基于 51 单片机设计的电动车控制器

2024-07-09
重庆
本文字数：2722 字
阅读完需：约 9 分钟

一、项目介绍

随着社会经济的快速发展，人们对节能环保的要求越来越高，电动车因其无污染、噪音小、使用成本低等优点逐渐成为了市场关注的焦点。同时，随着科技的不断进步和应用，电动车的技术水平也在不断提高。

为了更好地满足市场需求和科技进步的要求，本项目基于 51 单片机设计了一款电动车控制器。主要包括电动车控制和驱动两个关键部分。其中，控制部分采用 51 单片机作为控制核心，通过编程实现电动车前后行驶、左右转向、加速等操作。而驱动部分则采用 L298N 驱动芯片驱动直流电机。当前设计的电动车，支持锂电池供电、支持按键实现电动车前后行驶、左右转向和加速等操作，电机采用直流电机，驱动芯片采用 L298N。

二、系统架构

本系统由控制器、电机、驱动芯片、锂电池和按键等组成，其功能、特点如下：

（1）控制器：采用 AT89S52 微控制器，作为整个系统的核心控制部分。控制器接收来自按键的信号，控制驱动芯片输出电机控制信号，从而实现对电动车的前后行驶、左右转向、加速等控制功能。

（2）电机：采用直流电机，其转速和转向可通过驱动芯片控制信号进行调节。

（3）驱动芯片：采用 L298N 驱动芯片，为电机提供驱动电流，并控制电机转速和转向。L298N 驱动芯片具有功率大、稳定性好等特点。

（4）锂电池：为电动车提供动力，具有体积小、能量密度高、充电效率高、自放电率低等优点。

（5）按键：用于控制和调节电动车的运行状态，包括前后行驶、左右转向、加速等操作。

三、系统设计

3.1 控制器设计

本项目采用 STC89C52 为主控芯片，主要功能是接收来自按键的信号，并通过控制 L298N 驱动芯片输出驱动电流，从而控制电机的转速和转向。控制器还需要实现锂电池充电管理、限位保护等的功能。

设计流程：

（1）编写单片机的逻辑程序，实现对按键信号的捕获和处理，以及对 L298N 驱动芯片的控制。

（2）为了实现锂电池充电和保护，采用锂电池充电模块和充电管理芯片。

3.2 电机和驱动芯片设计

本项目电机采用直流电机，驱动芯片采用 L298N。

设计流程：

（1）根据电机型号和参数，确定合适的电机供电电压和控制电路。

（2）根据实际需要，确定 L298N 驱动芯片的工作模式和参数，设计驱动电路。

（3）为提高电机的效率和寿命，添加电机驱动电阻、反电动势抑制电路电路。

3.3 锂电池设计

本项目采用锂电池供电。

设计流程：

（1）根据需要，选择适当的锂电池型号和容量。

（2）设计电池充电管理电路，实现对锂电池的充电和保护。

（3）结合其他电路的设计，完成对锂电池的供电和相应的充电管理。

3.4 按键设计

按键是控制电动车运行状态的关键部分。

设计流程：

（1）根据实际需要，确定需要添加的按键类型和数量。

（2）设计按键接口电路，实现按键信号的捕获和处理。

（3）结合控制器设计，实现对电动车的前后行驶、左右转向、加速等操作控制。

四、代码实现

4.1 按键检测程序设计

本项目用到了 9 个按键，按键按下是低电平。实现了前后行驶切换控制、左右转向灯控制、加速控制、喇叭控制、前后刹车灯控制、一个开机键。

以下是按键的完整逻辑代码：

#include <reg52.h>
sbit key1 = P1^0; // 按键1sbit key2 = P1^1; // 按键2sbit key3 = P1^2; // 按键3sbit key4 = P1^3; // 按键4sbit key5 = P1^4; // 按键5sbit key6 = P1^5; // 按键6sbit key7 = P1^6; // 按键7sbit key8 = P1^7; // 按键8sbit key9 = P2^0; // 按键9
sbit forward = P3^0; // 前进sbit backward = P3^1; // 后退sbit left = P3^2; // 左转灯sbit right = P3^3; // 右转灯sbit accelerate = P3^4; // 加速器sbit horn = P3^5; // 喇叭sbit stoplight1 = P3^6; // 前刹车灯sbit stoplight2 = P3^7; // 后刹车灯
void main() {    while(1) {        if(key1 == 0) { // 按键1按下            forward = 1;            backward = 0;        }        if(key2 == 0) { // 按键2按下            forward = 0;            backward = 1;        }        if(key3 == 0) { // 按键3按下            left = 1;        }        else {            left = 0;        }        if(key4 == 0) { // 按键4按下            right = 1;        }        else {            right = 0;        }        if(key5 == 0) { // 按键5按下            accelerate = 1;        }        else {            accelerate = 0;        }        if(key6 == 0) { // 按键6按下            horn = 1;        }        else {            horn = 0;        }        if(key7 == 0) { // 按键7按下            stoplight1 = 1;        }        else {            stoplight1 = 0;        }        if(key8 == 0) { // 按键8按下            stoplight2 = 1;        }        else {            stoplight2 = 0;        }        if(key9 == 0) { // 按键9按下            forward = 0;            backward = 0;            left = 0;            right = 0;            accelerate = 0;            horn = 0;            stoplight1 = 0;            stoplight2 = 0;        }    }}

复制代码

代码通过不断检测按键的电平状态，实现了对电动车的前后行驶、左右转向灯控制、加速、喇叭以及前后刹车灯控制等操作。当按键被按下时，对应的功能就会被执行，否则就会停止执行。其中，第 9 个按键为开机键，当按下时将所有功能都清零。

4.2 L298 芯片控制电机代码

下面是 L298N 驱动模块控制电机正反转的代码：

#include <reg52.h>
sbit ena = P2^0; // 使能A端口sbit in1 = P2^1; // A+控制信号sbit in2 = P2^2; // A-控制信号sbit enb = P2^3; // 使能B端口sbit in3 = P2^4; // B+控制信号sbit in4 = P2^5; // B-控制信号
void delay(int time) { // 延时函数    int i, j;    for(i = 0; i < time; i++) {        for(j = 0; j < 120; j++);    }}
void main() {    ena = 1; // 使能A端口    enb = 1; // 使能B端口    while(1) {        in1 = 1; // A+ 电流正向        in2 = 0; // A- 电流反向        in3 = 1; // B+ 电流正向        in4 = 0; // B- 电流反向        delay(1000); // 延时一段时间        in1 = 0; // A+ 电流反向        in2 = 1; // A- 电流正向        in3 = 0; // B+ 电流反向        in4 = 1; // B- 电流正向        delay(1000); // 延时一段时间    }}

复制代码

L298N 驱动模块可以控制电机的正反转，其中 in1、in2 控制 A 相电流的方向，in3、in4 控制 B 相电流的方向，ena、enb 是使能端口，需要设置为高电平才能控制电机。在例子中，先将 ena 和 enb 设置为高电平，然后让电机正向运转一段时间，再让电机反向运转一段时间，不断循环实现正反转。

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原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/6889d8833fed8c671b4c50a65】。文章转载请联系作者。

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3.1 控制器设计

3.2 电机和驱动芯片设计

3.3 锂电池设计

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