒng)的核心，其軟硬件設(shè)計是實現(xiàn)循跡功能的基

2、本要求和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境惡劣時，人工不能完成的任務(wù)如物料運輸和裝卸等，可采用智能尋跡小車完成相應(yīng)的任務(wù)。基于生產(chǎn)現(xiàn)場和日常生活的實際需要，研究和開發(fā)智能小車尋跡系統(tǒng)具有十分重要的意義。該項目的研究可以應(yīng)用于機(jī)車頭燈自動尋跡、工廠自動化、倉庫管理、智能玩具和民用服務(wù)等領(lǐng)域，可提高勞動生產(chǎn)效率，改善勞動環(huán)境。智能作為現(xiàn)代社會的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個特定的環(huán)境里自動的運作，無需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。本設(shè)計主要體現(xiàn)多功能小車的智能模式，設(shè)計中的理論方案、分析方法及特色與創(chuàng)新點等可以為自動運輸機(jī)器人、采礦勘探機(jī)器人、家用自動清潔機(jī)器人

3、等自動半自動機(jī)器人的設(shè)計與普及有一定的參考意義。同時小車可以作為玩具的發(fā)展對象，為中國玩具市場技術(shù)含量的缺乏進(jìn)行一定的彌補，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益，形成商業(yè)價值。 2. 設(shè)計要求以AT89C51單片機(jī)為核心的控制電路，采用模塊化的設(shè)計方案，運用光電傳感器、金屬探測傳感器、超聲波傳感器組成不同的檢測電路，實現(xiàn)小車在行駛中自動尋跡、探測預(yù)埋金屬鐵片、躲避障礙物、測量里程等問題。并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動小車的智能控制。根據(jù)要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動車的基礎(chǔ)上，加裝光電檢測器，實現(xiàn)對電動車的速度、位置、運行狀況的實時測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處

4、理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動車的智能控制。這種方案能實現(xiàn)對電動車的運動狀態(tài)進(jìn)行實時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項要求。3具體設(shè)計步驟3.1 電源部分子電路設(shè)計步驟（1） 方案1：采用9V蓄電池為直流電機(jī)供電，將9V電壓降壓、穩(wěn)壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。雖然蓄電池的體積過于龐大，在小型電動車上使用極為不方便。方案2：采用9V南孚干電池直接個電機(jī)驅(qū)動芯片L298N供電，并將9V經(jīng)過7805穩(wěn)壓及電容濾波后給單片機(jī)供電。由于方案2的質(zhì)量小，且電池價格便宜，實用性強(qiáng)，足夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)功能，因此我們選用方案2。直接

5、采用9V直流電源由穩(wěn)壓模塊將220V交流電轉(zhuǎn)換成9V直流電再經(jīng)7805穩(wěn)壓模塊到5V供單片機(jī)電機(jī)使用，如圖1。 圖1（2)繪圖所用元件庫及元件 Miscellaneous Devices元件庫：電容CAP極性電容ELECTRO發(fā)光二極管LED電阻RES開關(guān)SW-PB元件VOLTREG標(biāo)號為J8的元件為新建元件，新建步驟如下：在原理圖繪制界面，點擊Edit，再點擊菜單欄Tools工具選項，點擊第一項New Component新建元件選項，即打開新建元件界面，然后利用畫線工具進(jìn)行元件繪制。繪制完成后點擊File下的Save Copy As將新建元件保存，然后點擊左側(cè)的Place放置元件。3.2電機(jī)

6、驅(qū)動控制部分（1）方案一：采用繼電器對電動機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制,通過開關(guān)的切換對小車的速度進(jìn)行調(diào)整.此方案的優(yōu)點是電路較為簡單,缺點是繼電器的響應(yīng)時間慢,易損壞,壽命較短,可靠性不高。方案二：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)節(jié)電動機(jī)的分壓，從而達(dá)到分壓的目的。但電阻網(wǎng)絡(luò)只能實現(xiàn)有級調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價格比較昂貴。更主要的問題在于一般的電動機(jī)電阻很小，但電流很大，分壓不僅回降低效率，而且實現(xiàn)很困難。方案三：采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線性型驅(qū)動的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，加速能力強(qiáng)，采用由達(dá)林頓管組成的 H型橋式電路(如圖2.1)。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)下

7、，精確調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高，H型橋式電路保證了簡單的實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采用的 PWM調(diào)速技術(shù)?，F(xiàn)市面上有很多此種芯片，選用L298芯片。這部分采用專用的電機(jī)控制芯片L298，它可同時對兩個電機(jī)驅(qū)動控制電路簡單控制效果好電路干擾小，電路圖如圖2 圖2（2） 所用元件庫及元件Miscellaneous Devices元件庫：電機(jī)MOTOR SERVO二極管DIODE圖中標(biāo)號D10的芯片L298為新建元件新建步驟如下：由于新建元件為16引腳，因元件HEADER16的引腳也為15個，所以在它的基礎(chǔ)上新建修改

8、，在Miscellaneous Devices元件庫找到該原件后選中然后單擊Edit新建元件界面打開，然后在原有的基礎(chǔ)上修改，修改完成之后，點擊File下的Save Copy As進(jìn)行保存，然后再通過點擊Place放置元件。管腳排列如下圖4。 圖43.3傳感器探測部分方案一：用光敏電阻組成光敏探測器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光線照射到白線上面時光線發(fā)射強(qiáng)烈光線照射到黑線上面時光線發(fā)射較弱因此光敏電阻在白線和黑線上方時，阻值會發(fā)生明顯的變化，將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。方案二：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對管尋跡傳感器，紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的

9、紅外線照射到白色平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線，則檢測出黑線輸出高電平。方案三用RP220光電對管，RP220是一種一體化反射型光電探測器，其發(fā)射器是一個砷化鎵二極管，而接收管是一個高靈敏度，硅平面光電三極管。傳感器部分如圖5，6 圖5 圖6（2） 所用元件庫及元件Miscellaneous Devices元件庫：電阻Res三極管NPN運算放大器CA082T編號為RPR353的元件為新建元件，新建步驟如下：在元件CON4的基礎(chǔ)上進(jìn)行新建，選中該元件，然后單擊Edit打開編輯元件界面，在原有元件的基礎(chǔ)上進(jìn)行新建，新建完成之后，點

10、擊File下的Save Copy As行保存，然后再通過點擊Place放置元件。3.4主控系統(tǒng)部分（1）根據(jù)設(shè)計要求，此設(shè)計屬于多輸入量的復(fù)雜程序控制問題。據(jù)此，擬定了以下兩種方案，具體如下：方案一：選用一片CPLD（如EPM7128LC84-15）作為系統(tǒng)的核心部件，實現(xiàn)控制與處理的功能。CPLD具有速度快、編程容易、資源豐富、開發(fā)周期短等優(yōu)點，可利用VHDL語言進(jìn)行編寫開發(fā)。但CPLD在控制上較單片機(jī)有較大的劣勢。同時，CPLD的處理速度非常快，而小車的行進(jìn)速度不可能太高，那么對系統(tǒng)處理信息的要求也就不會太高，在這一點上，MCU就已經(jīng)可以勝任了。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要

11、增加的難題。為此，我們不采用該種方案，進(jìn)而提出了第二種設(shè)想。方案二：采用單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的核心，用其控制行進(jìn)中的小車，以實現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實現(xiàn)小車的自動控制，而在這一點上，單片機(jī)就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機(jī)就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等優(yōu)點。因此，這種方案是一種較為理想的方案。因此選用89C51作為控制芯片。如圖7，8.圖7圖8（2） 所用元件庫及元件串口DB9晶振CRYSTAL電阻RES開關(guān)SW-PB電容CAP元件MAX232和89C51為編輯元件，編輯步驟如下：在原理圖繪制界面，點擊Edit，再點擊菜單欄Tools工具選項，點擊第一項New Component新建元件選項，即打開新建元件界面，然后利用畫線工具進(jìn)行元件繪制。繪制完成后點擊File下的Save Copy As將新建元件保存，然后點擊左側(cè)的Place放置元件。4總結(jié) 通過本次設(shè)計，我不但鞏固了課本上的知識，對單片機(jī)有了更為深入的了解，對一個課題如何畫流程圖，編程序等，有了一定的認(rèn)識。在本次設(shè)計中，我進(jìn)一步加強(qiáng)了自己的動手能力和運用