基于单片机的气垫磁悬浮车系统设计.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2024 年 01 月 17 日 作者简介:张玲梅(1993),女,甘肃定西人,硕士研究生学历,兰州资源环境职业技术大学,助教,控制工程。-93-基于单片机的气垫磁悬浮车系统设计 张玲梅 祁贤业 贾远温 颉春旺 刘禹廷 兰州资源环境职业技术大学,甘肃 兰州 730030 摘要:摘要:本文基于 STM32 单片机,设计了一种气垫悬浮车,该系统包括主控模块、高速轴流风机驱动模块、循迹模块、语音播报等模块,能够实现悬浮,循迹,语音播报、显示信息等功能。其中超声波模块用来实现检测障碍物,并将结果反馈给主控处理;利用红外线实现避障;利用高速轴流风机使气垫实现悬浮,
2、而尾部的风扇提供前的动力,同时用风扇的转速控制小车的前进方向。此外,本文设计的系统更加节能和减少了对环境的污染。实验结果表明设计的有效性。关键词:关键词:STM32F103C8T6;OLED;循迹;气垫悬浮 中图分类号:中图分类号:TU755.7 0 引言 随着社会不断进步,社会经济水平逐渐提高,大型工厂也越来越多,而工厂中搬运货物的频次也逐渐增加,传统的重物的搬运都是靠人力搬运,费事又耗费人力。小车搬运逐渐增多,但是小车搬运时会与地面产生摩擦,从而导致搬运时比较费力。气垫运输已广泛的应用于各个领域1-2,例如用于轨道舱等大型设备的运行、载人飞船整船、推进舱、仪器工装等的移动,其载荷可达 22
3、 吨,从而降低运输过程中的人力成本及机械成本。气垫运输技术采用气垫盘,通过压缩空气充气形成气膜,显著减少运输车辆与地面的摩擦力,使车辆几乎零阻力地移动。相较于传统运输方式,气垫技术不仅能降低摩擦力,还能以小力推动重物,提高能源利用效率。特别在处理重型货物时,传统方式需大量能量,而气垫技术即使在小推力下也能轻松推动数十吨货物。这不仅减少能源消耗,还提高了在工业和建筑领域快速移动大型设备或货物的效率。同时,气垫运输车起升、运动灵活,性能安全可靠,并且利用电力驱动的鼓风机提供动力,不会对环境产生危害,符合未来清洁能源的要求。单片机微控制器将完整的计算机系统整合于单一芯片中,是一种综合的集成电路。相对
4、于传统计算机,它体积小、重量轻、成本低,无需额外 I/O 设备,简化了整个计算机系统。内部包括 CPU、ROM、RAM 等组成,具备强大的数据采集和控制系统,可执行多种复杂运算任务,包括符号控制和指令下达。单片机在智能电子设备中发挥关键作用,具备强大的数据处理和计算能力,为学习和应用开发提供了便利。单片机系统因其简洁易用的结构备受推崇,支持模块化设计,用户可根据需要轻松组合或更换功能模块,提高了灵活性和可扩展性。在可靠性方面,单片机系统表现卓越,能够连续工作数百万小时无故障,尤其适用于长时间稳定运行的工业和商业应用。其强大的处理能力使其能够快速响应各种指令和处理任务,对于实时数据处理和控制需求
5、的应用场景至关重要。已经广泛地应用于各个领域。例如文献3基于 AT89S52单片机,设计了一种无线遥控气垫船,该设计采用PT2262/PT2272 无线遥控模块,通过单片机控制尾部直流电机,从而实现对气垫船运动状态的控制。基于以上分析,本设计基于STM32单片机为主控,设计了一种气垫悬浮车,该系统包括主控模块、高速轴流风机驱动模块、循迹模块、语音播报、液晶显示等模块,能够实现悬浮,直线循迹,语音播报等功能。其中超声波模块用来实现检测障碍物,并将结果反馈给主控处理,同时通过液晶显示模块显示相关信息;红外线用来实现循迹;高速轴流风机使气垫实现悬浮,而尾部的风扇提供前的动力,同时用风扇的转来控制小车
6、的方向。1 系统设计原理 1.1 气动悬浮原理 气动悬浮小车通过气流压力将车辆悬浮在地面以中国科技期刊数据库 工业 A-94-上,减小与地面的摩擦,在运输的过程中,达到节约成本的目的。为保持小车的平稳行驶,通过控制气流的压力和流量来调节悬浮悬力;而车辆加速或减速时,通过调节风机转速来保持悬浮力的平衡。此外,还可以通过控制算法实现对车辆的主动控制,提高行驶的稳定性。气垫悬浮小车的动力系统通常采用电动机驱动。电机通过驱动轮或螺旋桨等设备提供牵引力,推动车辆行驶。同时,为了实现小车的转向和控制,在动力系统中还需要包括转向装置和相关的控制系统。1.2 气垫材料选择及分析 快递袋是一种摩擦力很小、重量很
7、轻、又不容易破损的材料,适合作为气垫材料。本设计采用快递袋作为气垫材料,快递袋通常由聚乙烯或聚丙烯等塑料材料制成,具有轻质、柔软、耐用等特点,并且拥有良好的密封性能2,但是稳定性是快递袋作为气垫的一个关键问题,这是因为快递袋充气后与地面摩擦力很小,可能会导致较大的形变和变形,从而影响悬浮力和车辆的稳定性。可以通过增加气垫中的隔离层同时采用多层结构来增加气垫的刚度和稳定性。1.3 keil 软件介绍 在单片机开发中,软件与硬件同等重要。源代码到机器码的转换可通过手工汇编或现代机器汇编完成。现代机器汇编在专用软件的帮助下成为主流选择,高级语言的兴起提高了开发效率。Keil 软件在 51 系列单片机
8、开发中脱颖而出,提供全面的解决方案。它集成了 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理工具和强大的仿真调试器,uVision 环境整合了这些工具,极大提高了开发效率。Keil 支持多种操作系统,为开发者提供了灵活性和兼容性。系统需求包括 Pentium 级 CPU、16MB RAM 和 20MB 硬盘空间。1.4 单片机最小系统 单片机的最小系统,或最小应用系统,代表了单片机技术中精简而高效的设计理念。这种系统通过使用最少的组件,达到单片机系统运作的基本要求,成为学习和实验单片机原理的理想平台。电源电路的作用在于为整个单片机系统提供稳定和可靠的电源。在单片机的设计和应用中,电源的稳定性是确保系统稳定
9、运行的基石。主流单片机系统通常采用 5V 或 3.3V 的电源电压。这两种电压标准在单片机设计中已成为共识,因为它们能够满足大多数单片机的电源需求,同时保持系统的稳定性和效率。复位电路在单片机系统中扮演着至关重要的角色。它负责在系统启动或遇到异常时初始化单片机的内部程序或状态。复位电路的设计通常包括电阻和电容的串联组合,利用电容两端电压不会突变的特性来实现平稳的复位过程。例如,在 51 系列单片机中,复位电路确保 RST 引脚在启动时维持高电平状态至少两个机器周期,从而确保系统的可靠启动。晶振电路,又称晶体振荡器,是单片机系统中的另一个核心组件。它与单片机的内部电路协同工作,产生所需的时钟频率
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