电气专业核心课程综合
课程设计报告
题 目： 运动小车PLC控制系统设计
院 （系）： 机电与自动化学院
专业班级： 电气工程及其自动化0902
学生姓名： 袁嘉骏
学 号： 20091131063
指导教师： 梅秋燕
2012年06月18日至2012年07月06日
华中科技大学武昌分校
《电气专业核心课程综合课程设计》任务书
一、设计题目
HJD-4实验教学装置PLC控制系统设计
二、设计主要内容
1.控制要求
控制系统主要由上位机PC机、PLC、变频器及异步电动机组成。可编程控制器(PLC)负责处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出起、停等信号，同时变频器也将工作状态信号送给PLC，形成双向联络关系,它是系统的核心。变频器实现电机的调速。在上机机上，按下启动按钮，可选择工频/变频控制， 能实现自动控制和手动控制（自动转换频段/手动输入频段），并可实现调速。
在系统满足操作要求外，对于控制界面力求界面简洁美观，控制动作不会相互影响，状态显示清楚明了，便于用户操作控制。
2.主要内容
（1）设计一个由组态软件实现上位机控制，PLC为下位机的HJD-4实验教学装置主轴PLC控制系统。
（2）根据控制要求，查阅相关技术资料，拟定课题实施方案，进行电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。
（3）HJD-4实验教学装置主轴控制系统的软件设计，包括控制程序、控制界面及动画设计。
（4）利用实验室设备完成硬件接线及运行调试。
三、原始资料
2. HJD-4实验教学装置
加工中心HJD-4是机电一体化实验教学系统。它由个人计算机（PC或上位机）、电气控制实验柜和微加工中心组成。其中PC机和电气控制实验柜是系统的主体，微加工中心为控制对象。
伺服小车的控制系统设计
摘要：移动机器人是机器人学中的一个重要分支，且其应用越来越广泛。本设计采用的是AT89S51单片机来控制一个伺服小车，该小车主要由两个独立驱动的主动轮、一个从动轮和底盘等机构组成，车体采用ABS板粘接而成，小车的运动主要由主动轮上的相同电机驱动，电机驱动芯片L298N直接控制两个直流电机旋转，小车的转弯主要通过两个电机的运动速度不同来实现。该伺服小车的转动角度为360，伺服小车可以前、后、左、右行进，由操作手柄上的四个方向控制按钮—K1、K2、K3、K4进行控制，在车上有相应的动作(前、后、左、右)。制作由直流驱动电机和单片机构成的驱动系统电路并根据控制要求编写控制系统的控制程序，实现小车的动作要求。此系统以简易的电路连接配合驱动程序，可以精确的控制伺服小车的动作。而其系统本身便是一套简易模型车体或是简易模型机器人的底层动作平台。了解其工作原理后还可以有其他的应用，凡是需要以单片机控制，而且想要移动的机构都可能有机会使用到它作为一个基础平台。对于非机械专业的同学，只要懂得单片机设计，也可以很有效率的设计一些精密的传动系统。本课题可以学习以直流电机为动力的移动平台设计原理及相关程序设计。
关键词：伺服小车 单片机 直流电动机 控制系统
The Design of Servo Vehicle's Control System
Abstract: Mobile robot, which has more and more application in today’s society, is one of the most important branches in the study of robot investigation. My design is to control a servo vehicle by using AT89S51 SCM. This vehicle is composed of 2 independently-driven drivers, 1 driven wheel and a batholith felted with ABS board, etc, and is driven by the 2 same electromotors on the driver. The electromotor control CMOS chip L298N directly controls the circumgyration of the 2 direct electromotors. The swerve of the vehicle is mainly controlled by the different speeds of the 2 electromotors. The
河南科技大学本科毕业设计（论文）
I 自动往返电动小汽车设计
摘 要
智能小车，也称轮式机器人，是一种以汽车电子为背景，涵盖智能控制、模式识别、传感技术、电子电气、计算机、机械等多学科的科技创意性设计。一般主要由路径识别、速度采集 、角度控制及车速控制等模块组成。
本系统以SST系列单片机为核心控制模块，充分利用了自动检测技术、单片机最小系统、液晶显示模块电路，以及声光信号的控制、电机的驱动电路。通过Keil C和PROTEUS的仿真，通过实践操作与调试，实现自动往返小车设计。综合运用单片机技术、自动控制理论、检测技术等。使小车能在无人操作情况下，借助传感器识别路面环境，由单片机控制行进，实现初步的无人控制。单片机具有体积小、重量轻、耗电少、功能强、控制灵活方便且价格低廉等优点。智能小车采用单片机为控制器核心，其集成度高、体积小、抗干扰能力强，具有独特的控制功能，单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。
本设计以单片机为核心，附以外围电路，采用光电检测器进行检测信号和循线运动。运用单片机的运算和处理能力来实现小车的自动加速、限速、减速、定时、前进、后退、左转、右转、显示行驶速度、行驶路程、行驶时间等智能控制系统。
关键词：SST单片机，自动控制，电动小车， PWM调速，传感器
河南科技大学本科毕业设计（论文）
II THE DESIGN OF AUTOMATIC ELECTRIC CARS
ABSTRACT
Smart cars, also called wheeled robots, is a kind of automobile electronic
background, intelligent control, pattern recognition and sensing technology,
electronic, computer, machinery and multidisciplinary science creative design.
1 题目 自动往返小车设计
目 录
2 自动往返小车设计
一、方案的选择与论证
根据题目要求，系统可以划分为几个基本模块，如图 1所示。
图 1
对各模块的实现，分别有以下一些不同的设计方案:
1. 电动机驱动调速模块
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:采用由达林顿管组成的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下，效 率非常高;H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制;电子开关的速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的PWM调速技术。
基于上述理论分析，拟选择方案三。 3 2. 路面黑线探测模块
探测路面黑线的大致原理是:光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸的反射系数不同，可根据接收到的反射光强弱判断是否到达黑线。
方案一:可见光发光二极管与光敏二极管组成的发射-接收电路。这种方案的缺点在于其他环境光源会对光敏二极管的工作产生很大干扰，一旦外界光亮条件改变，很可能造成误判和漏判;虽然采取超高亮发光管可以降低一定的干扰，但这又将增加额外的功率损耗。
方案二:不调制的反射式红外发射-接收器。由于采用红外管代替普通可见光管，可以降低环境光源干扰;但如果直接用直流电压对管子进行供电，限于管子的平均功率要求，工作电流只能在1OM左右，仍然容易受到干扰。
方案三:脉冲调制的反射式红外发射-接收器。考虑到环境光干扰主要是直流分量，如果采用带有交流分量的调制信号，则可大幅度减少外界干扰;另外，红外发射管的最大工作电流取决于平均电流，如果使用占空比小的调制信号，在平均电流不变的情况下，瞬时电流可以很大(50-100mA)，这样也大大提高了信噪比。
