小车控制

2024-11-03

小车控制(精选12篇)

小车控制 篇1

1 引言

随着物联网的兴起, Android手机以其独有的开放性优势正在为人们提供更多优质便捷的技术成果。本文研究的是基于蓝牙控制的智能小车设计, 借助于手机平台和蓝牙技术, 设计和实现了一种无线智能小车。

本设计是以51单片机为核心, 以手机蓝牙作为客户端, 小车上的蓝牙模块HC-06作为服务端, 双方通过串口进行通信, 单片机驱动直流电机控制小车行动, 完成了通过手机上的蓝牙功能来控制小车行走的软、硬件设计。通过设置手机界面来设置前进、后退、左转、右转和自动避障等功能, 完成小车的前进、后退、左转、右转和自动避障等基本运动功能。实验结果表明, 小车可以接收手机遥控信号并灵活地进行前行、倒退、左转、右转和停止等功能。也为其他小车设计提出了一种新的思路, 并且让智能家居的生活成为现实更加进了一大步。

2 系统结构框图

设计以手机控制平台、蓝牙通讯模块、电机驱动模块、液晶显示模块和超声波模块等硬件模块组成的智能小车, 总的系统框图如图1所示。单片机控制电机驱动来控制电机的正反转以实现小车的前进、后退、左转、右转。HC-06为蓝牙接收模块, 通过与手机端的蓝牙进行连接配对, 从而接收从手机端发送过来的动作指令。接收到的指令再传给单片机, 单片机通过分析传递过来的指令不同, 而跳转到不同的子程序来控制电机驱动, 从而实现小车的前进、后退、左转、右转等不同的动作之后再让小车显示距离, 自动避障和转向。小车采用4wd驱动, 以提高整车运动的平稳性。电源提供给单片机5V直流电, L298需要从外部接两个电压, 一个是给电机的, 另一个给LL229988芯片的。

3 硬件电路设计

硬件电路设计包括:主控模块的选择及其最小系统、LCD1602液晶显示模块、电机驱动电路模块、超声波电路、蓝牙模块电路等主要电路设计和与蓝牙APP的结合使用。如图2所示。

3.1 主控模块的选择

系统采用STC89C52RC单片机作为系统的主控制芯片, 完成收发蓝牙信号、小车方向的控制、液晶显示等相关功能。STC89C52RC系列单片机具有8k字节Flash, 512字节RAM, 32位I/O口线, 看门狗定时器, 内置4KBEEPROM, MAX810复位电路, 3个16位定时器/计数器, 4个外部中断, 一个7向量4级中断结构 (兼容传统51的5向量2级中断结构) , 全双工串行口。另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作, 支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下, CPU停止工作, 允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下, RAM内容被保存, 振荡器被冻结, 单片机一切工作停止, 直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz, 6T/12T可选。

单片机最小系统如图2所示, 包括了单片机、复位电路、时钟电路。单片机可以通过手动按键复位, 按下复位键S1后使单片机进入上电的初始状态。系统时钟电路选用了11.0596MHz的晶振, 一个机器周期的时间约为1μs。

3.2 LCD1602显示模块与主控芯片的设计

系统选用LCD1602液晶显示器, 方便直观显示更多的参数, 显示器显示波形类型、幅度、频率。单片机P0口作为数据端口, 液晶显示接单片机的P0.0-P0.7端口, 其中EN是下降沿触发的片选信号, R/W是读写信号, RS是寄存器选择信号。

3.3 电机驱动电路模块设计

电机驱动电路模块内含两个H桥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, 使内部逻辑电路部分在低电压下工作;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。

3.4 超声波电路模块设计

超声波电路一个控制口发一个10US以上的高电平, 就可以在接收口等待高电平输出。一有输出就可以开定时器计时, 当此口变为低电平时就可以读定时器的值, 此时就为此次测距的时间, 方可算出距离。如此不断地周期测量, 就可以得到移动测量的值。

3.5 蓝牙模块电路设计

蓝牙模块电路通过接收手机发过来的不同的信息向MCU发送不同的信息内容, 使小车进行不同的动作。

4 智能小车手机蓝牙串口软件

本设计所采用的蓝牙app软件是由微软官方网站发布的SPP蓝牙串口作为通信工具。它可以连接任何支持串行端口模式的蓝牙设备 (如手机) 。SPP蓝牙串口软件支持蓝牙SPP的客户端模式;可以设置为ASCII或HEX显示模式;可设置终端或聊天视图;可以连接到蓝牙MCU;可以连接到蓝牙调制解调器 (大多数手机支持) 。控制界面如图3所示, 手机界面分别有前进、后退、左转, 右转按钮。操作界面类似于聊天界面, 当发送字符或者指令的时候, 小车上的蓝牙如果成功收到指令则会返回一个相同的指令或者字符。

5 软件编程

系统主要运用Keil和UV4两个程序软件进行程序编译和仿真。软件设计的主要有主控制、串口通信、中断、驱动、定时、显示等6个部分组成。

5.1 主程序流程图

主程序流程图如图4所示。接上电源后, 程序开始初始化设置, 蓝牙一直在检测是否收到指令, 如果接收到了指令, 则会根据接收的指令进行前进、后退、左转、右转和切换到无人操作模式等动作, 否则会一直在循环检测。当进入了无人操作模式后, 蓝牙模块停止工作, 小车则会利用超声波模块进行自动避障和开始在液晶上显示距离。当显示距离大于设定的距离时, 小车会后退左转, 否则小车则会继续前进, 直到遇到了黑线后, 跳出程序, 实现停车。

5.2 蓝牙流程图

蓝牙子程序流程图如图5所示。开始时, 蓝牙先初始化, 然后一直检测是否接收到指令。如果接收到指令则根据指令对前进、后退、左转、右转和切换至无人模式进行选择。

6 实验测试及结果分析

小车整体效果图如图6所示, 对小车进行如下测试:

(1) 在平坦开阔的场地, 给小车供上11V左右的电源, 当蓝牙接收到前进、后退等指令时均能正常行驶。

(2) 在平坦开阔的场地, 小车进入自动避障功能时, 在小车前方设置障碍物, 均能够绕开, 碰到黑线可以正常停车。

(3) 由于受程序延时问题、外界环境因素和模块本身工艺的影响, 超声波模块测得的距离有3cm至6cm的误差, 但不影响小车的整体功能。

(4) 两个l298n模块由两个电源供电, 但是电压不会完全相等, 所以小车在行驶过程中左边车轮和右边车轮速度有一点点差异, 经试验会产生5至8度的偏移角, 小于10度, 不影响小车的整体功能。

7 总结

本文阐述一种可通过手机蓝牙遥控或者无人驾驶小车的软、硬件设计。单片机编程控制电机的正反转来实现小车前进、后退、左转、右转, 而电机的正反转则由电机驱动L298N输出端的逻辑电平来控制。手机控制时手机蓝牙作为客户端, 小车上的蓝牙模块HC-06作为服务端, 双方通过串口进行通信;无人驾驶时则根据超声波所测得的距离进行控制。实验结果表明, 小车可以接收手机遥控信号并灵活地前行、倒退、左转、右转和切换至无人驾驶的功能, 达到了预期的目的, 很好地完成了最开始预期的效果, 并且为其他智能生活提供了很有价值意义的范例。

参考文献

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[9]李晓林, 牛昱光, 阎高伟.单片机原理与接口技术 (第2版) [M].北京:电子工业出版社, 2011.

小车控制 篇2

2. 丝圈脚垫,是一种采用现代切割技术裁剪缝合而成的一次定型脚垫,这种脚垫有两层材质构成,最下面是防滑颗粒,上面是丝圈,两层热压沾合而成,舒适性较高,尤其是现在市场上刚推出非常流行的全包围丝圈脚垫,这种脚垫结合了全包围脚垫和丝圈脚垫的优点,是现在最流行的脚垫之一,尤其是在高端车市场,据调查显示现在高端车市场每十两车友八辆用的都是全包围丝圈脚垫,目前丝圈做的好的品牌有众鑫、御马。

3. 硅胶脚垫,又叫硅橡胶脚垫,硅胶脚垫主要是用环保材料加工生产制造而成,其主要特点是环保耐用。如果把这种脚垫用到汽车的内饰中可以提高汽车的档次,彰显美观,大方。某些性质与天然树脂相似。

单片机控制在智能小车中的应用 篇3

【关键词】检测;直流电机的控制;转向舵机控制;显示

一、系统方案的设计

本方案以单片机STC89C52为核心,由传感器、直流电机、舵机及相应的驱动电路组成,实现小车高速稳定运行。系统硬件框图如图1:

图1 系统硬件框图

1、控制核心采用STC89C52,编成可选择采用C语言或汇编语言。

2、电源设计单片机及其信号调理电路等需要5V电源供电,舵机的工作电源为6V。

3、电机模块的设计。

1)小车直流电机选用3-6V,输出功率3W,额定转速7000r/min,最大电流0.5A。

2)电机控制。

采用PWM控制方式,电机驱动芯片选用H桥式驱动器MC33886。该芯片内置了控制逻辑、电荷泵、门驱动电路等具有过流、过热、欠压保护电路,通过控制四根输入线可实现电机正反转、能耗制动及反接制动。图2为简化的H桥电路当S1、S4导通且S2、S3截止时,电机正传;S2、S3导通且S1、S4截止时,电流反向流过电机,利用这一点可以使小车处于反接制动状态,迅速降低车速。

图2 H桥控制电机示意图

4、舵机控制。

1)舵机的结构及工作原理

舵机的主体结构有五个部分:外壳、减速齿轮组、电机、电位器、控制电路。工作原理:控制电路接受来自信号线的控制信号,控制电机转动,电机带动一系列齿轮组,减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的,舵盘转动的同时,带动位置反馈电位计,电位计将输出一个电压信号到控制电路板,进行反馈,然后控制电路板,根据所在位置决定电机的转动方向和速度,从而达到目标停止。舵机的输入线共有三条,红色中间,是电源线,一边黑色的是地线,这辆根线给舵机提供最基本的能源保证,主要是电机的转动消耗。舵机的控制信号为周期是20ms的脉宽调制(PWM)信号,其中脉冲宽度从0.5ms-2.5ms,相对应舵盘的位置为0-180度,呈线性变化。也就是说,给它提供一定的脉宽,它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上,无论外界转矩怎样改变,直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号,它才会改变输出角度到新的对应的位置上。舵机内部有一个基准电路,产生周期20ms,宽度1.5ms的基准信号,有一个比较器,将外加信号与基准信号相比较,判断出方向和大小,从而产生电机的转动信号。由此可见,舵机是一种位置伺服的驱动器,转动范围不能超过180度,适用于那些需要角度不断变化并可以保持的驱动当中。

2)舵机控制

舵机的控制信号是一个脉宽调制信号,所以很方便和数字系统进行接口。只要能产生标准的控制信号的数字设备都可以用来控制舵机。本设计采用单片机提供舵机的控制信号,编程语言为C51。单片机有两个(或两个以上)内部计数器,我们就用它来产生周期20ms的脉冲信号,根据需要,改变输出脉宽。

3)速度检测模块

在车体上固定一个对射式红外传感器,为了提高精度将码盘装在电机的轴上,使其处在对射式传感器的沟槽间,小车运行时,码盘随车轴一起转动,红外线发射管发出的红外线通过码盘的小孔到达红外接收管,这样就得到一连串的脉冲信号,经过施密特触发电路整形处理后给单片机,单片机对脉冲信号进行计数处理实现测速。

4)显示部分

采用LCD1602B字符型液晶显示器。LCD1602B可以显示2行16个字符,有8位数据总线DB0-DB7和RS、RW、EN三个控制端口,工作电压5V,并且带有字符对比度调节和背光。与单片机接线为:DB0-DB7接单片机的P0.0-0.7;P2.0接RS,P2.1接RW,P2.2接EN。

二、软件设计

PWM经过低通滤波器就可以变成模拟电压输出外围电路简单,成本低、分辨率高。本设计采用了2个16位定时计数器分别完成控制舵机和电机驱动。

1)PWM控制电机

根据调速原理,当电源电压不变的情况下,电枢端的电压平均值取决于占空比的大小,改变占空比的值就可以改变端电压,从而达到调速的目的。

2)舵机控制

舵机的控制直接影响小车的控制效果,首先完成两个任务:首先是产生基本的PWM周期信号,本设计是产生20ms的周期信号;其次是脉宽的调整,即单片机模拟PWM信号的输出,并且调整占空比。

当系统中只需要实现一个舵机的控制,采用的控制方式是改变单片机的一个定时器中断的初值,将20ms分为两次中断执行,一次短定时中断和一次长定时中断。这样既节省了硬件电路,也减少了软件开销,控制系统工作效率和控制精度都很高。

具体的设计过程:例如想让舵机转向左极限的角度,它的正脉冲为2ms,则负脉冲为20ms-2ms=18ms,所以开始时在控制口发送高电平,然后设置定时器在2ms后发生中断,中断发生后,在中断程序里将控制口改为低电平,并将中断时间改为18ms,再过18ms进入下一次定时中断,再将控制口改为高电平,并将定时器初值改为2ms,等待下次中断到来,如此往复实现PWM信号输出到舵机。用修改定时器中断初值的方法巧妙形成了脉冲信号,调整时间段的宽度便可使伺服机灵活运动。

一般来讲,舵机最大转动速度在6V时为0.18s/60度,也就是说,如果你要求的速度比这个快的话,舵机就反应不过来了;如果要求速度比这个慢,可以将脉宽变化值线性到你要求的时间内,做一个循环,逐渐的增加脉宽值,就可以控制舵机的速度了。当然,具体这个量到底是多少,就需要做试验了,如果不合适,舵机就会向步进电机一样一跳一跳的转动了。

3)测速单片机对脉冲信号进行计数处理实现测速

正常行驶时,要考虑路况好时电机加速,路况不好时电机减速,拐弯时,电机减速,舵机加速减速等。

三、结束语

对于小车速度的控制要综合考虑,通过反复实验,调整确定相关参数,如在行驶中要根据各种传感器传来的信息,确定在什么情况下加速或减速,从软硬件两方面着手,提高小车的控制水平。

参考文献:

[1]谢维成.单片机原理与应用及C51程序设计[M].清华大学出版社,2009

[2]王时胜,姜建平.采用单片机实现PWM式D/A转换技术[J].电子质量,2004

[3]刘歌群,卢京潮,闫建国,薛尧舜.用单片机产生7路舵机控制PWM波的方法[J].机械与电子,2004.

基于蓝牙小车的控制系统 篇4

1 主要芯片介绍及蓝牙技术应用现状

1.1 STC89C52

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器, 具有8 k B在系统可编程Flash存储器。使用经典的MCS-51内核, 8 k B Flash, 512 bit RAM, 32位I/O口线, 看门狗定时器, 内置4 k B EEPROM, MAX810复位电路, 3个16位定时器/计数器, 4个外部中断, 一个7向量4级中断结构, 全双工串行口。另外STC89X52可降至0 Hz静态逻辑操作, 支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下, CPU停止工作, 允许RAM、定时器/计数器、串口和中断继续工作。

1.2 L298N

L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。采用15脚封装, 主要特点是:工作电压高, 最高可达46 V;输出电流大, 瞬间峰值电流可达3 A, 持续工作电流为2 A;额定功率25 W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器, 可用于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, 使内部逻辑电路部分在低电压下工作;可外接检测电阻, 将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机, 该芯片可驱动一台两相步进电机或四相步进电机, 也可驱动两台直流电机。

1.3 蓝牙技术的应用现状

蓝牙技术为一种通用的短距离无线连接协议, 其在各个领域均有广泛应用[3]。作为一种无线数据与语音通信的开放性全球规范, 以低成本的近距离无线连接为基础, 为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。手机之间通过蓝牙实现共享已成为常理, 将手机变为遥控器为人们的生活带来便利。遥控小车在国防、工业、科研等领域也应用广泛。例如消防遥控小车、探测小车等。

2 系统硬件设计

2.1 硬件设计总体框架

系统包括单片机控制模块、蓝牙从机接收模块、手机端控制部分、电机驱动模块和电源模块等部分组成。小车采用STC89C52单片机进行控制, 开始由手机通过蓝牙向小车发送指令, 当小车接收到相关指令后, 通过单片机控制小车开始运动;系统的前后左右行进均由单片机控制实现;在小车进驶过程中, 采用双极式H型PWM脉宽调制技术, 以提高系统的静动态性能;系统的无线遥控用手机蓝牙作为客户端, 小车上的蓝牙HC05作为服务端, 其可靠性能高。具体步骤如下:

(1) 利用安卓系统手机的蓝牙功能, 与配备在小车上的蓝牙模块建立无线通信。

(2) 自行设计驱动电路并配备蓝牙模块, 实现手机蓝牙控制小车的进退与转向运动。做到操作准确、响应迅速, 实现无线控制小车运动的设计要求。

(3) 启动手机主控软件, 操作手机搜索蓝牙模块, 搜索到后用手机向单片机发送一个确认连接指令, 单片机接收到指令后进行自检并返回给手机一个应答信号, 手机再确认连接, 通讯建立, 就可通过手机向小车发出进退与转向命令。

(4) 单片机对接收到的指令进行处理, 而后启动相应电机动作实现命令内容。

2.2 单片机控制模块

STC89C52单片机作为系统的主控MCU芯片, 其最小系统是没有外围器件及外设接口扩展的单片机系统, 是单片机应用系统的设计基础, 其主要包括STC89C52单片机、晶振电路和复位电路。

晶振电路:STC89C52单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器, XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入和输出端。石英晶体和陶瓷谐振器均可用来一起构成自激振荡器。若从外部时钟源驱动器件, XTAL2可不接, 而从XTAL1接入。由于外部时钟信号经二分频触发后作为外部时钟电路输入, 所以对外部时钟信号的占空比并无其他要求, 而最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等仍需符合要求。

复位电路:C51系列单片机的复位方式有手动复位和上电自动复位两种。系统设计包含了以上两种方式。STC89C52的最小系统电路参阅文献[4]。

2.3 电机驱动模块

使用直流两用驱动器可驱动两台直流电机, 其分别为M1和M2。引脚A, B可用于输入PWM脉宽调制信号对电机进行调速控制。对于实现电机正反转, 输入信号端IN1接高电平输入端IN2接低电平, 电机M1正转。控制另一台电机的方式相同, 输入信号端IN3接高电平, 输入端IN4接低电平, 电机M2正转。PWM信号端A控制M1调速, PWM信号端B控制M2调速[5]。

2.4 无线接收通信模块

设计采用辅助模块, 出于成本的考虑, 选用的无线电有效控制距离较短, 但不限制本设计功能的实现, 距离的远近用户完全可根据需要更换模块。本设计采用常见的蓝牙无线模块, 利用手机蓝牙作为客户端, 以HC05作为小车上的蓝牙服务端。

HC-05蓝牙模块主要性能参数:频率为2.4 GHz ISM band;调制方式GFSK;发射功率等级为class2;灵敏度≤-80 d Bm;通信速率2 Mbit·s-1;供电电源3.3 V;工作温度-20~+55℃;协议为标准HCI端口;HC-05蓝牙模块部分电路参照产品功能书。

2.5 7805稳压模块

7805是三端正电源稳压芯片, 其封装形式为T0-220, 并有一系列固定的电压输出, 故应用广泛。每种类型由于内部电流的限制, 以及过热保护和安全工作区的保护。若能提供足够的散热片, 就可提供>1.5 A的输出电流。其虽是按照固定电压值设计的, 但当接入适当的外部器件后, 便能获得各种不同的电压和电流, 本系统采用其典型电路。

3 软件设计

3.1 BLE核心协议

蓝牙技术的核心协议分为4部分: (1) 基带协议 (Baseband) 。基带和链路控制层确保网络内部蓝牙设备单元间由射频构成的物理连接。 (2) 连接管理协议 (LMP) 。负责蓝牙网络内各设备之间的连接建立。 (3) 逻辑链路控制和适配协议 (L2CAP) 。是一个为高层传输层和应用层协议屏蔽基带协议的适配协议, 其为高层应用传输提供了更加有效及更利于实现的数据分组格式。 (4) 服务发现协议 (SDP) 。发现服务在蓝牙技术框架中起着重要作用, 其是所有用户模式的基础, 为实现网络中蓝牙设备之间相互查询及访问提供的服务。在蓝牙系统中, 客户只有通过服务发现协议, 才能获得设备信息、服务信息及服务特征, 从而在设备单元之间建立不同的SDP层连接[8]。

3.2 HCI协议

HCI协议即主机控制接口协议, 是蓝牙标准接口, 适用于蓝牙通讯模块的硬件部分。此定义描述了位于HCI驱动程序和主机控制器固件之间的接口。HCI固件通过访问基带命令、硬件状态寄存器、控制寄存器以及时间寄存器来实现对蓝牙硬件的HCI指令。

系统采用UART方式在蓝牙设备和主控制器之间传输数据。UART传输层的目标为可在同一PCB电路板的两UART之间的串行接口上使用蓝牙HCI协议。UART传输层假定UART通信不存在线路故障, UART传输层采用RS232的接口参数配置。其中, RTS/CTS流控制用于防止临时UART缓冲区溢出, UART信号线采取置空调制解调器模式, 该传输层同时具备纠错功能。主控制器需从蓝牙主机接收一个RESET指令以执行抚慰, 从而实现重新同步。

3.3 软件设计

基于蓝牙的小车控制系统软件设计包括上位机和下位机软件的编写。在单片机控制系统中, 大体上可分为数据处理、过程控制两个基本类型。数据处理包括数据采集、数字滤波、标度变换等。过程控制程序主要是使单片机按一定的方法进行计算, 然后再进行输出, 以便控制生产。

上位机软件设计中, 选用了Eclipse[5]作为开发工具, 用Java语言开发手机端的控制程序, 并设计了客户端软件, 其中蓝牙模块接收数据程序流程如图2所示。

下位机软件设计[6]即串口通信程序设计, 采用模块化结构, 由主程序﹑前进子程序、后退子程序﹑左转子程序、右转子程序构成。STC89C52的串行口是一个全双工的异步串行通信口, 可同时进行接收数据和发送数据, 通过访问特殊功能寄存器SBUF, 来访问接收缓冲器和发送缓冲器。对串行口的控制主要包括对状态控制寄存器SCON、控制寄存器PCON、和串行数据寄存器SBUF的设置。单片机主函数程序流程如图3所示。

4 系统测试

基于蓝牙的小车系统设计要求是手机能正确控制小车的转向、前进、后退、左转、右转和停止功能。因此为检测系统能否达到设计要求, 对系统进行功能与性能测试。

4.1 小车的组装与调试

检查手工板的焊接, 电路有9.6 V和5 V两个电源, 按原理检查各电源情况, 并用LED灯显示输出控制电路的电源通断情况, 在手机端用编好的程序控制板子的通信。

组装小车, 检查小车的机械部分, 测试小车机械是否通畅, 防止因机械产生的故障。

组装手工板, 电源和小车, 因以上几部分之间并未兼容, 所以有些连接需自行制作。

连接排线, 检查各部件, 各模块, 和上位机端进行通信, 检测是否可正常通信。

4.2 调试过程中出现的问题及解决方案

(1) 手机蓝牙与车载蓝牙不能正常通信。原因:蓝牙模块与单片机的I/O接线错误, 单片机晶振选择错误。解决方法:将蓝牙模块的RXD引脚与单片机的引脚P3.0相连, TXD引脚与单片机的引脚P3.1相连, 将单片机的12 MHz晶振更换为11.059 2 MHz。

(2) 手机与小车能正常通信, 但不能按发出的指令执行相应的操作。原因:由于电机两端的电流变化较大, 导致电源变化较大, 以致单片机不能正常工作。解决方法:可在电机两端各加一个104瓷片电容, 以滤除高频杂波, 减少对电源的影响, 使单片机能正常工作。

(3) 给整个系统通电后, 小车的左轮就会在没有收到指令的情况下自转动。原因:用示波器和万用表检测后, 发现单片机控制小车的一个I/O口损坏。解决方案:更换一个单片机, 同时在下次上电时注意对电源的操作, 以免再次烧坏单片机的引脚。

4.3 蓝牙通信距离的测试

由于蓝牙的通信距离有限, 故对该系统的通信质量进行测试, 测试地点选择在有障碍物的教学楼内或在空旷的操场上, 经测试判定手机能在约10 m的范围内有效控制小车。

5 结束语

设计采用STC89C52单片机为控制核心, 通过手机蓝牙发射和车载蓝牙接受的控制信号, 对信号进行快速处理, 以指挥小车运动。整个小车系统由手机蓝牙发射部分、车载蓝牙接受模块、单片机处理模块、L298N电机驱动模块等部分组成。并根据特定作业任务要求发送操作与控制指令信息, 以控制蓝牙小车的运行和停止。

设计存在的不足之处在于, 蓝牙传输的距离有限, 如系统对传输有距离要求, 可改用nRF905无线模块, 该模块发射速率为50 kbit·s-1, 外置433 MHz天线, 空旷通信距离约在300 m, 并在室内3~6层均可实现可靠通信。不足之处在于功能过于单一, 并未设计小车更多的转向动作, 例如可让小车遇到前方的障碍物时自动避开, 这可增加温度采集模块, 对小车周围温湿度进行采集, 若是应用在大型场地, 还可增加卫星定位功能, 与Google地图相连, 用数据库进行数据处理。

摘要:以单片机为核心控制器件, 设计了一种蓝牙遥控小车系统。针对小车的信息采集、驱动及调速等问题, 采用Eclipse开发环境辅助Arduino编程, 并通过串口仿真实现手机蓝牙客户端与车上蓝牙模块服务端的通信。单片机驱动L298N控制小车运动, 用双极式H型可逆PWM变换器进行调速, 小车安装高清摄像头无线返回实时信息。系统电路结构简单、可靠性高、软硬件完备, 且可按照预先设定的模式在规定环境内自动运作。

关键词:蓝牙遥控,Eclipse开发环境,Arduino编程,L298N,PWM调速

参考文献

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智能小车设计报告 篇5

实验设计报告书

目:基于STC89C52的智能小车的设计 姓

名:李如发 学

号:073321032 专

业:电气工程及其自动化 指导老师:李东京 设计时间:2010年 6 月

1.引 言..............................................1 1.1.设计意义......................................1 1.2.系统功能要求..................................1 1.3.本组成员所做的工作............................1 2.方案设计...........................................1 3.硬件设计...........................................2 4.软件设计...........................................7 5.系统调试...........................................7 6.设计总结...........................................8 7.附 录A;源程序.....................................8 8.附 录B;作品实物图片...............................10 9.参考文献..........................................11

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基于STC89C52的智能小车的设计

1.引 言

1.1.设计意义

本智能小车的设计,首先针对大学所有学习的知识是一个很好的回顾和总结。此智能小车是基于单片机所设计的,具有自动寻迹能力,在实际的很多方面有应用。当我们进一步的改进机器人系统时,可实现更重要的功能,如可设计出自动扑火机器人等。1.2.系统功能要求

此智能小车是基于STC89C52设计的具有自动寻迹能力的小车。系统可实现跟随黑色引导线行走的能力,在行驶过程中,并能用测速传感器和光电码盘对小车速度实现实时监测。小车在行驶过程中并能实现播放美妙的音乐。1.3.本组成员所做的工作

本组成员有李如发,汪航,黄建安,韩文龙,罗莹,明菲菲,邹珊,江锐,邵进。

李如发:驱动 073321032 汪航: 电源 073522036 黄建安:最小统 073521013 韩文龙:源程序 073522007 罗莹: 传感器 073522038 明飞菲:调试 073522012 邹芬 : 数码显示 073521025 邵琎 : 焊接 073522017 江锐 : 蜂鸣器 073522032

2.方案设计

智能小车主要分为传感器部分,最小系统部分,电机驱动部分,电源部分。根据功能要求,提出合理的设计方案,画出方案方框图,并对系统工作原理进行阐述。

原理,本系统的重要部分是传感器,它对整个小车的定位起到很重要的作用,由传感器检测黑线的位置,其中黑线对光能吸收,白线对光反射。利用此原

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理将红外线传感器采集到的信号转换为数字信号并送入单片机,单片机根据收到的信号实时的控制小车的方向。控制小车的方向主要是运用pwm原理来控制电机的平均电压,从而来控制电机的转速,实现小车对黑线的实时跟踪。

3.硬件设计

硬件设计各模块电路图及原理描述 传感器模块

方案1:用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时,光线发射强烈,光线照射到黑线上面时,光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时,阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。

但是这种方案受光照影响很大,不能够稳定的工作。因此我们考虑其他更加稳定的方案。

方案2:用RPR220型光电对管。RPR220是一种一体化反射型光电探测器,其发射器是一个砷化镓红外发光二极管,而接收器是一个高灵敏度,硅平面光电三极管。

方案3:用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线,当发出的红外线照射到白色的平面后反射,若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平,若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。我们选择了此方案。

传感器是整个系统的眼睛,这部分主要运用红外线传感器采集信号送给单片机处理。由于黑色车道对红外线传感器发出的光有吸收能力,白色地方对发出的光反射,从而当传感器在不同的地方产生不同的信号,传送个单片机。单片机根据采集的信号做出实时的处理。

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最小系统

最小系统是整个系统的心脏,我们采用的是AT89C52芯片。

80C52单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上[2]。如果按功能划分,它由如下功能部件组成,即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成,其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。

驱动模块

方案1:采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片,它相应频率高,一片L298N可以分别控制两个直流

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电机,而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动,操作方便,稳定性好,性能优良。

方案2:对于直流电机用分立元件构成驱动电路。由分立元件构成电机驱动电路,结构简单,价格低廉,在实际应用中应用广泛。但是这种电路工作性能不够稳定。

因此我们选用了方案1。

由于最小系统和电机驱动部分的电压幅值不一样,而且电机是感性负载,在制动时可能反馈电流,因此要在最小系统和驱动模块之间采用光电隔离,所以用到了光电隔离芯片,TPL521-4

由于光耦芯片的引脚不够所以在之后采用了一片反相器74HCT14,反相器图如下

L298是双H桥高电压大电流功率集成电路,直接采用TTL逻辑电平控制,可用来驱动继电器、线圈、直流电动机、步进电动机等电感性负载。它的驱动电压可达46V,直流电流总和可达4A。其内部具有2个完全相同的PWM功率放大回路。由L298构成的PWM功率放大器的工作形式为单极可逆模式。12个H桥的下侧桥晶体管发射极连在一起,其输出脚(1和15)用来连接电流检测电阻。第9脚接逻辑控制部分的电源,常用+5V,第4脚为电机驱动电源,本系统中为40V,第5,7,10,12脚输入标准TTL逻辑电平,用来控制H桥的开和关,16×16点阵LED室内电子显示屏的设计

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第6,II脚则为使能控制端。当Vs=40V时,最高输出电压可达35V,连续电流可达2A。

L298可驱动2个电动机,OUT1,OUT2和OUT3,OUT4之间可分别接电动机,本实验装置我们选用驱动两台电动机。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。电动 机的转速由单片机调节PWM信号的占空比来实现。

L298驱动电路图

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PWM调速器的硬件组成

在整个PWM调速器中,CPU既是运算处理中心,又是控制中心,是最关键的器件。本系统中选用与MCS-51系列完全兼容的AT89C52单片机,它是一种低功耗、高性能、CMOS八位微处理器。片内具有8K字节的在线可重复编程快擦快写程序存储器,128x8位内部RAM,AT89C52可构成真正的单片机最小应用系统,缩小系统体积,提高系统可靠性,降低系统成本。

电源模块

电源中我们采用LM7805稳压芯片将12v直流电源稳压成5v直流源。方案1: 采用10节1.5V干电池供电,电压达到15V,经7812稳压后给支流电机供电,然后将12V电压再次降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。但干电池电量有限,使用大量的干电池给系统调试带来很大的不便,因此,我们放弃了这种方案。

方案2:采用3节4.2V可充电式锂电池串联共12.6V给直流电机供电,经过7812的电压变换后给支流电机供电,然后将12V电压再次降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。锂电池的电量比较足,并且可以充电,重复利用,因此,这种方案比较可行。但锂电池的价格过于昂贵,使用锂电池会大大超出我们的预算,因此,我们放弃了这种方案。

方案3:采用12V蓄电池为直流电机供电,将12V电压降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。虽然蓄电池的体积过于庞大,在小型电动车上使用极为不方便,但由于我们的车体设计时留出了足够的空间,并且蓄电池的价格比较低。因此我们选择了此方案。下:

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4.软件设计

程序流程图

5.系统调试

本系统的设计是首先完成每一小部分的设计,因此我们在没完成一个模块时就回检测调试该模块。在初次调试时我们采用的电源是又单片机开发板所带的的电源来调试的。调试过程中我们就发现了很重要的问题,由于对本设计的很多模块的没有共同的接地使得很多模块无法工作,我们的解决办法是12v的直流源稳压来供给所以的模块,然后将所以的模块连接共同的地。在驱动模块的调试中发现当光耦芯片给定信号时对lm298的输出没有反应。我们在检验时发现是由于在光耦芯片后部焊接没有焊好,出现了虚焊。在重新焊接好后,芯片正常工作。分

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块调试传感器时,我们将传感器导通,用黑色物体将传感器发射部分盖住检测输出,在将黑色物体移开,再检测输出。

6.设计总结

本文是关于基于单片机的智能小车的设计,在共同的努力下,各部分的设计均成功,在调试过程中都无误。本次设计最终实现了直流电机的动态调压,电源正常输出供电,数码管动态显示数据,蜂鸣器播放美妙的音乐,小车实现简单的转弯功能。由于本次设计中尚存在些缺陷和对寻迹程序编写困难,实现的功能不是很完美,但要求的所有功能基本实现。

本次设计中,从中的体会很多

1、本次的设计可以说设计到大学所学到的所有专业知识,是对大学所学知识的一个整体的回顾。

2、在设计中,不能一气呵成,因为所有的电路图都是自己设计的,图中尚存在不足,所以要反复的琢磨和修改。

3、设计中要注意对每焊完一部分,都要独立的进行检查调试,及时的发现错误,及时的修改

4、本次最重要的收获是从中我们看到了团队合作的重要性,任何事都不是一个人所能完成的,需要大家的共同努力才能获得最后的成功。

7.附 录A;源程序

源程序代码(主要语句要有注释)。循迹的程序 #include #define uint unsigned int void delay(uint);

sbit R=P2^0;//右边传感器 sbit L=P2^1;//左边传感器 sbit RM1=P1^1;sbit RM2=P1^2;//右边电机 sbit LM1=P1^3;sbit LM2=P1^4;//左边电机 void main(){

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RM1=1;

RM2=0;

LM1=1;

LM2=0;

delay(5);

while(1)

{

if((L==1)&&(R==1))//小车前进 {

RM1=1;

RM2=0;

LM1=1;

LM2=0;

delay(5);

}

else if((L==1)&&(R==0))//小车右偏

{

RM1=1;

RM2=0;

LM1=0;

LM2=1;

//左边的电机停止转动,右边的电机转动,这样就实现了左转

delay(10);

}

else if((L==0)&&(R==1))//小车左偏

{

RM1=0;

RM2=1;

LM1=1;

LM2=0;

//右边的电机停止转动,左边的电机转动,这样就实现了右转

delay(10);}

else if((L==0)&&(R==0))//小车停车

{

RM1=0;

RM2=1;

LM1=0;

LM2=1;delay(5);

}

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else

//左右两个电机同时启动,直线前进

{

RM1=1;

RM2=0;

LM1=1;

LM2=0;

}

}

delay(10);

}

void delay(uint z)

{

uint a,b;for(a=z;a>0;a--)for(b=120;b>0;b--);}

8.附 录B;作品实物图片

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9.参考文献

集装箱场桥自动取电小车控制改造 篇6

1控制逻辑

本文所述的自动取电小车是由集电器、伸缩气缸、空气压缩机和供电软电缆等组成的自动供电设备(见图1),一般安装在场桥海侧或陆侧大车鞍梁的外侧。场桥司机室内装有“小车伸出/小车缩回”和“柴油机/市电”等选择开关,以及“市电准备”“小车伸出到位”“小车缩回到位”和“场桥对位”等指示灯。

图1集装箱场桥自动取电小车

滑触线支架结构如图2所示。在柴油机供电和小车缩回的状态下,大车沿通道向堆场箱区低速行驶,到达滑触线引导区域的对位板时,安装在大车鞍梁上的激光对位信号动作,大车短暂停止,司机室内“场桥对位”指示灯亮;司机将“小车伸出/小车缩回”选择开关设在“小车伸出”位置,小车在气缸压力的作用下自动伸出,直至到达引导板,小车上的对位感应限位动作,司机室内“小车伸出到位”指示灯亮,大车低速向前行驶;在引导板的引导下,小车随大车进入滑触线检测区域,小车上的集电器完全接触滑触线,三相电压检测正常后,司机室内“市电准备”指示灯亮,提示司机进行油电转换操作;换用市电后,柴油机自动关闭,大车往堆场箱区方向低速行驶,碰到安装在立柱支架上的高低速控制限位后,大车以正常速度进行作业。

图2滑触线支架结构

市电供电状态下的控制逻辑与柴油机供电状态下的控制逻辑相反:大车到达高低速转换位置时,司机提前启动柴油机;大车进入滑触线检测区域后,司机进行油电转换操作;大车在柴油机供电状态下出场。

2程序编写

根据上文所述的控制逻辑,建立集装箱场桥自动取电小车控制程序流程(见图3)。程序应实现以下功能:(1)在小车缩回或尚未完全伸出到位的情况下,禁止大车行驶;(2)对位时大车短暂停止;(3)在柴油机供电状态下,市电准备信号动作后,若司机未进行油电转换操作,则大车无法往箱区行驶,只能往通道行驶,从而避免司机继续用油作业;(4)换用市电后柴油机自动关闭。为实现上述逻辑关系,在原有富士D300控制软件中增加“SHORT POWER”控制页(见图4),并在大车控制页上增加小车状态与大车之间的软件连锁,现场确定PLC 模块相应的输入点和输出点。

图 3集装箱场桥自动取电小车控制程序流程

图 4新增PLC控制程序

3调试结果

调试时根据自动取电小车的控制逻辑编写功能表,对需要实现的功能进行逐项确认和调整。调试结果如下:(1)在滑触线附近没有人员指挥的情况下由司机自行操作,未改变司机原有的操作习惯;(2)柴油机远程自动关断;(3)从柴油机供电转换成市电供电耗时不足;(4)自动取电小车实现预定功能。经过近半年的运行,没有发现操作上的不便,也没有发生因程序缺陷导致的机损事故,满足当初设想。

浅谈智能控制小车的设计 篇7

设计制作一个智能小车, 该小车能按照要求自动运行, 从建筑物中曲折的道路通过, 并完成规定的动作。设矩形建筑物有2个门A、B, 门宽24 cm, 建筑物是高10 cm、厚2 cm的矮墙, 建筑物内无引导轨迹, 如图1所示。

任务1:

(1) 要求智能小车从A门进入并开始自动计时, 从B门出来, 在行进过程中, 能自动选择适当的路径, 避开墙壁, 找到通路, 3 min之内到达B门;

(2) 到达B门, 停5 s, 小车自动计时并声光报警。

任务2:

(1) 自B门外, 循弧形引导轨迹BC前进 (引导轨迹为2cm宽) ;

(2) 途中检测到铁片D (铁片D放置在轨迹BC前1/2段上的任意位置) 时停车3 s, 并声光报警;

(3) 要求小车拾起铁片D, 继续沿引导轨迹前进;

(4) 到达C点, 在C点处, 放下铁片D并停止前进, 声光显示控制结束, 并停止计时, 分别显示BD、DC段所用的时间, 铁片为直径2 cm的圆形薄片。

2 系统方案

根据设计要求, 本系统主要由微控制器模块、电源模块、避障模块、循迹传感器模块、直流电机及其驱动模块、金属检测模块、角度测量模块、语音提示模块以及液晶显示模块等构成。如图2所示。

2.1 车体方案

制作电动车, 我们制定了左右两轮分别驱动, 即左右轮分别用两个转速和力矩完全相同的直流电机进行驱动, 车体尾部装一个万向轮。这样, 当两个直流电机转向相反转速相同时就可以实现电动车的原地旋转, 由此可以轻松地使小车改变运行方向。

2.2 控制模块

采用STC89C52超低功耗单片机作为主控制器。STC89C52单片机运算速度快, 抗干扰能力强, 支持ISP在线编程, 片内含8 k空间的可反复擦写1 000次的Flash只读存储器, 具有256 bytes的随机存取数据存储器 (RAM) , 32个I/O口, 2个16位可编程定时计数器。

2.3 电机模块

采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大, 体积小, 重量轻, 装配简单, 使用方便, 小车电机内部装有减速齿轮组, 不需要考虑调速功能, 就可以方便地实现单片机对直流减速电机前进、后退、停止等操作。

2.4 电机驱动

因为小车的电机内部装有减速齿轮组, 不需调速功能, 因此采用电机驱动芯片L293D控制减速电机, 该芯片是利用TTL电平进行控制, 通过改变芯片控制端的输入电平, 即可对电机进行正转、反转和停止操作, 亦能满足直流减速电机的要求, 用该芯片作为电机驱动具有操作方便、稳定性好等优点。

2.5 避障模块

用漫反射式光电开关即红外光漫反射式光电传感器进行避障。其原理是当前面有被检测物体时, 物体将发射器发出的红外光线反射到接收器, 于是光电传感器就产生了开关信号。当有光线反射回来时, 输出低电平。当没有光线反射回来时, 输出高电平。

2.6 循迹模块

用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时, 光线发射强烈, 光线照射到黑线上面时, 光线发射较弱。因此光敏电阻在白色轨迹上方和黑色轨迹上方时, 阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。单片机据此来判断小车是否偏离轨道, 并根据反馈来的不同的电平信号, 发出相应的控制操作命令来校验小车的位置, 以完成小车的循迹任务。

2.7 金属传感器模块

电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器, 它由LC高频振荡器和放大处理电路组成。金属物体在接近电感式接近开关的震荡感应头时, 电感式开关产生电磁场, 使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关, 使接近开关振荡能力衰减, 内部电路的参数发生变化, 由此识别出有无金属物体接近, 进而控制开关的通或断。

3 硬件系统的设计与功能实现

3.1 控制小车主线路板制作

在线路板制作设备的选择上, 我们使用LPKF ProtoMat R S62电路板刻板机。LPKF线路板雕刻机ProtoMat R S62的精确度较高, 分辨率高达0.25μm。可快速制作各种复杂的对精度要求较高的线路板。

3.2 微控制器电路的设计与原理

微控制器电路是整个智能控制小车系统的核心控制部分, 它负责对各路传感信号的采集、处理、分析及对各部分硬件电路进行调整。本设计制作的智能控制小车系统以STC89C52单片机最小系统电路为整个系统的控制电路, 通过各种传感器电路, 采集各种传感器信息, 以发出各种控制信号命令, 来完成相应的操作, 单片机控制电路原理图如图3所示。

3.3 电源电路原理与设计

电源电路为系统提供基准电源, 是整个系统工作稳定性之关键所在, 本系统采用7.2 V可充电动力电池组, 可反复利用, 动力电池组具有较强的电流驱动能力及稳定的电压输出性能。其充电电路原理图如图4所示。

3.4 电机驱动电路的原理与设计

本设计中采用电机专用驱动芯片L293D, 为单块集成电路、高电压、高电流、四通道驱动。设计用来接收DTL或者TTL逻辑电平, 驱动感性负载 (比如继电器、直流电机) 和开关电源晶体管。内部包含4通道逻辑驱动电路。其额定工作电流为1 A, 最大可达1.5 A, Vss电压最小4.5 V, 最大可达36 V。

L293d可直接对电机进行控制, 无须隔离电路。通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平, 即可以对电机进行正反转、停止的操作, 操作非常方便, 亦能满足直流减速电机的大电流要求。调试时用程序输入对应的码值, 即可以实现对应的操作。其驱动电路原理图如图5所示。

3.5 避障电路的原理与设计

用漫反射式光电开关进行避障。光电开关实际是发射端与接收端于一体的检测开关, 其工作原理是根据发射端发出的光束, 被物体反射, 接收端据此作出判断是否有障碍物。当有光线反射回来时, 输出低电平。当没有光线反射回来时, 输出高电平。单片机根据接收端电平的高低作出相应控制, 避免小车碰到障碍物。小车采用漫反射式传感器进行避障的电路原理图如图6所示。

3.6 光电开关的安装

在避障传感器的设计中, 我们在车体底盘的前端装有4个传感器, 以起避障的作用。4个传感器的安装位置与安装方法相一致。

3.7 循迹电路的原理与设计

采用RPR220型光电管完成系统循迹任务, 循迹电路是小车沿着场地的黑色弧形引导轨迹BC进行前进和位置校正, 且小车不能偏离该轨迹。传感器的数据线输出信号为开关量, 可直接与单片机的I/O引脚相连接, 硬件电路实现比较简单。

在循迹检测传感器设计中, 我们在车体底盘的前端装有2个传感器, 用来检测黑色弧形轨迹, 起到循迹前进的作用。

3.8 金属检测电路的原理与设计

金属传感器性能的好坏对于该系统的功能是否能实现起着十分重要的作用。我们选用的是LJ12A3-4-Z/BX型号的电感式接近开关进行金属检测工作, 其电路原理如图7所示, 由于其数据输出端通过5.1K上拉电阻, 输出的是TTL电平, 输出信号为开关量, 可直接与单片机的I/O引脚相连接, 硬件电路简单, 容易操作。

3.9 铁片转移电路原理与设计

铁片转移电路主要运用线圈通电产生磁场的原理, 借助其所产生的磁场, 把金属传感器检测到的铁片按相关要求转移到指定位置, 本设计电路中是将线圈的输入端直接与单片机的I/O相连接, 通过改变单片机引脚的高低电平即可以改变线圈磁场。

3.1 0 语音提示电路的原理与设计

本设计中的智能救援小车的语音提示系统由IDS1420录放音模块和功率放大电路组成。语音提示电路主要用来提示救援小车的工作状态。IDS1420语音电路的原理图如图8所示。

3.1 1 系统其他功能的扩展

(1) 通过无线遥控电路实现小车的无线控制和操作。 (2) 通过编码盘测量小车速度和路程功能。 (3) 采用ADC0832组成的电压测量电路, 并通过液晶显示控制小车系统电池组的电压。以5.5 V为参考电压, 低于5.5 V报警提示充电。

4 主程序流程图

主程序流程图如图9所示。

5 系统功能测试

(1) 首先把小车放在场地的入口处, 按照规定的要求, 智能控制小车从A门进入自动选择路径从B门出来。在行驶过程中, 控制小车可以自动选择路径行走, 其行走路线如图1所示。智能控制小车从A门进入后开始计时, 并通过液晶显示器来显示控制小车系统所消耗的时间, 再从B门出来。在行进过程中, 控制小车可以自动避开墙壁, 找到通路, 可以在3 min之内到达B门, 在B门处, 小车检测到黑色标志, 停止运行, 同时发出声光, 提示任务1测试完毕。

(2) 控制小车从B门外, 通过循迹黑色弧形引导线BC前进 (引导轨迹为2 cm宽) , 在循迹黑色弧形引导线途中, 通过接近开关电路检测到铁片D时停车3 s (注意:铁片D放置在轨迹BC前1/2段上的任意位置) , 并由语音电路发出语音提示, 由LED发光电路发光提示。单片机通过金属传感器电路采集到金属信息时, 相应的磁感应电路接通, 并产生磁场, 利用线圈通电时可产生磁场的原理捡起铁片, 捡起铁片之后金属传感器的检测信号不再发生变化, 控制小车继续沿黑色引导轨迹前进。当控制小车到达黑色弧形引导轨迹线的终点C之后, RPR220型光电管电路通知单片机控制小车已完成本次控制任务, 单片机通过控制相应的电机驱动电路停止电机的运行, 改变相应的磁感应电路的电平状态放下铁片D, 液晶显示电路分别显示走过BD、DC段轨迹所消耗的时间。同时在此过程中, 单片机控制语音电路发出语音提示, 指示控制小车的控制任务结束。

智能控制小车系统的功能参数如表1、表2所示。

6 结语

测试表明, 小车能够较好地完成本文所要求的任务。同时本智能控制小车的特色是:用漫反射式传感器进行避障, 灵敏度高, RPR220型光电管能稳定地完成循迹, 控制小车应用了电感式接近开关检测铁片, 经测试我们发现, 其检测金属准确, 灵敏度较高, 液晶显示效果良好, 语音播报清晰, 智能控制小车系统运行正常, 各模块电路参数稳定, 较好地完成了既定任务。

参考文献

[1]刘昌华, 等.8051单片机的C语言应用程序设计与实践.国防工业出版社, 2007

[2]康华光.电子技术基础 (模拟部分) .高等教育出版社, 1999

[3]康华光.电子技术基础 (数字部分) .高等教育出版社, 1980

自平衡小车控制方法研究及实现 篇8

1 小车的系统数学模型

我们采用的是以Lagrange建模理论为基础的Routh方程, 其基σ本形式如式所示:

在忽略流动空气阻力, 车轮与地面以及车体与轴的摩擦力阻力时。车轮及轴质量MW, 车体质量MP, 车轮半径R, 车体转动中心与车体质心相距I, 重力加速度为G, 车体的转动惯量为IP, 轴及车轮的转动惯量为IW, 假设车轮水平方向上的位移为x, 车体偏离垂直方向偏角为θ, 车轮的转矩为u。取

当系统输入量为u, 根据力学建立数学模型, 可以得到系统的非线性方程如下:

由于角度对模型的影响最大, 为了充分利用经典控制理论, 且为方便研究, 通常把系统看作单输入单输出的线性化系统, 角度作为输出是比较合理的。

2 两种控制方法仿真比较

2.1 基于模糊PID自平衡控制

作为一种较为典型的智能控制方法, 模糊控制的最大的特点是将知识和专家的经验表示为语言控制规则, 可以不依赖被控制对象的精确数学模并, 用这些控制规则去控制系统, 对被控制对象的参数具有较强的鲁棒性。

PID控制器方程标准形式为:

其中, Kp、Ki、Kd分别为PID的比例、积分和微分因数。

PID参数模糊自整定是找出PID三个参数与误速度差、加速度误差之间的模糊关系, 在运行中通过不断检测速度误差和加速的误差, 根据模糊控制原理对三个参数进行在线修改, 以满足不同误差时对控制参数的不同要求。即使在有扰动的情况下, 由于PID参数的在线学习, 在很短的时间内就可以调节到平衡状态。

2.2 基于LQR自平衡控制

线性二次型最优控制 (LQR) 方法是通过对系统进行局部线性化后运用的一种优化控制方法, 其控制思想是找到一个反馈控制律u, 在时间区间内 (t0, ∞) , 将系统从非平衡状态转移到零点 (平衡状态) 附近, 并使构造的二次型性能指标函数式取极值。

一般情况下, 采用LQR最优控制方法, 是使得系统输出趋向于平衡位置 (零点) , 如果想要使系统的输出跟踪某条期望轨迹, 一般不能达到, 那如果我们想采用反馈的控制方法, 而又想使系统的控制器作用能够达到跟踪的目的, 我们需要对系统进行一些转化, 使系统能够跟踪期望轨迹。

3 自平衡小车的设计实现

双电机的运动控制框图见图, 单片机控制两个电机协同工作。由控制计算机经过计算, 分别由D/A输出到各个电机的功率放大器的输入端 (给定值端) 。

小车的实物图如下:

对小车的控制, 我们设计了两种控制算法, 分别对小车的控制过程做了比较, 经过比较发现, 两种控制算法对小车的运动形态及调整时间无明显差异。

4 结论

通过对自平衡小车两种控制算法的仿真及实物验证, 在进行仿真时, 两种自平衡算法的仿真曲线有部分差异, 但由于小车自平衡控制, 调整时间不需要十分精确, 所以, 两种算法都能很好控制小车的平衡并且无明显差异。

摘要:本文以两轮自平衡小车为研究对象, 首先选用合适状态变量, 运用Lagrange建模理论, 基于广义坐标系下非完整动力学Routh方程建立了系统的多输入多输出非线性动力学模型;分析了模糊PID方法的平衡控制。并通过实验对控制效果进行了验证。

关键词:平衡,小车控制,PID,LQR

参考文献

[1]李人厚.自主移动机器人导论.西安交通大学出版社, 2006.

[2]胡寿松, 王执铨, 胡维礼.最优控制理论与系统.北京:科学出版社, 2006.

[3]Q.J.Zhou.Overview of Intelligent Control.Information and Control, 1987.

[4]黄苏南, 邵惠鹤, 张仲俊.智能控制的理论与方法.控制理论与控制应用, 1994.

[5]王辉, 屈宝存, 贺超英.一类非线性系统的模糊自适应控制器设计.湖南大学学报 (自然科学版) , 2004.

小车控制 篇9

关键词:嵌入式系统,ARM7,自动引导小车,物流中心

1 总体方案设计

物流中心自动引导小车(AGV)控制系统由AGV智能控制模块、监视模块、及无线网络通讯模块等三大部分组成。工作过程是通过接入互联网的手机或者微机客户端通过无线网络向远程的AGV发送控制指令代码,期间传输信号由发送端使用加密狗加密。当信号经互联网发送到接收终端时,AGV网络模块把接受的指令传送到处理器,处理器指示驱动模块驱动AGV执行动作。运动的同时监视模块把采集到的图像通过无线互联网传输到客户机端,其整体结构如图1所示。

1.1 智能控制模块

这部分是AGV的核心部分。采用的是嵌入式系统设计,可以准确高效地运行及处理数据。控制器通过网络组件WIFI或者GPRS与外部网络进行数据通讯,用户可以使用家用宽带网络或者手机短信的方式实现模块的远程控制。同时在本地控制还可以应用红外无线键盘、数字液晶屏来提供本地人机交流界面。

1.2 网络模块

AGV无线网络通讯模块是AGV通讯信号传输的重要组成部分,由WIFI或者GPRS模块来实现通讯。通讯中介是家用无线路由或者移动网络GPRS。

1.3 监视模块

AGV监视模块通过单片机驱动舵机实现全方位的监视。视频信号通过摄像头来采集,信号转换后将视频的PAL信号传输至处理器,经无线网络传输实时传到客户端。摄像头的控制与智能控制模块连接,摄像头的运动受控制模块的控制。

1.4 驱动模块

AGV驱动模块是通过可编码的直流电机来驱动的。当处理器接收到客户端传来的指令,处理器对驱动模块信号处理。从而实现AGV的全方位移动。

2 系统硬件设计

本文采用的是PHILIPS单片32位ARM微控制器LPC2138,作为控制器的处理器,负责和WIFI、GPRS无线通讯模块、监视模块、数据存储、键盘、红外、显示屏等模块进行数据通讯和对无线网络客户端发送的信号进行采集和处理。

2.1 控制核心模块

ARM外围电路包括电源键盘显示屏、SD卡、SDRAM以及与各个辅助模块进行连接的扩展接口等。ARM处理器内嵌512k FLASH、32k的可读写RAM。电路中SDRAM芯片选用hy57v25641,存储容量为16M。用其做系统运行所需内存,为操作系统信号的采集和数据的处理提供了可靠的运行空间。扩展的接口有串口、USB接口。串口为下载程序和与GPRS模块通讯用,USB接口用于与WIFI连接从而接入无线互联网络。LCD显示屏主要与键盘配合完成本地人机交互界面,LCD液晶240×320像素,65k色,驱动芯片是ili9325。键盘采用的是PS2接口方便使用电脑键盘,与LCD合力完成本地人机信息交换。串口通过MAX232与上位机进行通信,辅助单片机的下载通过ISP下载,支持在线调试。

2.2 外围网络模块

WIFI和GPRS模块用于实现处理器与客户端的通信连接。WIFI模块采用的是wf8000-u USB WIFI模块。GPRS模块采用的是BENQ M22A模块。各通讯模块外围电路主要由电源部分、工作指示及数据连接扩展口组成。

2.2.1 TTL电平

GPRS模块与处理器的连接通过串口通讯,模块与处理器间的电平均为TTL电平,所以无需进行电平转换就可直接进行连接。

2.2.2 MAX232转换电平

由于编程及调试控制器电脑与处理器间的电平定义不同,采用MAX232进行电平的转换,其外围电路主要有电源供电部分。

MAX232电平转换模块用来把电脑端的RS232信号处理得到TTL电平实现电脑和处理器及GPRS模块之间的通信,电路如图2所示。

2.2.3 GPRS外围网络模块

GPRS模块第15管脚必须持续3s的低电平才能实现模块的启动。本文采用的是软件模拟低电平GPRS模块启动。关机电路同样是管脚持续低电平3s,电路如图3所示。

GPRS模块第35脚是一个工作状态指示灯接口,状态表示分别为:亮1s灭1s为启动搜索信号;亮1s灭2s为信号正常;持续点亮为有数据输入或者输出。其工作原理图如图4(a)所示。图4(b)为GPRS模块SIM卡连接示意图。

GPRS模块串口工作方式的电平为TTL电平,所以GPRS模块和控制核心处理器的连接可以是直接连接。但考虑到模块的调试及程序的烧录,所以在GPRS模块与处理器连接处使用转接开关。以此完成电脑到处理器的通信、GPRS模块到电脑的通信。GPRS模块、处理器、电脑的通信电路连接示意图如图5所示。

3 监视模块

监视模块采用的是普通高清视频摄像头,分辨率达1024×768。视频采用PAL模式传输经处理器处理,通过无线互联网把图像传输到客户端,其电路图如图6(a)所示。摄像头的各方位由单片机驱动舵机来实现舵机驱动电路如图6(b)所示。

4 驱动模块

驱动模块采用的驱动芯片为L298N该芯片功率大,电源可直接采用12V。单个芯片可以控制两个直流电机,本文采用两片L298N以实现自动引导小车(AGV)的各方位移动。电路如图7所示。

5 电源模块

电源部分采用的是12V直流锂电池,功率为10W。对各个模块部分进行分别供电。稳压管采用的是7805。由于GPRS对电源要求特别高,所以单独采用一个LM2941S对其供电。

wf8000 WIFI模块是华为公司生产的一种专门用于嵌入式系统的无线网络模块,其符合802.11b标准,芯片采用prism3.0。原理图如图8所示。

6 结论

利用本控制系统,可以实现AGV的远程控制及工作环境实时监控。结合运输机械装置可以实现在特殊工作环境下的智能远程控制搬运工作。在物流中心等一些环境较差的场所可以代替人工作实现更多的功能,为货物搬运工作带来便利。

参考文献

[1]涂晓东,李乐民.ATMSAR处理器发送数据业务的信元调度算法[J].通信学报,2000,27(7):2-5.

[2]姚聪,方勇,汪敏,等.基于ARM7的远程机器人控制系统的研制[J].电子技术,2003(11):26-29.

[3]杜春雷.ARM体系结构与编程[M].北京:清华大学出版社,2003.

[4]侯建华.基于ARM7的远程智能住宅控制装置的研制[J].电子技术,2009(11):18-21.

小车控制 篇10

智能小车又称轮式移动机器人,集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体,集中地运用了自动控制、模式识别、传感器技术、电气、计算机、机械等多方面学科的知识[1]。

如何使智能小车具有高控制精度和性能,控制系统起着重要的作用。利用传统的PID控制智能小车直流电机难以满足动态性能、高精度和高性能要求[2]。

本文利用模糊-PID对智能小车进行速度控制,首先利用Matlab进行了仿真研究,在此基础上,以单片机为核心,设计了智能小车模糊-PID调速系统,通过小车良好运行,验证了设计系统的准确性。

1 模糊-PID控制

在常规PID控制中,当PID控制器的结构和算法已经确定,控制品质的好坏主要取决于控制参数选择是否合理。通常,不同的偏差e和偏差变化率ec,对PID控制器参数Kp、Ki、Kd的整定要求不同[3]。

模糊-PID是在常规的PID基础上,以被控对象的反馈值与目标值的误差e和误差变化率ec作为输入,用模糊推理的方法对PID的参数Kp、Ki、Kd进行在线自整定,以满足不同e和ec对控制器参数的不同要求,从而使被控对象具有良好的动态性能和静态性能。图1为该控制器结构图。

模糊-PID控制器输入为e和ec的模糊集E,EC。输出为△Kp、△Ki、△Kd。设量化论域均为{-1,1}。为了方便计算,模糊语言子集E、EC和△Kp、△Ki、△Kd均为“正大(PB)”、“正中(PM)”、 “正小(PS)”、 “零(ZO)”、 “负小(NS)”、“负中(NM)”、“负大(NB)”7个模糊子集。采用均匀分布三角形作为模糊隶属函数。模糊推理采用最大-最小方法,而清晰化法采用重心法。

建立模糊规则表,如表1所示。

2 模糊-PID系统仿真

利用Matlab/Simulink,对直流电机调速系统采用传统PID控制与模糊-PID控制,对不同调速系统在阶跃信号下的动态响应进行了对比。

2.1 直流电动机数学模型[4]

根据电压定律,得到电枢贿赂的微分方程式:

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其中,ed为电动机电枢反电势,Rd为电动机电枢回路电阻,Ld为电动机电枢回路电感,id为电动机电枢回路电流。

电机产生的反电动势为:

ed=Cen (2)

因此由式(1)和(2)得到电机的动方程式:

undefined

在无负载的理想机械运动方程的微分形式为:

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M为电动机的转矩,GD2为电动机的飞轮惯量。

M=Cmid (5)

Cm为电动机的转矩常数。

将上述各式,消去中间变量M、id,整理并进行拉氏变换,得直流电机的传递函数:

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电机参数:额定电压Ue=12V, 额定功率Pe=3.2W,转速ne=1200rpm,电枢电流Ie=100mA,电机时间常数Tm=11ms,通过计算直流电机相关参数,得到传递函数为:

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2.2 Matlab/simulink仿真

在Matlab软件中,运行Fuzzy函数进入模糊逻辑器,建立模糊控制器。在Simulink中搭建直流电机PID-模糊控制模型。结果保存在workspace中。

图2为常规PID与模糊-PID控制比较图。仿真结果表明,模糊-PID控制系统动态性能、稳定性能比常规PID控制系统好,既能减小振荡,又能较好达到稳态。系统的鲁棒性、稳态精度高。

仿真为后面智能小车程序设计做好准备。

3 模糊-PID直流电机调速系统设计

3.1 智能小车硬件组成

智能小车由车体、直流电源模块、检测模块、控制模块、电机驱动模块和辅助调试模块构成。控制模块采用MC9S12DG128B单片机。系统结构如图3所示。

电源模块为系统各个模块提供可靠工作电压。本设计中采用6V直流电压。由于电路中不同电路模块所需要的工作电压和电流容量各不相同,因此需要电源进行稳压,转换为所需电压。

检测模块主要为速度检测与路径检测。路径检测采用红外发射头与接收管进行判断。

利用LG9110芯片进行电机的驱动。

3.2 调速系统结构

利用MC9S12DG128B单片机产生PWM,采用模糊-PID控制算法,对智能小车进行速度控制。速度检测采用反射式红外传感器加编码盘对速度进行测试。调速系统组成如图4所示。

3.3 程序设计

实现模糊-PID控制有两种方法,方法一是硬件法,另一是软件法。硬件法是通过专用硬件模糊控制器,直接在硬件模糊芯片上实现模糊 控制全过程。软件法是模糊控制的3个主要步骤在MCU上通过编程实现,目前大致分为查表法、公式法和推理法3种。本设计编程采用推理法。图5为模糊-PID程序流程。

根据上述仿真,利用推理法从模糊规则语句中直接推出结果,存入存储器中。

4 结束语

从最后智能小车的运行情况得到,采用本方案设计的小车,能很好地减少小车调整速度的时间,系统可靠性得到提高,运行稳定,定位准确,达到了设计的要求。

参考文献

[1]唐平江,周永华.基于自适应模糊PID智能车用直流电机控制器仿真研究[J].微型机与应用,2011,30(14):79-81.

[2]肖金凤,盛义发,等.模糊-PID混合控制直流电机调速系统设计[J].微电机,2011,44(5):56-59.

[3]常满波,胡鹏飞.基于MATLAB的模糊PID控制器设计和仿真研究[J].机车电传动,2002(5):34-36.

小车改变了世界 篇11

尽管它们小,却承载着一个伟大理想:让所有人都有机会拥有一辆汽车,改变人类的出行方式;尽管它们小,却开创了一项项工程科学技术的发明,推动了整个汽车工业的前进;尽管它们小,却装下了亿万人的梦想和生活,也由此改变了整个世界……

菲亚特500Vincent

在中国提起菲亚特,大家的第一感觉很可能是名气不小,但感觉一般。的确,菲亚特和它在中国的合资公司——南京菲亚特在中国汽车市场不算是老将,但也绝对称不上是新军了。南菲派力奥,西耶那短暂的红火,以及那个善于鼓噪媒体的营销老总孙勇,并没有让广大的中国消费者领略到这个百年汽车品牌的魅力。而菲亚特旗下的法拉利、玛莎拉蒂以及那个大众情人车型——阿尔法·罗密欧,在国内屈指可数的销量和不菲的售价,则只能让人感觉高山仰止,无福消受。

但其实在意大利——马可·波罗的故乡,菲亚特这家意大利最大的汽车制造商,正是靠打造物美价廉、服务大众的小车起家的。这家公司造小车的历史不但悠久,而且还诞生过一系列在世界车坛颇有地位的车型,其中,最为闪亮的明星无疑属于一个小家伙——它就是打动全世界的菲亚特500。

菲亚特500的身世与德国大众的甲壳虫颇为相似,都可以说是孕育于二战前,兴起、辉煌于二战后。它的前身可以追溯到1936年菲亚特投产的Topolino 500,这款车型因其可爱的外形,被意大利人亲切地称为“小老鼠”,这是菲亚特第一款大批量生产的小型轿车,从1936年投产到1958年,该车一共生产了50多万台。1955年,菲亚特600诞生,伴随着意大利二战后五、六十年代的经济飞速增长,汽车开始普及到中、低收入人群,这也促使该款车10年就卖掉了250万辆。

1957年,真正的明星终于登场,它就是菲亚特500。这款由设计师吉阿科萨(Dante Giacosa)设计的小车同样实践了那个伟大的理念,即最伟大的车型应该是让所有消费者都能负担的车型,它是“一辆紧凑,小型,但可以搭载一个小家庭内所有成员一起外出的汽车”,就像老福特和他的T型车、波尔舍博士和他的甲壳虫一样。菲亚特500的出现,帮助战后的意大利工薪阶层实现了轿车梦,汽车开始走入平民百姓家。从1957年到1972年,一共缔造了360多万台的销售业绩!由此也象征着意大利正式进入“汽车社会”。

从工业生产的角度来看,菲亚特500是小型的、标准化的、功能性的低价产品,它的价格为大多数人所能接受,是真正的大众化汽车。但出色的外型设计却使其成为意大利设计风格的经典教材。设计师吉阿科萨(Dante Giacosa)使用的流线设计是一种源自于空气动力学的现代美学风格,通过光滑的造型体现了简洁的美学特点和速度感,也象征着现代摩登生活。它获得了多种汽车设计的奖项,并曾在纽约现代艺术博物馆展出。更为神奇的是,在最近由英国著名汽车杂志《Top Gear》评出的百种性感车型中,菲亚特500位居榜单首位。外形粗短、矮壮的菲亚特500竟然和性感联系在一起?榜单公布后,不免引起世界名车爱好者们的质疑。对此,《Top Gear》编辑人员的解释是,它价格便宜又实用,不仅设计上满足了日常驾驶的需要,而且“在有益身心健康和操作简单方面有着特殊魅力”。

虽然车身狭小,但即使是身高180cm的驾驶者驾驶一辆菲亚特500也不成问题。它还有一个几乎与车顶同宽的手动折叠帆布天窗,这在阳光灿烂的意大利自然会受到非同寻常的欢迎。

菲亚特500与甲壳虫一样,采用风冷引擎、后置后驱的设计,排量根据不同款型从479cc到597cc不等。尽管发动机输出仅有13—21hp,但因车身极轻,最高车速却能达到85—105km/h!这不能不说是工程技术上的又一个奇迹。

直到今天,仍有为数不少的菲亚特500出现在意大利的街头。笔者今年7月去意大利试车期间,在维罗纳街头就找寻到一辆菲亚特500。俏皮的黄色和古朴的造型使它在车流中非常的特别。在与意大利朋友交流时,我经常会对他们提起菲亚特500,想知道他们对这款传奇小车的看法。人们通常都丝毫不会掩饰他们对菲亚特500的喜爱:“是那个可爱的小家伙吗?它非常灵活,那个时候的年轻人都以拥有一辆菲亚特500而沾沾自喜。没错,我们都喜欢它。”

超级小可爱Vincent

甲壳虫和MINI的成功复活,不仅满足了人们的怀旧情感,更凭借复古的设计站在了时尚潮流的最前沿。由此带来的巨大利润也不可避免地流向了大众集团和宝马集团,这对近几年一直在财务危机中挣扎的菲亚特来说,不能不说是一大刺激。而将菲亚特500这个经典车型复兴,看起来应该是一个不错的拯救方案。

7月4日也就是首款菲亚特500车型上市50周年的日子,菲亚特举办盛大发布会在全世界数万名记者的现场注视下,向全世界推出新款菲亚特500。菲亚特首席执行官塞尔焦马尔基翁内在接受采访时表示“7月4日是菲亚特的一个新起点。这款新车对菲亚特的重要性就像热销的iPod音乐播放器对苹果公司的重要性一样。”意甲劲旅尤文图斯足球队的斑马王子皮耶罗,随之正式成为菲亚特500的首位车主,该车为皮耶罗度身定造,车身底盘镌有阿拉伯数字10,代表着皮耶罗在尤文的球衣号码。

菲亚特对新500的营销大打情感牌,称这辆小车将带领大家“重返童年”。广告营销中也一再强调“全新的菲亚特是属于我们的”,菲亚特还推出车身漆有意大利国旗红、白、绿的“爱国版”,试图以鲜明的民族意识来迎接菲亚特500。

新500仍为3门紧凑型轿车,长3550mm、宽1650ram,高1490ram轴距2300mm,有4个独立座位。这款车由菲亚特设计中心负责开发完成,在波兰的tychy工厂制造。整车设计充分融入了老500的经典元素,浑圆的发动机罩和近乎直线的车顶都作为特征造型被保留了下来,还有圆形的大灯和车身表面的镀铬装饰条也作为传统得以继承。老500有一个几乎与车顶同宽的手动折叠帆布天窗,新500则巧妙地把外开式的玻璃天窗涂成了黑色,不仅形似而且神似。

在时尚和个性化方面,新菲亚特500比新甲壳虫和新MINI走得更远。这包括种类繁多的车身色彩与图案搭配,车钥匙、轮圈等小物件也被设计得酷劲十足,颜色之繁多真可谓令人眼花缭乱。这些设

计,使菲亚特500的造型即复古——彰显出老500独有的神韵,又前卫,以个性化引领时尚潮流。

菲亚特为新500提供了3种发动机:1.3L 16V Turbo柴油发动机,最大功率75hp 1.2L 8V汽油发动机最大功率69hp;1.4L 16V汽油发动机最大功率100hp。节能和环保成为新500动力单元的第一诉求,排放已经达到欧5标准并可轻松改进后达到未来施行的欧6水平。3种发动机均可组合5速或6速的手动变速器,因而将带来丰富和精彩的驾驶乐趣,

利用在意大利试驾玛莎拉蒂Granturismo之余笔者有幸成为首先试驾新菲亚特500为数不多的中国媒体之一。尽管时间短暂,但印象深刻。这几辆新500是玛莎拉蒂的工作用车因此被漆成了“玛莎拉蒂蓝”,市面销售的车型应该没有这种颜色。

尽管是一色车身,但仍难掩新500的可爱。阳光下的停车场内,几辆小车熠熠生辉,抢眼程度丝毫不亚于它们身边的超级GT跑车——玛莎拉蒂Granturismo、进入车内,满眼怀旧的设计让你觉得自己一瞬间穿越了时空隧道。象牙白色调方向盘、巨大的表盘上面是复古的数字,还有几处小小的镀铬件,都给人恍若隔世的感觉。知道看到中控台以及方向盘上一排排功能键,才定下神来,知道自己坐在一辆2007年制造的小汽车内。新500的座椅十分宽大舒适,这会给人以错觉是坐在一辆车长在5米左右的大型轿车上。典型的高顶设计也让人觉得前排驾乘者的头部空间异常充足。但后排座位的空间,只能说是将将够用,比较适合身材矮小的人或儿童乘坐。毕竟这款车轴距才2300mm,整车长也不过3550mm,我们不能对它的后排空间有太高的要求。但遍布这台试驾车内饰空间的象牙白和玛莎蒂蓝色,的确有让人心旷神怡的感觉。而怀挡和分居其两侧前窗玻璃升降控制键,则让我们找回了菲亚特熊猫(Panda)的影子。

尽管新500看上去圆滚滚、胖墩墩、略显笨拙,但开动新500以后的第一感觉实际上是轻盈舒适,这再次让你确信自己是在驾驶一辆充满现代科技的轿车,而不是一辆翻新的老爷车。这份轻盈主要来自于离合器踏板、油门踏板,还有方向盘。

驾驶这辆小车穿行于意大利小镇的窄窄街道,是一件十分惬意的事情。没有大城市的匆忙与紧张、只有午后阳光的懒散与闲适,美丽的小车与古朴的城镇,搭配出一幅迷人的图画。

在接下来的一小段山路,我对新500进行了一次简单的性能试驾。油门被重踩,发动机的声音立刻欢快了起来。因为试驾车型1.4L发动机的最大扭矩为131Nm。要在4250rpm才能被调动起来,所以我的换挡时机基本在4500rpm以上。此时,发动机推动着不到1吨的车身,十分有力。资料显示,该款车型的0—100km/h的加速时间仅为10.5s。如此看来,还真不能小看这个小可爱的脾气。而变速器6个挡位的设置,显然是为这款车节油提供了很好的先决条件。

在山路的弯道间几次激烈的转向,制动操作,尽管我担心车身高会加重侧倾,但新菲亚特500的表现都相当不错,方向循迹性好,制动线性有力,再次体现出菲亚特在小车上的高制造水准。

除此之外,新500并未过分追求独创技术和奢侈装备,这也使其价格更加亲民。其价格区间为10500—14600欧元,比前两款经典复古车——新甲壳虫和新MINI要便宜不少。除了复古,时尚和个性,高性价比显然是新菲亚特500的又一大卖点。新500一经推出,就受到了世界范围内的欢迎。据说正式上市(未公布价格)前已接到2.5万份订单,而在我试驾该款车时(即正式上市后两周左右),这个数字已经涨到4万。

由此我们可以判定,由新菲亚特500引领的车坛新一轮复古风,已然来临。

万人迷经典Mini莽超

车重只有600kg,却可以容纳4个人,甚至还能通过巧妙方法放置大件行李。历史上只有这么一款小车可以实现,那就是经典Mini。这款小型车数十年不变,如情人一般,令无数世人牵肠挂肚。因为,它是一款完美的小型车。

之所以完美,是因为经典Mini之父——一位疯狂热爱汽车的大学肄业生挑战极限,设计出了无数人梦想中的完美小型车——尽量利用所有空间,巧妙安置四个小巧座椅,并保证最佳的驾驶条件,同时还必须让普通民众买得起。

厌恶数学的Mini之父

经典Mini之父的名字叫做亚历克伊斯哥尼斯。他在1924年就拥有了第一辆轿车,狂热的他开着这辆车与母亲一起穿越了欧洲。学习机械工程的他坚持认为“数学是人类创造性的大敌”,因为总是无法通过数学期末考试。肄业后只能到伦敦一家汽车设计事务所打工 当一名技术制图员兼销售员。

领到第一笔工资后,伊斯哥尼斯就毫不犹豫把它花在了一辆Austin Seven上。巧合的是,这款车型恰恰是后来宝马首款车型的原型车。1936年,他进入莫里斯汽车公司。经历了近20年的磨练后,他在英国汽车公司的邀请下,设计出了汽车发展史上具有里程碑意义的传世佳作经典Mini。

经典Mini的巨大成功使他很快声名远扬并在1969年被英国女王册封为爵士。能够因为一款车型而得到国家元首的爱戴,仅此一人。

便宜,却不廉价

经典Mini的首次亮相是1959年8月26日,英国本土售价为496英镑,是当时第二便宜的汽车。但是,经典Mini绝非廉价的次品。英国汽车杂志的评价是“经典Mini是智慧而博学的工程师们,面对最新挑战共同给出的最佳答案。”

尽管得到了好评,但起初,经典Mini的销售业务却进展缓慢:它的价格虽低但对年轻的购车者来说仍然太贵。比如在德国,经典Mini的零售价是5780马克比大众甲壳虫贵1180马克,甚至比宝马700Sport还贵130马克。同时对经济基础较好的客户而言,这款车又显得过于简朴了。对此,德国汽车杂志认为,经典Mini是他们所有测试车辆中最引人注目的(价格除外)。遗憾的是正是由于价格问题,这款神奇的小车无法在德国买到。它本来应拥有不错市场,但购车者意识不到这些,

不过,短暂的低潮过后,却是蜂拥的订单。继英国女王开始关注经典Mini之后,就连一向贪大的美国客户也逐渐对这个来自欧洲的小宝贝逐渐产生了兴趣。

开创历史的发动机布局

伊斯哥尼斯不止一次强调,他没有发明Mini,只是设计了它。实际上,正是他的一系列“设计”,开创了汽车紧凑化的新方法——前轮驱动、发动机横置、等速万向节

为保证乘坐空间,经典Mini只能是前驱。但要想在狭小的空间内再布置下传动系统,按照传统方法肯定不行。于是,富于创造性的伊斯哥尼斯决定采用发动机

横置。此外,他还将变速器置于发动机下、两轮之间,令它与发动机共用一条机油回路从而可以在车前两侧轻松布置下散热器、转向系统及附设部件。同时,伊斯哥尼斯还开创性地用等速万向节替代了当时流行的十字万向节,明显提升了转向时的操控性能。

直至今日,不只是全新MINI,几乎绝大多数轿车都延续着经典Mini的基本结构。

与生俱来的运动

最初入市的经典Mini采用的是A系4缸发动机,排量为803mL,最大功率28hp。随着不断发展,它需要更强大的动力性能——升级后的排量为948mL,最大功率为37ps/5500 rpm,开创了高转速发动机的新概念。但这样的动力远远大于需求第一辆测试车就轻松达到了150km/h的惊人速度,明显超出了这个小家伙的承受力。后来,排量又被降低了100mL,输出功率降到34hp。尽管如此,它的高转速仍旧相当惊人,达到120km/h绰绰有余。在当时,只有捷豹这样的优秀赛车发动机才能与之媲美,

此外,经典Mini悬架上的橡胶弹簧取代了传统的螺旋弹簧。由于压力越大橡胶弹簧越硬,因此经典Mini具有了变刚度弹簧的悬架,这在当时绝无仅有。1964年,经典Mini又采用了一种引人注目的悬架系统——液压补偿悬架系统。但这项技术在后座乘客较重或行李箱满载时会令车辆后部下沉而前端上翘,就是常说的“坐地炮”。1971年,这项技术不可避免地退出了历史舞台。

大众运动型车:Mini Cooper

好马需要伯乐 著名赛车设计师约翰·库珀(John Cooper)的出现使得经典Mini的运动性能得到了完美发挥。为了满足比赛要求,改进后的发动机最大功率达到55hp,最高车速约136km/h,

在1961年9月刚一上市,MiniCooper便极度热销。此后其排量又增加到1071mL,最高车速提高到160km/h,成为当时名副其实的小钢炮。在1963年意味着最高性能的Mini Cooper S还拥有了制动助力系统。实际上,Mini Cooper的最大改变还是将发动机后置,

超高的运动性能当然要在赛场上证明。早在1960年,刚刚上市6个月的经典Mini就参加了蒙特卡洛汽车拉力赛之后便全面开花,在动力更加强大的对手面前,Mini Cooper S夺得冠军。这一胜利标志着经典Mini作为战后第一款“大众运动型车”的辉煌传奇的开始,并对Mini品牌无疑产生了巨大的形象效应

Mini、Midi和Maxi

Min、Mid、Max是英文中小、中、大的词根。在3个词根后面加上“i”,使得车名更加可爱。实际上,Mini、Midi、Maxi正是英国汽车公司计划设计的小型车,中型车以及豪华车。1956苏伊士运河危机的爆发,使得Mini最终大放光彩。至今已成为“微小”的代名词。

Mini终极版:双发动机Twini

经典Mini在世界各国汽车改造者中非常受欢迎这些爱好者们往往在改造中不遗余力。然而经典Mini的终极改造版仍然出白干伊斯哥尼斯本人。伊斯哥尼斯于1963年在Moke原型车的基础上改造出了一款双发动机经典Mini—Twini。前置4缸发动机排量950ml。后置发动机排量850ml通过两个传动轴驱动后轮。

随后,库珀也打造了一款双发动机经典Minl每个发动机排量都达到了1275mL,最大总功率180hp。虽然双发动机赛车的速度很高但是其后置发动机在开赛后不久便熄火,最终未能如愿夺冠。

史上车型最全的小型车家族

与大众甲壳虫和菲亚特500不同经典Mini拥有非常多的变型车。第一款变型车——Mini Van在经典Mini刚刚上市5个月后就投放市场。这款双座汽车的载货舱没有车窗。不久,英国邮政局便采购了这款车,因为它是在狭窄的城市街道穿梭运送货物的最理想工具。

此后的Estafe(Counftryman版和Traveller版)是一款小巧的4座车,尺寸与Van相同,但四周均配有车窗。前者是为年轻而热衷旅行的乡村人而设计。而后者对经常在乡间旅行的商人颇有吸引力。1969年秋,Mini Clubman下线,之后成为市场上仅存的Estate版本。

1961年,Mini Pick—Up诞生。它如同体格强壮的搬运工,增阔的B柱使车身更加强壮。车尾设有开放装卸区。不久,针对上流社会的经典Mini豪华版——RileyElf和Wolseley Hornet面世。

不过,最为开放的车型非1964年上市的Mini Moke莫属。它最初是为军方设计,坚固的结构、紧凑的外形和轻质的车身可以满足伞降和悬吊等严苛需求。虽然底盘较低没有满足军方标准,但它却吸引了世界各地喜爱休闲的爱车一族。因为它就像一个装了发动机和风挡玻璃、两侧配有开阔的厢型车门槛的浴缸。

经典Mini的最后版本并非来自于英国。作为唯一的海外车款,Mini敞篷车于1991年在德国亮相。它在英国的售价是12250英镑——价格不算便宜,但比较适中。

从1959年8月26日首次亮相到1965年、1972年、1986年、2000年,经典Mini的销量逐渐增加到100万、300万、500万和5387862辆。在20世纪之末,经典Mini彻底停产,一个时代就此终结。它如同天空中不经意间划过的流星,带着40余年的光芒渐渐远去,就这样消失在世人面前。这是一个结束的开始,还是一个开始的结束?

短暂的等待之后,在21世纪之初,我们迎来了宝马新MINI的惊艳登场,掀开了小型车时代的新篇章。

小车快跑莽超

尽管经典Mini彻底停产了,但这个品牌的历史并不会终结。2001年,MINIOne和MINI Cooper为这个历史悠久的英国品牌翻开了新的篇章。它们与经典Mini不仅外形神似,而且仍旧拥有与生俱来的运动性能。

为了表现经典Mini的再生,宝马公司将它的名字全部大写——MINI。从此,长大了的MINI成为现代社会的新宠。当最新款的顶级配置全新MINI Cooper来到《汽车与运动》,它已是新车型的小改款了。

新时代的开启:MINI长大

尽管外观更加时尚动人,但他仍旧保持着经典Mini的显著特征——可爱灵动的圆形元素,以及轮眉和车身之间朝向外侧的金属焊缝。不过,当初采用这种外部焊接的原因主要是考虑到经济性因素,因为它的成本比在内部焊接低得多。虽然现在的新MINI已经变得高档,不再使用外部焊接,但那条缝隙依然保留了下来。

在当初的经典Mini上,还可以明显看出另外一个节省成本设计——车门铰链

被直接安装在了外侧面板上。最大限度地节省成本的理念在车内设计中同样表现得非常明显:开启车门的装置被简化为一段绳索,安置在驾驶者与乘客面前的并不是通常的仪表板,而是只有一个小圆盘,上面装有一个表盘,表盘内包括速度表、里程表和油量表。在这些元素中,唯一得到保留的就是大得惊人的中央时速表。

美丽的变化

尽管全新MINI Cooper依旧小巧动人,但与经典Mini相比,身材可不是大了一点半点。车长从3050mm陡增到3700mm,容下性能更加强劲的发动机以及身材更加魁梧的现代人,肯定没有任何问题一而且,就连宽度与高度也分别增加了273mm和57mm一下子从比“奥拓”还苗条的身材,长成了敦实的“壮汉”。

与当年开启时代的意义相比,现在的新MINI Cooper更像是年轻人彰显个性的玩具。出于一种传承它的前、后风挡玻璃倾角都很小侧窗玻璃也几乎没有弧度,可以想象这样的“方盒子”风阻系数一定不小。不过,方正的车顶线条与圆滑的车身线条相结合,也的确显现出与众不同的“复古感”。如此个性可爱的造型对于新MINI来说不可或缺。

档次的提高,带来了“奢侈”的变化新MINI Cooper不仅拥有电动天窗 而且还大得惊人,几乎覆盖了整个车顶。黑顶、白框、鲜艳的车身,几乎成为新MINICooper最为显著的个性特征。车窗采用了电动控制而且没有边框。由于新MINICooper的车厢密封性能极好,为了保护玻璃并减轻关门时乘客耳部的不适,开门时侧窗玻璃会自动下降一点,门关好后又会自动升起,细致而周到。

健壮少年

经典Mini的外形几乎没有变过但发动机却更替不迭,数十年中,发动机排量几经增加,化油器也不断升级并且最终引入电喷装置,经典Mini发动机最终版的排量为1.3L,最大输出功率63hp。

在归入宝马门下之后,新MINICooper的发动机从量变走到了质变。由于车身的用料更加十足,因此,一款排量更大、动力更强的发动机已必不可少。起初新MINI Cooper使用的是一款来自克莱斯勒的2气门1.6L四缸发动机,最大功率达到85kW,远远超过了这一级别的平均水平。而如今,小改款的新MINICooper更是装备了宝马与标致—雪铁龙(PSA)共同开发的全新1.6L四缸汽油发动机。

尽管这是一台自然吸气式发动机,但驾驶起来颇有涡轮增压的味道。它在2000rpm时就能爆发出140Nm的扭矩,此时稍深些踩下油门踏板,发动机便会在短暂迟疑(类似于涡轮迟滞的感觉)之后疯狂做功,最终在4250rpm时达到160Nm的最大扭矩,且咆哮之声不绝于耳,超过100Nm/L的升扭矩,已经和同门的镁铝合金3.0L直6发动机平起平坐,而后者刚刚获得了2007年度《汽车与运动》“十佳发动机”的美誉。

而且,新款发动机还融入了宝马独有的Valvetronic(无级可变气门控制系统),通过先进的自动气门升程和开启时间控制,不仅降低了油耗,而且还能达到88kW/6000rpm的最大功率。正因如此,装备了宝马Steptronic 6挡手自一体式变速器的新MINI Cooper,0—100km/h起步加速时间仅仅10.4s,而最高车速更是接近了200km/h!

加上硬朗无比的底盘,坚韧敏捷的悬架调校以及极富手感的转向力道,这部新MINI Cooper绝对完美地继承了经典Mini时代那与生俱来的运动性能。值得一提的是,我们的这款新MINI Cooper还具有拨片换挡(方向盘换挡)功能,这可是纯粹运动型车的特征之一。

如果你仍旧觉得不够过瘾,那么尝试一下新MINI Cooper S吧,它装载的可是一台1.6T发动机。千万别小看这个“T”,它令这款发动机拥有高达128kW的最大功率以及240Nm的最大扭矩。而且一般只有改装车才具备的Overboost系统,最大扭矩还可以在短时间内达到260Nm这样的新MINI,肯定会让经典Mini之父——伊斯哥尼斯都为之震惊。

目前,新MINI的产量已经突破了100万辆,延续着经典Mini的成功。虽然引进国内的只有新MINI Cooper,但这已经被亿万国人所关注。据说,新MINIClubman也将在明年进入国内。纵览历史,无论MINI走到哪里一个国家,都会受到追捧与爱戴。从开启小车时代到实现民众的有车梦,它书写了一个国家乃至整个事件的历史。当初经典Mini以技术创新引领天下,如今,在宝马文化的熏陶下,新MINI又以“精致”、“品位”高居小型车之首。

小车控制 篇12

在如今这个用电需求日益增长的社会当中电能的运用是十分广泛且重要的, 可以说电网运行的稳定与否很大程度上影响了企业的经济生产和普通居民的日常生活, 10KV的配电网络是我们在不断提高就电网供电的稳定性和可靠性而进步发展的一种普遍运用的电网, 但是它仍存在着会因断线而造成异常停电等故障问题, 给广大用电群众及企业带来很大的生活影响和经济损失, 所以尽可能的解决配电电网中10kv线路异常停电的问题就成为了电工人员亟需完成的任务。

二、解决10kv小车开关控制回路断线所产生的问题的重要性及故障分析

1.10kv小车开关控制断线故障的影响

因为10kv配电线路是供电部门主要的供电线路, 担负着为很多企业及居民提供电力的工作, 而10kv的高压开关大都为小车开关, 因为10kv的小车开关控制回路断线故障所造成的异常停电问题给广大群众及事业单位造成很多生活和经济的方面的影响。

2.10kv小车开关控制断线故障产生的问题

在10kv的电网线路运行过程当中, 因为天气的原因和10kv线路质量的问题使得10kv线路产生较多的保护瞬时性故障, 要知道10kv电网产生故障会对居民的日常生活和企事业单位的经济发展造成很大影响, 所以才更要对其稳定性和可靠性作出严密的调查研究以减少因为断线故障造成的异常停电时间, 于是通过调查我们发现在10kv线路实际的运行过程中, 当线路完成保护工作后开关的重合闸却不能作出正确动作, 比如遇到雷暴天气使得线路瞬时性接地故障, 10kv保护装置启动后重合闸动作, 然而开关却无法重合, 从而造成线路异常停电, 无法恢复。

3. 造成小车开关控制断线故障的原因

通过调查可以发现, 产生回路断线问题的主要原因有两个, 第一线路的高压开关都是小车开关, 并且10kv线路的保护装置是没有任何问题的, 所以造成断线问题的原因可以基本确定为小车开关自身的问题, 第二, 从运行人员那里我们得知小车开关出现类似问题的几率非常高, 而且只要在有合闸的情况时就一定会发生。所以我们根据这两条发现的进行初始分析得出了结果, 通过对比合闸回路和分闸回路的各元件接点可以发现分闸回路要比合闸回路少两对接点, 在进行了实验比对操作后确认是线路当中的一条常开接点闭合不到位才造成控制回路不通的问题, 再加上因为小车位置行程开关在小车开关滑行的轨道上使得在检查过程中无法确认作保护用的行程开关接点是否妥当, 造成检查结果的不确定性, 所以延长了异常停电的时间。

三、对10kv小车开关控制断线故障的改进方法与措施进行研究探讨

1. 利用开关柜指示灯的方式表明接头是否故障的计划分析

在进一步处理小车开关控制断线故障线路的情况时我们发现问题出现的主要原因就是小车位置行程开关所引起的, 然而在开关柜面板上的指示灯却显示出正常, 这不仅说明了开关柜所用的行程开关的那对接点是没有问题的, 同时也说明了指示灯无法正确的显示由于小车位置行程开关的异常所产生的控制回路断线的故障问题。所以我们就考虑能否共用保护装置与开关柜的那对行程开关的位置接点, 使得开关柜上的指示灯在发生控制回路断线问题时可以做出发生异常的指示, 不过在通过实际的实验操作之后这种方式是不可取的, 因为两者所用的交流电不同, 不能进行混用。

2. 中间继电器的植入能否解决小车开关控制断线故障显示的问题分析

为了做出能够显示出断线故障原因的指示方式, 从而使得电工人员进行及时的诊断与维修以减少异常断电的时间, 我们又考虑到能否在小车位置接点中加入启动一个中间继电器的方法, 从而对位置异常的信号进行监控反映, 在进行实际操作试验后我们发现这一方式是可行的, 可以利用中间继电器的植入来解决10kv小车开关控制断线故障显示的问题。

我们无法彻底解决10kv小车开关控制断线的问题, 然而我们可以通过中间继电器来尽量缩短意外停电的时间, 减少对居民群众的日常生活和企事业单位经济生产的影响, 可以说中间继电器的作用是非常有效的, 但是要对整个城市的电网进行继电器的植入是耗时、耗力、耗财相当大一项工程, 而且由于有的地区电网老旧, 需要线路整体进行重新建设, 这无疑是项非常复杂的电力建设工作, 同时中间继电器的制作也需要联系价格质量都比较适宜的厂家来解决, 为了能够提供给广大群众和企事业单位既可靠又稳定的电力使用的情况, 不断发展电工技能, 解决现有问题是我们当今社会电力技术人员努力进步的目标。

四、总结

10kv小车开关控制断线故障所引起的异常停电时间过长会带来不论是民众生活还是企业工作中的很大不便, 我们无法控制线路因为自然情况而损坏所造成的停电, 但是我们可以利用科技技术来有效的诊断断电原因并进行维修, 从而大大的缩短停电时间来减少由于停电所造成的各种影响。将开关位置的监视继电器加装到小车开关的合闸回路中, 同时将其中的一堆常开接点串进控制回路里使得后台机在发生小车开关位置异常的情况时可以及时反映给技术人员, 如此一来就能够解决从前因为无法确认故障原因而延长的停电时间问题, 同时加快了小车控制开关断线故障的维修速度, 很大程度上也增加了大家10kv的电网使用的可靠性, 减少了群众受停电影响的麻烦。

参考文献

[1]史雷敏, 胡旭锋, 孙康, 等.10kV小车开关控制回路断线的讨论与分析[J].电源技术应用, 2013, (8) :111, 118.

[2]李文芳, 张素娟.发电厂6KV小车开关控制回路改造[J].中小企业管理与科技 (上旬刊) , 2009, (9) :311-312.

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