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小车控制电路原理图

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智能小车控制

在科技高速发展的当今社会，人类对于汽车的无人驾驶技术的研

究热度有增无减，工程训练（电工电子）以STC系列的芯片作为主控

芯片，搭配红外循迹、红外测距、超声波测距对智能小车的周边环境

进行监测，保障小车可以安全正常的行驶，搭载颜色传感器用来识别

物体的颜色。系统图如图1所示。

IAP15W4K58S4TCS3200L298N红外光电传感器红外测距传感器

超声波传感器舵机 图1. 系统框图 一、 芯片介绍

1、STC15系列单片机

智能小车以IAP15W4K58S4作为主控芯片，IAP15W4K58S4是属于

STC15系列的单片机，芯片采用LQFP44方式封装, 速度比传统8051

快8-12倍，内部集成高精度R/C时钟；支持ISP/IAP（在系统/在应

用可编程）；7个定时器/计数器，其中5个16位可重装定时器/计数

器；4路超高速完全独立的串口；8通道10位ADC；6通道15位的高

精度PWM，加上2路CCP；从型号规格体现出该芯片拥有58K ROM和4K RAM。实物图如图2所示。

图2. IAP15W4K58S4实物图 2、颜色传感器TCS3200

颜色传感器TCS3200是TAOS公司推出的可编程彩色光到频率的

转换器，采用8引脚表面贴装形式封装（如图3所示），它把可配置

的硅光电二极管与电流频率转换器集成在单一的CMOS电路上，同时

在芯片上集成四种不同的滤光器：红、绿、蓝（RGB）三种滤光器各

16个，不带任何过滤器16个。为了保证能够尽量减少入射光辐射不

平衡，这64个过滤器是交叉排列，从而可以提高颜色识别率。由于

可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，所以可直接与MCU或其他逻

辑电路相连接，并且可以直接输出数字量，并且能够实现每个彩色信

道10位以上的转换精度，因而不再需要A/D转换电路，使电路变得

更简单。

图3. TCS3200实物图 TCS3200颜色传感器原理图如图4所示，利用三原色理，采集被

测物的颜色，即各种颜色都是有三种颜色组成的，通过对芯片的S2、

S3引脚编程选择不同的滤波器，它只能让某种特定的原色通过，经

过电流到频率转换器后输出不同的方波，不同的颜色和光强对应不同

频率的方波。

图4. TCS3200颜色传感器引脚和功能框图 3、电机驱动芯片L298N

L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片，该

芯片采用15引脚立式封装，内含4通道逻辑驱动电路，是一种二相

和四相电机专用驱动器。最高工作电压可达46V；瞬间峰值电流可达

3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。它可以通过PWM脉宽平滑调速、可实现正反转，具有过电压和过电流保护。

图5. L298N实物图 图6. L298N内部H桥驱动电路 L298N内含两个H桥（如图6所示）的高电压大电流全桥式驱动

器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；

采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号

影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻

辑电路在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电

路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或

四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。L298N引脚图见图8，各

引脚功能见表一。

图8. 电机驱动芯片L298N引脚图

图9. L298N内部结构图 表一 引脚编号 引脚名称 引脚功能 1 电流传感器A 在该引脚和地之间接小阻值电阻可用来检测电流 2 输出引脚1 内置驱动器A的输入端1，接至电机A 3 输出引脚2 内置驱动器A的输入端2，接至电机A 4 电机电源端 电机供电输入端，电压可达46V 5 输入引脚1 内置驱动器A的逻辑控制输入端1 6 使能端A 内置驱动器A的使能端 7 输入引脚2 内置驱动器A的逻辑控制使能端2 8 逻辑地 逻辑地 9 逻辑电源端 逻辑控制电路的电源输入端为5V 10 输入引脚3 内置驱动器B的使能端 11 使能端B 内置驱动器B的使能端 12 输入引脚4 内置驱动器B的逻辑控制输入端2 13 输出引脚3 内置驱动器B的输出端1，接至电机B 14 输出引脚4 内置驱动器B的输出端2，接至电机B 15 电流传感器A 在该引脚和地之间接小阻值电阻可用来检测电流 4、三端稳压芯片78M05

78M05是ST公司推出的三端中电流正固定电压稳压器，它具有

过流过热关断保护功能。型号上的78表示正电压，M表示最大输出

电流为0.5A，05表示输出电压是5V，芯片一般采用贴片的TO-220、

D2-PAK形式封装，实物图如图10所示。

图10. 78M05实物图 二、 小车控制系统原理图

如图11所示，系统以IAP15W4K58S4为主控芯片，以红外光电传

感器为小车进行循迹导航，红外测距传感器和超声波传感器保障小车

的安全行驶，L298N驱动电机推进小车前进或者后退。 图11. 小车控制电路原理图 原理图中CN端子为电压输入端，该端子接降压电路。由于各芯

片的工作电压为5V，而电池供电电压为7.2V，所以需要经过降压电

路，将7.2V降到5V，为保证电路供电的稳定性，故添加78M05芯片

作为稳压芯片。

原理图中XJ1-XJ6可外接6个红外光电传感器，如图12所示。

红外光电传感器用来寻找识别小车行迹线。红外光电传感器一般检测

距离为1mm-8mm，所以在设计搭建到时候尽可能将传感头靠近路面，

工作电压为3.3V-5V，属于数字开关量输出（即0和1）。 原理图中HW1可外接红外测距传感器，如图13所示。红外测距

传感器可用来对物体的距离进行测量，实现轮式机器人的避障功能。一般探测距离为10cm-80cm，属于模拟量输出，输出电压和探测距离成反比例

图12.红外光电传感器

图13.红外测距传感器 原理图中CHS1可外接超声波模块，如图14所示。超声波测距模

块可用来测量距离，超声波测距是借助于超声脉冲回波渡越时间法来

实现的。在普通的超声波模块上，一般超声波模块引出四根连接线分

别为电源、控制端、接收端、地线，测距范围为探测距离：2cm-450cm，

供电电压为5V直流电。工作时，从单片机IO口输出10us 的高电平

信号到控制端（Trig），超声波模块会发出8个40kHz的方波检测前

方是否有障碍物，若有障碍物，则可从接收端（Echo）输出一个高电

平，高电平持续的时间就是超声波一来回的时间，通过公式（1）：

测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2;…………………(1)

可以计算出距离。

图14.超声波模块 原理图中TCS3200可外接颜色传感器模块，如图15所示。TCS3200

的S2、S3管脚高低电平的配置选择滤波器模式（如图12），对有障

碍物的物体表面颜色情况进行识别，然后因相应的颜色采取相应的动

作，学生在后期的编程中，可以将采集到的三原色值显示到显示屏

1602上。

图15. 颜色传感器模块

图16. S1、S2配置图 原理图中L298N可外接电机驱动模块，如图17所示。电机驱动

模块可以驱动2路直流电机是小车前进或者后退，使能端ENA、ENB

为高电平时有效，控制方式及直流电机状态表如表二所示。如果需要

通过PWM对直流电机调速，则设置IN1、IN2确定电机转向，最后对

使能端输出PWM脉冲，即可实现调速。需要注意的是如果使能信号为

0时，电机处于自由停止状态；当使能信号为1且IN1、IN2为00或

11时，点击处于制动状态，阻止电机转动由于只用驱动一个电机，

故L298N只需要搭建一边。

图17.电机驱动模块 表二 L298N电平配置与电机状态表 ENA IN1 IN2 直流电机状态

0 X X 停止

1 0 0 制动

1 0 1 正转

1 1 0 反转

1 1 1 制动

原理图中1602可外接液晶显示屏，如图18所示。液晶显示屏为

16X2液晶显示字符模块，用来显示小车行驶的速度、检测到物体的

距离或者颜色。

图18.1602液晶显示屏

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循迹小车

循迹小车

1

目录

摘 要 ................................................................ 2

1.1系统组成结构 .................................................... 3

1.2应用软件介绍 .................................................... 3

1.3原理分析 ........................................................ 4

第二章 硬件电路原理图 ................................................ 5

2.1系统硬件设计原理图 .............................................. 5

2.2单片机系统电路图 ................................................ 6

2.3电源电路图 ...................................................... 7

2.4电动机控制驱动图 ................................................ 8

2.5电机控制方法 .................................................... 9

2.6 循迹小车光电采样电路 ........................................... 10

第三章 元器件介绍 ................................................... 11

3.1 低压差稳压芯片LM2940 简介 ..................................... 11

基于PLC的送料小车接线图及梯形图

基于PLC的送料小车接线图及梯形图

基于PLC的送料小车接线图及梯形图

5.1 送料小车PLC的 I/O分配表

根据控制要求，PLC控制送料小车的输入\输出(I\0)地址编排如下表所示，

其中SB5为启动开关，为SB6停止开关，SA6、SA7为手动\连续选择开关，SA1、SA2为上下、左右转换开关，SA3、SA4、SA5为油缸单动联动转换开关。Q0.0-Q0.3

和Q1.0-Q1.3控制8个要料指示灯，Q0.4-Q0.5和Q1.4-Q1.5控制小车1、2左

行右行，Q0.6-Q0.7和Q1.6-Q1.7。如表3-1所示：

3-1 I/O分配表

5.2 PLC端子接线图

PLC型号的选择：由于该系统是在原来CPU226的基础上改进的设备，而现

在共用了31个输入，用直流24V；18个输出，用交流电220V，所以我选择用S7-200

系列CPU226，加一个EM223的扩展模块。CPU226的主要的技术参数：输入24VDC，输入点分配 输出点分配

输入接点 输入开关名称 输出接口 驱动设备

I0.0-I0.3 小车1行程开关

(SQ1-SQ4) Q0.0-Q0.3 小车1要料指示灯

(HL1-HL4)

I0.4-I0.7 小车1控制按钮 (SB1-SB4) Q0.4-Q0.5 小车1左右行线圈

I1.0-I1.3 小车2行程开关

(SQ11-SQ14) Q0.6-Q0.7 油缸1伸出缩回

线圈

I1.4-1.7 小车2控制按钮

(SB11-SB14) Q1.0-Q1.0 小车2要料指示灯

(HL11-HL14)

I2.0-I2.5 推车机行程开关

(SQ5-SQ10) Q1.4-Q1.5 小车2左右行线圈

I2.6-I2.7 起动，停止按钮 (SB5，SB6) Q1.6-Q1.7 油缸2伸出缩回 线圈

I3.0-I3.1 手动，连续

转换开关(SA6，SA7) Q2.0-Q2.1 推车机上下行线圈

I3.2-I3.3 推车机上下，左右

转换开关 (SA1，SA2)

20,5t行车主要部分电气工作原理图

20,5t行车主要部分电气工作原理图

20/5t桥式主要部分电气工作原理

20/5t桥式起重机经常移动的。因此要采用移动的电源线供电,一般采用软电缆供电，软电缆可随大、小车的滑触线通过生产车间中常用的20／5t桥式起重机，它是一种用来吊起或放下重物并使重物在短距离内水平移动的起重设备，俗称吊车、行车或天车。起重设备按结构分，有桥式、塔式、门式、旋转式和缆索式等多种，不同结构的起重设备分别应用于不同的场合。生产车间内使用的是桥式起重机，常见的有5t、10t单钩和15／3t、20／5t双钩等。下面以20／5t双钩桥式起重机为例分析一下20/5t桥式起重机控制线路。20/5t桥式起重机主要由主钩（20t）、副钩（5t)、大车和小车等四部分组成。如图10—17所示是20/5t桥式起重机的外形结构图。

1-驾驶室 2-辅助滑线架 3—交流磁力控制器4—电阻箱

5-起重小车 6—大车拖动电动7—端梁 8-主滑线 9—主梁

图10-17 桥式起重机外形结构图

20/5t桥式起重机由五台电动机组成，其主要运动形式分析如下:大车的轨道设在沿车间两侧的柱子上,大车可在轨道上沿车间纵向移动；大车上有小轨道，供小车横向移动；主钩和副钩都安装在小车上.交流起重机的电源为380V.由于起重机工作时是电刷引入起重机驾驶室内的保护控制盘上,三根主滑触线是沿着平行于大车轨道方向敷设在车间厂房的一侧.提升机构、小车上的电动机和交流电磁制动器的电源是由架设在大车上的辅助滑触线(俗称拖令线）来供给的；转子电阻也是通过辅助滑触线与电动机连接的。滑触线通常用圆钢、角钢、V形钢或工字钢轨制成.

10。6.1 20/5t桥式起重机的工作原理

1。主电路分析

桥式起重机的工作原理如图10-18所示。大车由两台规格相同的电动机M1和M2拖动，用一台凸轮控制器Q1控制，电动机的定子绕组并联在同一电源上；YA1和YA2为交流电磁制动器，行程开关SQR和SQL作为大车前后两个方向的终端保护。小车移动机构由一台电动机M3拖动，用一台凸轮控制器Q2控制，YA3为交流电磁制动器，行程开关SQBW和SQFW作为小车前、后两个方向的终端保护。副钩提升由电动机M4拖动，由凸轮控制器Q3来控制，YA4为交流电磁制动器,SQU1为副钩提升的限位开关。主钩提升由电动机M5拖动,由主令控制器SA和一台磁力控制屏控制，YA5、YA6为交流电磁制动器,提升限位开关为SQU2，下降限位开关SQU3。

PLC课程设计---运料小车控制模拟

PLC课程设计---运料小车控制模拟

沈阳理工大学课程设计

word文档可自由复制编辑 1 概述

1.1 PLC的基本概念

在PLC的发展过程中，美国电器制造商协会（NEMA）经过四年的调查，于1980年把这种新型的控制器正式命名为可编程控制器（Programmable

Controller）,英文缩写为PC，并且作如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的是的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它使用可编程序的存储器来存储指令，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，计数，计时和算术运算等操作的指令。并且通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关外部设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”

定义强调了PLC应直接应用于工业环境，它必须有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。

1.2 PLC的发展

PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美，德，日等工业发达的国家已成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升，生产厂家不断涌现，品种不断翻新，产量产值大幅度上升而价格不断下降。

目前，世界上有200多个厂家，较有名的公司有美国：AB通用电气，莫迪康公司；日本：三菱，富士，欧姆龙，松下电工等：德国：西门子公司；法国：TE施耐德公司；韩国：三星，LG公司等。

1.3 PLC的发展趋势

（一）大型化

为适应大规模控制系统的要求，大型PLC向着大存储容量，高速度，高性能，增加I|O点数的发展方向。主要表现在以下几个方面：

1.增强网络通信功能：；

2.发展智能模块；

3.外部故障诊断功能； 沈阳理工大学课程设计

word文档可自由复制编辑 4.编程语言、编程工具标准化、高级化

5.实现软件、硬件标准化

6.编程组态软件发展迅速

（二）小型化

发展小型PLC，其目的是为了占领广大的、分散的、中小型的工业控制场合，使PLC不仅成为继电器控制柜的替代物，而且超过继电器控制系统的功能。小型PLC朝着简易化、体积小、功能强、价格低的方向发展。