智能电动车
前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇智能电动车范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。
智能电动车范文第1篇
题目要求：（1）电动车沿引导线从A到B，即走直道区，并检测直道区白纸下的薄铁片，发声光信息，并存储，显示片数、距离；（2）沿弧形引导线或不沿引导线从B到C，C处埋有薄铁片，要求在C处停车5秒，并发声光信息；（3）电动车在光源引导下通过障碍区进入停车区并准确驶入车库，障碍物的长、宽、高约为50cm×12cm×6cm，共2个，分别放置在障碍区两侧的任意位置；（4）电动车完成上述任务后应立即停车，但全程行驶时间不能大于90秒，达到90秒必须立即自动停车。停车后要能准确显示其全程行驶时间。
1.方案述评
按题目要求，简易智能电动车应具有引导线检测、金属片检测、避障、趋光、计程、计时、存储、显示等功能。为实现这些功能，各参赛队选用了不同方案。
（1）引导线检测 基本上均采用反射式红外发射—接收对管。为增强抗干扰能力，部分队增加了脉冲调制功能。对管的个数有2、3、4、5个不等，但实测结果，在车头左、右各装一对对管，即可取得较好效果。要强调的是，要想判断准确，车速必须适中，传感器若摆过引导线，应当多几个采样点，以免因干扰造成误判。
（2）金属片检测 多数队采用成品市售接近开关，但也有一些队利用电涡流原理，自制感应头作为传感器，从而形成了一定的特色。其原理是：振荡状态下的感应头周围存在高频磁场，当金属靠近感应头时，这种高频磁场在金属中产生涡流，使LC谐振回路感应的能量损耗增加，等效损耗电阻增大，振荡幅度下降。金属离感应头越近，振荡幅度下降越多，幅度降到低于阈值的电压，则开关输出动作信号。
（3）避障功能 对障碍物的检测，一是利用障碍物对光或声波的反射作用或选用红外发射对管，或选用超声波传感器；二是利用车头前端伸出一光敏元件检测障碍物背后的阴影。这两种方案各有利弊，前者能较早检测到障碍物，但路面对超声波的反射也造成干扰，后者检测障碍物时车头已离障碍物很近，调整方向有一定难度。
（4）趋光功能 为使小车在200W光源引导下前进，多数队采用多个带黑色套管的光敏元件从不同角度采光的方案，如图2所示。原理是：光敏二极管A、B、C接收光的方向不一样，导致其两端电压也不一样，通过比较A、B和B、C的电压，确定光源相对小车的方位。当A管电压高于B管电压（即A管接收光强大于B管接收光强）时，说明光源在小车左前方；当C管电压大于B管电压，说明光源在小车右前方；当B管电压大于A管、C管电压时，光源在小车正前方。为确保在光源处停车，采用图3所示的方案。D管与水平线成夹角α，只有当小车离光源比较近时光源才直射入管，D管接收的光强最强，此时D管输出电压也最大。基于此原理，D管电压经过一个阈值可调比较器进行鉴幅得到一开关信号，通过调节阈值电压，可以使小车准确地停在车库内。
（5）计程 计程的可行方案很多。可借鉴光电鼠标的工作原理，在车轮上均匀地安装多个遮光条，用计数光脉冲的方法测量小车的位移，并据此计算车子的速度。也可在车轮上安装磁片，用霍尔传感器感应车轮的转速。要注意的是，车速传感器应安装在非驱动轮上，以避免主动轮打滑影响精度。此外，也有用红外发射对管采用光反射测速的。
（6）电机驱动 多数采用H型脉冲宽度调制（PWM）桥式驱动电路，此方式调速功能较好，可灵活正、反转。
（7）单片机及电路 单片机型号不一，有用双CPU分别检测与控制的，也有用单片而功能较强单片机的，其中Cygnal公司F005等产品较新，还有凌阳单片机可提供语音提示功能，电路有用CPLD实现的。
2.问题分析
本届全国大学生电子设计竞赛，仅湖北赛区选作E题的代表队有46个，约占该赛区参赛队总数的1/5强，在成功参赛的45个队中，有4个队因元器件损坏等不同原因不能测试，另有12个队成绩也很不理想，究其原因，除硬、软件设计不尽合理外，还有下列几点：
（1）本题较之上届C题《自动往返电动小汽车》，题目难度加大，传感器增多，稍微考虑不周，就可能因车载过重跑不动，相应地因能耗增大，电源供给也是一个应引起足够重视的问题。
（2）普遍的一个问题是车子性能不稳定，重复性差，有很多车试跑时很理想，但正式测试时则不尽人意。
（3）符合题目要求的跑道范围较宽，如地板上铺白纸和木板上铺白纸便是不同环境，还有不同光照问题，若车子适应能力差，便影响成绩，此外，小车的选择至关重要，有因轮子小爬不过铁片的，也有轮子太大，摩擦力太大，跑不动的，在测试中，有一种履带式玩具车，爬行性能好，又因左右轮驱动，转向灵活而具一定优势。
（4）智能车的智能体现不足，许多队便采用预置路径办法绕障，有些队就因对题目中障碍物位置的任意性理解有偏差而导致失败，还有因程序编制不灵活，数据无存储功能而丢分。
3.典型电路
以下是部分成功案例中所用到的典型电路。
(1)电机驱动电路（见图4） 采用两对互补型三极管接成桥式电路，为了避免两桥路的直通而使三极管损毁，在电路中增加了NPN型管Q1，实现了电路逻辑锁功能，使P0.0和P0.1在同一时刻仅有一个为高电平。例如当P0.0为高电平时，Q1导通，P0.1拉低，有效地防止三极管Q4、Q7的同时导通。同理，三极管Q6、Q5也不可能同时导通。当电机停止时，P0.4口控制继电器使其迅速制动。
(2)反射式红外发射、接收对管光电检测电路 图5为ST178光电传感器原理图。该设计使用反射式光电传感器ST178，光电传感器的发射孔和接收孔位于同一侧。当光电传感器发射管发射的红外线探测到白色物体时，红外线反射使接收管导通。电压比较器LM393的Ⅴin+拉低，输出为低电平。当检测到引导线或边界线时，接收管截止，Ⅴin+为高，比较器输出为高电平。
考虑到发射管需要比较大的电流，所以其限流电阻R3取330Ω，电流约为（5～1.2）V/330Ω=11.5mA，调节R7和R8的比值可调整光电检测的灵敏度。
(3)光源检测引导电路 光源引导检测电路由3个红外接收二极管和A/D转换芯片TLC2543组成。3个接收管并排安装在小车前端，红外接收管接收到引导光源信号，经AD采样后送单片机比较接收到的引导光源的强度，确定光源的方位。电路如图6所示。
红外接收管在一定范围内有较好的线性度，因此选用三支特性较一致的红外接收管分别布置在小车的左、中、右三方， CPU通过比较来自A/D转换器三个不同通道的数值大小就可以很容易地判断出光源的大致方位，通过少量实验即可确定车库尽头光的强度。因此，三支接收管配合CPU的简单比较即可将小车引入车库，并在规定的地点停止在车库中。实践证明这种方式的控制效果非常理想。
智能电动车范文第2篇
关键词：智能防盗锁；单片机；报警电路；按键电路
中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)01-0088-03
The Design of Intelligent Anti-theft Lock of Electric Car Based on Single Chip Microcomputer
LIU Xue, ZHANG Hai-jiang
（Zhejiang Normal University Mathematical and Information science, Jinhua 321004, Zhejiang）
Abstract: This article gives a design proposal of intelligent electric car anti-theft lock which is based on single chip microcomputer. The proposal regards AT89s51 as the core device,combines key circuits, LED digital display circuits,storage circuits,warning circuits and unlock institution and make full use the advantages of single microcomputer ,such as flexible programming design, rich I/O ports,accurate controlling ,and control the whole system by program to realize the basic functions of electric code lock. The system has these features of low cost , reliable performance and convenient use and certain practical value.
Key words: intelligent anti-theft lock; single microcomputer; warning circuits; key circuits
1概述
在日常的生活与工作中，住宅与部门的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存多以加锁的办法来解决。若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需要携带多把钥匙，使用极不方便，且钥匙丢失后安全性即大打折扣。随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的电子密码锁应运而生。电子密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点。在安全技术防范领域、具有防盗报警功能的电子密码锁逐渐代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁量少、安全性能差的缺点，使防盗锁无论在技术上还是在性能上都有大大提高一步。
本设计是基于单片机的智能防盗锁的设计方案。主要实现以下功能：
1）当某人正确输入密码（密码可在正确输入后重新设置）时，锁正常打开。
2）当某人错误输入密码达三次（可能是小偷），扬声器发出报警声，并发射无线电信号通知主人。
3）当检测电路发现锁没有正常打开（例如：小偷撬锁等情况）时，扬声器发出报警声，并发射无线电信号通知主人。
4）为防止报警声影响他人，报警声会在3分钟后自动解除。在这3分钟内，主人也可人工解除报警声。
2智能防盗锁的系统设计
2.1系统总体方案设计
本系统使用AT59C51单片机[1]、4×4矩阵键盘、LED、蜂鸣器等。矩阵键盘分别为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、*、#、DEL、CLR、EN? TER、MODIFY。系统初始密码为“12345678”；输入密码时，LED显示电路显示为“*”，当密码输入完毕按下ENTER键时，对输入密码与设定的密码进行比较，若密码正确则LED显示电路显示为“PASS”提示锁打开；若密码不正确，LED显示电路显示提示“ER? ROR”，若连续3次输入不正确，则发出警报声同时锁定键盘。
在输入正确密码后，按下修改键时，LED显示电路显示“old”提示“输入旧密码”，此时输入正确的旧密码，则显示电路会有提示输入新密码在输入新密码后，显示电路会再次提示“再次输入新密码”若两次输入密码不一致，则修改密码失败，一致则成功。在修改密码的过程中，如果一开始输入的旧密码错误显示电路会显示提示，同时系统返回到开始。
若在“再次输入新密码”的时候输入新密码与前次不一致，则会返回到系统开始。修改密码完成后，系统自动清零上锁。要再次开锁则需要输入正确的密码。系统中DEL键用于退格，CLR用于清屏，按下CLR可以删除刚输入的密码，然后再次输入。为了防止恶意尝试，系统才用若连续输入3次错误密码则发出报警声，且锁定键盘，可以提高系统的安全系数，同时也能够保护合法用户的 正常使用。并且还有通过无线电信号的收发来通知车主，达到更好的防盗效果。
图1是系统的总体设计：
图1系统总体设计图
2.2系统硬件设计
2.2.1按键电路设计
本系统采用4×4矩阵键盘，16个键分别为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、*、#、DEL、CLR、ENTER、MODIFY。
图2键盘设计电路图
2.2.2复位电路设计
时钟电路工作后，在REST管脚上加两个机器周期的高电平，芯片内部开始进行初始复位
2.2.3开锁电路设计
电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
图3开锁电路图
2.2.4报警电路设计
报警电路采用蜂鸣器，当三次密码输入错误或者检测到非正常开锁的情况下，蜂鸣器便开始发声报警。电路设计如图4所示：
2.2.5无线电信号发射模块的设计
采用现成的无线电收发模块，功能原件简单、成本低。当检测电路发现三次输入密码错误或者非正常打开锁的时候，扬声器发声报警并且通过无线电收发模块发射信号给车主。
2.3系统软件设计
本系统程序部分使用C语言编写，系统软件流程图如图5所示，在整个软件设计流程中，键盘扫描及识别，密码校验和定时器程序比较重要。
键盘扫描电路中，扫描键盘时采用逐列扫描的方式，依次对l、2、3、4列按键循环扫描(P2口高四位连接键盘的行线，低四位连接键盘的列线)。扫描时先对单片机P2口赋Oxff，同时对与要扫描那列按键相连的单片机端口赋低电平，再将P2口的值与0xOf相与使低四位有效，如果按键被按下则与被按下那个按键相连接的单片机端口的电平将被拉到低电平，通过判断P2 El的值就可以判断出是哪个按键被按下。需要注意的是，在键盘扫描软件设计中，一定要有毛刺消除的功能，否则按键按下的响应会受到较大的影响。键盘识别是通过比较键盘扫描时对不同按键赋不同的值来执行相应的操作的。
密码校验的设立主要是从安全性的角度考虑的，密码存储后，只要在密码判定过程中找到存储密码的相应地址并读出改地址对应的内容，再加以比较就可以开锁了。如果仅仅是这样的操作，片内的密码很容易被破解，如果加上密码校验位，会在很大程度上提高安全性。在设立密码后，通过多位同或运算或其它更复杂的运算，将整个密码转换为通过运算后的另外一种形式，同时将该数据存储到指定的地址位中，每次设定密码，在存储密码的同时也生成并存储校验位，在读取时不仅要判定密码位是否正确，同时进行密码校验，这样就相当于加入了两级密码保护，提高了安全性，同时，即使普通密码被盗取，但校验运算方式不公开，也是不能直接打开电子密码锁的。其处理关系程序中简单体现如下：
if(KeyCount!=pwlen)//密码位数不为8位{ErrorFlag=1；
RightfFag=0；}else}for(i=0；i
{if(getpw[i]!=pw[i]) //逐位比较用户输入密码和系统密码
{ErrorFlag=l；RightfFag=0；break；//如果某位不一致则结束循环不再做后续比较}
定时器是保证限时输入密码和键盘锁定。定时器0中断的作用是给系统锁定键盘定时，当用户三次错误输人密码后启动定时器O，通过定时器0中断函数判断是否到定时时间，到了就停止定时器0并解除键盘锁定。定时器1中断的作用是限时输入密码，当用户第一位输入密码后启动定时器，通过定时器l中断函数判断是否到定时时间，到了就停止定时器1并清除输入的密码。
3结论
该电子密码锁设计实现自动报警、开关锁、密码校验、无线电报警信号收发等功能，并且具有结构简单、功耗低、成本低等优点，但是设计电子密码锁需要结合实际综合考虑很多因素，因此该电子密码锁设计需要在实际中进一步完善和改进。在系统应用程序方面，该设计只是实现了密码修改、开关锁、自动报警并发射信号灯功能，要想在现实生活中推广，还必须针对实际应用场合进一步完善程序。此外，无线电收发采用的现成的模块，有易受干扰、收发距离短等缺点，在今后的研究中必须进一步改进。
参考文献：
[1]何立民.单片机高级教程[M].1版.北京:北京航空航天大学出版社,2001.
[2]赵益丹,徐晓林,周振峰.电子密码锁的系统原理、设计程序及流程图[J].嘉兴学院学报,2003,15(1):103-105.
智能电动车范文第3篇
关键词 单片机 智能 玩具电动车
中图分类号：TB47 文献标识码：A
0前言
随着当今社会科技日益发展，融入人类生活的电子产品越来越多，占据了当前电子市场的极大份额。在玩具行业中，将电子技术融入玩具内，使玩具逐渐走向智能化，变为全新的电子类产品，这也成为了国际上玩具产业的重要发展目标。据权威数据显示：二零一二年，智能化玩具的销售金额达二百四八亿美元，智能玩具的收益是十分巨大的，原因在于智能玩具的开发基础是在已有的电子终端技术上，然后再对传统玩具进行改造，以付出的成本来说是极低的，这样就使投资方获得了极大利益。随着智能化的提高，电子智能玩具在市场上具有极大的发展空间，因此，本文设计就是以此背景来进行研究的。
1单片机与智能电动车技术
单片机也被人称为单片微型计算机，简称：SCM。主要组成部分为：CPU、ROM、RAM、定时器和输入输出通道组成，将这些功能集于一种微型芯片上，可以组成一种微型计算机。自一九七四年开始，由美国仙童半导体公司首次开发出第一款单片机机型以后，单片机技术获得高速发展，各种型号、各种性能的单片机呈现出多样化的特点。直到如今，单片机的发展经历了四个阶段：第一阶段是在二十世纪七十年代，属于单片机开发的初级阶段，此时期最具有代表性的单片机是由因特尔公司开发的MCC-47型号。在这个时期制作的单片机技术采用的是传统落后的制造手法。第二阶段是二十世纪八十年代初期，是单片机开发的完善阶段，以因特尔公司的MCC-50型号单片机为代表产品，此阶段的单片机在原有的技术基础上，进行全新的开发，使单片机的存储空间增大。第三阶段是二十世纪八十年代末，属于单片机推陈出新阶段，此阶段首次推出了专用单片机技术。第四阶段是在二十世纪九十年代初到如今，是单片机全面提升的阶段。此阶段的单片机开发出可以适合多种领域运行的型号，特性在于运算速度超快。单片机的特点使它成为了应用非常广阔的电子技术产品，对各领域的技术改良起到了极大的作用。
伴随传感技术和计算机技术的发展，玩具电动车也逐渐走向智能化。智能电动车的系统包含了多种学科、多种领域的知识，它的系统已经成为了综合性的系统，控制方式也发生了极大的变化，包含了单片机控制、光学感应控制、语言控制等多种方式，为玩具电动车的操控带来了自动化的发展。
2智能玩具电动车电路设计
2.1主控制电路设计
使用高性能的单片机，具有的主要优势在于可以进行非易失性存储数据功能，它的主要指令控制可以和多种系统兼容。将玩具电动车的移动性能转为数据存入单片机存储器中，由于单片机中具有ROM和ECROM，可以构造出最小的单片机系统。但是小型单片机系统只能控制较小的单元，主要原因是受到集成的影响。采用复位电路可以使电动车获得连接电自动复位和按键手动复位，复位电路中的电阻等是为保证出现因线路故障造成的错误连接时可以通过机器运转周期进行复位而制定的。在这个系统中的核心部位就是单片机，用它来实现控制，玩具电动车只需要手动开启和复位，其他的一切操作由单片机进行监测和运转。
2.2信号监测设计
检测技术是自动化检测和转换技术的总称。主要是通过检测系统采集数据，然后通过转换技术进行运算的一种全新技术。检测技术就好比人们的感觉系统，如果没有检测技术中的感应器就好比人没有感觉器官，这就无法达到自动化功能，也不能实现智能操作。玩具电动车的信号检测电路技术主要来源于对检测技术的使用，玩具电动车在实现自动化行驶时，是离不开感应装置的。
2.3驱动电路设计
电板驱动一般是采用H式驱动电路，通过单片机信号传输性能将指令传送到电板驱动中，得以控制玩具电动车的速度。一般的驱动电路采用的都是四项六线式，以C597驱动芯片进行驱动，让单片机通过I/O接口像C597芯片发送控制信号，从而实现玩具电动车的智能化。
3控制软件的设计
3.1软件的结构
软件控制具有两种类型：数据运算和远程控制。数据运算具有标准制度的采集和计算等。而远程控制主要是通过核心系统单片机对数据进行分析，从而指示玩具电动车的运作。在进行控制软件设计时，会将控制划分出多项小控制模块。小控制模块是为了达到一定程度而独立的小程序区间。此系统是由主程序、避障程序、显示程序等多个程序构成。此控制系统的设计主要获得的性能是：可以使玩具电动车在无障碍时能进行自动运行，在玩具电动车遇到阻碍时可以根据阻碍控制电动车进行躲避操作，从而可以让玩具电动车在遇到障碍时无人操作能顺利行驶。
3.2避障程序
玩具电动车在行驶时，系统会通过检测技术对前方进行实时扫描，由此来判定前方路径情况，在无障碍时可以正常行驶，在有障碍时则玩具电动车停止运行，向其他方向转换，以达到避开障碍继续行驶的目的。在运行调整方面，可以通过语音来控制玩具电动车的操作。
4结语
本文对玩具电动车自动化控制系统的设计与实现进行了阐述，使玩具电动车可以达到智能化。利用多种电路的运转，将玩具电动车在行驶时采集到的数据输送到电动车核心系统――单片机中，再由单片机对收集到的数据进行分析和运算，然后将运算的结果传送到电动车的其他硬件操控装置，达到电动车不必手动操控也能实现自动行驶、自动躲避等智能化和自动化功能。
参考文献
[1] 赵新颖，罗坤.机遇80C51控制的智能电动小车系统的设计与实现[J].微型机与应用，2011.11（25）：15-18.
智能电动车范文第4篇
关键词：AVR单片机；太阳能电动车；光伏；控制系统
中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 (2012) 14-0063-01
由于人类科学技术的不断进步和发展，人类对能源的需求不断提高，传统能源及环境污染成为日益严重的问题。为了解决这些关乎生存的大问题，人们对新型的绿色可再生能源寄予了厚望，太阳能便是其中重要的一种。太阳能作为一种无污染、可再生的绿色能源，被应用于汽车领域，可以达到减少尾气排放的目的。利用AVR单片机ATmega16-16AU芯片制作了太阳能电动车光伏控制系统样机，安装在太阳能电动车上，不仅能够正确的判定系统工作状态，并且选取合适的充电方式利用太阳能对蓄电池进行快速、高效、安全的充电。
一、基于AVR单机片的太阳能电动车光伏控制系统
（一）基本概念
太阳能电动车是一种新型环保车辆，具有安全、方便、费用低、节约能源、无污染等优点，其主要工作原理就是将太阳转化为电能，给电动车的蓄电池进行补偿充电，以补充车辆行驶中消耗的一部分能量，从而延长车辆的行驶时间。同时，为了迎合车辆智能一体化控制的需求，通过与车辆CAN总线技术相结合，选定速度快、功耗低、存储容量大、扩展性强、可反复多次擦写的AVR单片机作为直流变换电路的核心控制芯片，并根据充电策略和实验方案的要求，通过AVR单片机开发，编写系统控制程序，结合电路结构设计，使用Proteus和ICCAVR单片机开发软件对系统控制程序进行了仿真，验证程序的可行性。这一问题的解决，诞生了以AVR单片机ATMEGA8L为核心控制器件的光伏电源控制系统，实现了太阳电池板与汽车通用的铅酸蓄电池之间电压的自动识别和自动匹配，充电过程的自动调节以及放电过程的自动控制和保护。
（二）基本构成
电动车光伏控制系统是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，它就象是电动车的大脑，是电动车上重要的部件，并具有蓄电池过充、过放的保护装置，LED实时显示车辆的运行状况以及蓄电池充电和放电等状态。它的原理结构主要由太阳能光伏电池阵列、蓄电池及充放电控制、AVR单片机控制系统、电动机驱动电路以及显示器等部分组成。
二、光伏控制系统硬件设计
（一）太阳能电池和蓄电池
太阳能电动车供电系统的关键就是合理安排太阳能电池和蓄电池之间的材质配置。光伏电池通常由单晶硅、多晶硅、非晶硅和化合物等材料制成，目前国内光伏材料的光电转化效率一般在14％左右。一般来说，都是选用12个型号为NZ6161的太阳电池板，分成二组串联并列在一起，使太阳能电池阵列输出达到近12V的电压，输出约0.6A的电流。相匹配的蓄电池为氢镍电池，型号是QNFZ10，具有额定容量为10Ah、标称电压为1.2V的技术指标，如果将20个蓄电池串联并列成二组，将输出高达12V的电压。
（二）无刷直流电动机
它是一种用电子换向的小功率直流电动机，是用半导体逆变器取代一般直流电动机中的机械换向器，构成没有换向器的直流电动机。它具有结构简单、调速性好、起动力巨大、电磁噪声低等特点，较交流电动机、永磁同步电动机更适合太阳能电动车的需要。功能：接受信号来控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。
（三）AVR单片机控制系统
AVR单片机是个一种高速嵌入式单片机，集成键盘输入、液晶显示、遥控和安全报警等模块于一体，根据电动车的运行情况、太阳光照度强弱、蓄电池充放电状态等进行智能控制。它具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行。同时，还具有这些优势，即数据处理速度快、中断响应速度快、耗能低、保密性能好；I/O口功能强，具有A/D转换等电路；有功能强大的定时器/计数器及通讯接口；片内有EEPROM数据存储器，可以按字节读写。
三、光伏控制系统软件设计
整个控制系统软件混合采用C语言和汇编语言进行编写，主要由主程序和定时中断服务程序组成。基本的主程序是初始化时完成PIC16C5x的I/O配置和中断设置，在循环等待过程采集判断系统所处的状态，并进入相应的状态处理子程序。同时等待键盘输入和串行通信的起始位，异步串行通信是通过设置通用I/O口，以软件形式来完成异步串行通信。系统通过键盘的输入来控制LCD的显示内容，由LCD在线显示系统所处的状态，表明系统充电或放电状态。也可选择显示蓄电池电压、容量及充放电电流。上述控制方式表明，以单片机为核心的控制系统可以在线实时监测电动车的各项性能参数。
四、结语
AVR单片机构成的太阳能电动车光伏控制系统结构简单、实用性强、环保节能，结合太阳能电动车自身的良好特点，必将具有良好的市场发展前景。作为不仅肩负着要把太阳能转换成电能的重任，而且还对蓄电池提供智能充电特管理的AVR单片机构成的太阳能电动车光伏控制系统，必将在太阳能电动车上发挥着更大更强的作用。
参考文献：
智能电动车范文第5篇
和谐系列大功率交流传动电力机车现在已经成为我国重载牵引的主力机型，到现在我段配属机车中，和谐1型、和谐2型大功率交流传动电力机车占到配属机车的80%以上。而现有技术资料有限，且由于知识产权和技术保密等原因，至今还没有一种技术资料对其控制方式进行系统解释和说明。为了方便广大职工学习和掌握和谐型重载机车的理论知识，结合和谐1型、和谐2型、和谐3型大功率交流传动电力机车的控制方式不同和本人的理解，现对和谐系列大功率交流传动机车性能控制理论进行进一步的探讨。
机车动力控制概况分析
机车性能参数的控制主要是由机车司机通过司机控制器来控制机车的工作状态和参数，以达到控制机车动力输出的工作状态。从内燃机车、交直流传动电力机车到交直交传动机车，其控制方式和控制原理是有较大的区别的。
内燃机车由于机车自带全部动力系统，其动力控制是通过控制发动机的转速和输出功率以及机车的牵引制动工况，实现完全控制机车的动力性能。
交直流传动电力机车，由于其馈电电源来自交流电网，无法对线路上的每台机车单独控制，在电源动力转换时，主变压器采用有级控制的方式。通过控制主变压器工作时的变比，控制传动装置输出的电压和功率。
对于以上两种类型的机车，由于传动装置输出能在较大速率范围内符合牵引动力的牛马特性，利用传动装置的自然特性，不需要对传动装置进行专门控制，只需要把司机控制器手柄信号转换为发动机转速控制信号或主变级数控制信号，就完全可以实现机车牵引动力和状态的控制。
对于交直交流传动的和谐系列大功率电力机车，由于采用了交流牵引电机作为机车动力驱动单元，而交流电机的工作特性自适应的工作范围比较窄，只有在电源工作频率下方很小的范围内电机才能稳定工作，所以必需对传动装置进行相对复杂的动态控制，使其在机车全部工作状态的范围内，输出使交流电机能够稳定工作的可控制电源。
和谐系列机车的牵引特性分析
由和谐1型、和谐2型及和谐3型大功率交流传动电力机车的牵引特性（如图）可以看出，机车的全部工作范围按速度可以分为3个阶段：即恒牵引力工作区段、线性控制工作区段和恒功率控制工作区段三个限制工作区段。
在牵引工况下，分为机车恒牵引力（转矩）启动阶段、线性控制加速阶段和恒功率调速牵引工作区段。在启动阶段，机车速度低于5km/h（和谐3型机车为10km/h）时，机车牵引力恒定不变，在机车速度达到65km/h（25吨轴重机车为70km/h）时，机车进入恒功率调速控制模式，在5km/h到65km/h之间的区间采用线性调速控制模式。和谐1型和和谐2型机车控制采用无级调速恒速控制方式，而和谐3型机车采用分级调速控制方式，在机车手柄级数较低时（5级以下）不会进入力矩限制工作区段，机车从恒牵引力工作状态直接进入准恒速工作状态；在机车手柄级数较高（7级以上）时，机车经过恒牵引力控制、线性控制和恒功率控制三个限制工作区段进入准恒速工作状态，当机车速度进入较高速度范围，电机工作电压和工作电流都达到最大值时，只能改变输出频率进行调速，机车进入限制特性工作区。
在机车动力制动工况下，在机车运行速度较高时，机车工作在恒功率制动控制模式，在机车运行速度较低接近停车区域时，机车工作在线性控制工作模式，在中间区段，机车工作在恒制动力的限制工作模式。在参数设计上，和谐1型机车23吨轴重和25吨轴重机车工作区段转折点相同，都是5km/h和75km/h。和谐2型机车线性限制工作区与恒制动力限制工作区的转折点是10km/h，恒功率制动限制工作曲线在机车不同轴重情况下，进入恒制动力限制工况转折点的速度和制动力是不同的，轴重越大，其制动力越大，转折点速度越低。和谐3型机车采用有级控制准恒速控制模式，机车采用25吨轴重时在恒制动力区和恒功率区的制动力都要比23吨轴重机车的制动力要大，而各个手柄位的限制曲线不变，手柄位越高，其限制制动速度越高，当机车运行速度低于限制速度时机车动力制动力会迅速下降，机车失去动力制动的作用，在操纵中司机要根据机车运行速度的变化及时调整手柄位置，保证机车处于正常动力制动的工作状态。
和谐系列机车牵引电机特性分析
和谐系列大功率交流传动电力机车牵引电机采用感应式三项异步电动机。根据交流电机的扭矩特性（如图4）可以看出，交流电机在电源电压和频率不变的情况下，其工作范围可分为三个部分，从电机启动点A到最大扭矩点B之间，电机的扭矩随着转速的增加而增大，电机处于加速启动状态，在电机转速超过最大制动扭矩B’点以后，制动扭矩随转速的增大而减小，在这两个工作区段，电机处于不稳定的工作状态；从电机最大扭矩点B到同步转速点C之间，电机输出扭矩随着转速的增加迅速减小至零，超过同步转速点C之后，电机进入动力制动状态，变为按照发电机工作状态运行，到最大制动扭矩B’点之间，制动扭矩随转速的增大而增大，电机输出特性与负载特性相匹配，电机处于稳定的工作状态。当机车由于负载变化，速度增加时，电机通过减小输出扭矩或增加制动扭矩，使机车速度回复稳定的工作速度，达到新的工作平衡点。同样，当机车由于负载变化，速度减小时，电机通过增大输出扭矩或减小制动扭矩，使机车速度回复稳定的工作速度，达到新的工作平衡点。在从B点到B’点的全部工作区段中，电机在每一点都可以通过动态调整是电机自动处于稳定的工作状态。交流电机稳定状态工作转速范围很小，当电机转速与旋转磁场一致达到同步转速时，电机的输出扭矩降为零。也就是说要使电机一直保持稳定的工作状态，必须把电机的转差率控制在一个很小的范围内，使电机转速稳定工作在同步转速附近。
交流牵引电机的电磁转矩T可用公式T=K・Φ・Ι2・COSφ2表示，其中：K为常数，Φ为每极磁通量，Ι2为转子电流，COSφ2为转子功率因数。
转子电流Ι2和转子功率因数COSφ2可用公式Ι2= S・E20/√￣（R22+（S・X20）2）， COSφ2= R2/√￣（ R22+（S・X20）2）表示，带入转矩公式后，公式可变换为：
T=K・Φ・E20・S・R2/（ R22+（S・X20）2）
E20为电机静止时转子自感电动势，S为转差率，R为转子内阻，X20为电机静止时转子感抗。
额定工况工作时电机转差率S很小，与转子阻抗R2相比S・X20可以忽略不计，而Φ、E20都与电压U成正比，交流电机的扭矩公式可以变换为T=K（U/f）2fs ，fs为转差频率。从公式可以看出电机输出扭矩与电源电压与频率的比值的平方成正比，与电机的转差频率成正比。根据交流电机特性曲线（如图4）、和谐系列机车的牵引制动特性曲线（如图1-3）及和谐1型、和谐2型及和谐3型机车牵引电机特性曲线（如图5-7）要求可以看出，只要分别控制变流器输出的频率、电压，就可以控制交流牵引电机同步转速和输出扭矩，按机车设计的牵引和制动特性曲线，控制机车按设定的参数运行。
和谐系列机车牵引变流器性能控制的分析与探讨
根据交流牵引电机的特性分析，通过调整主变流器输出电压的频率，可以调控交流牵引电机的同步运行转速。在变流器输出电压不变时，随着电机运行转速的增加，电机输出扭矩与电源频率的平方成反比例下降。为了使变流器的输出与交流电机的工况相匹配，需要单独控制变流器的输出的电压和频率。
分析和谐1型、和谐2型、和谐3型大功率交流传动机车主变流器，虽然其所选原件和控制参数有所差异，其控制原理都是一样的。
机车主牵引变流器分为四象限整流器、中间直流环节和四象限逆变器三个部分，整流器和逆变器的核心原件都是采用的IGBT模块。IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）绝缘栅双极型晶体管，有输入阻抗高和导通压降低两方面的优点。驱动功率小，非常适合应用于变频器。IGBT模块是由IGBT（绝缘栅双极型晶体管芯片）与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成，封装后的IGBT模块直接应用于变频器。中间直流环节采用巨型电容作为储能元件，可以把整流器和逆变器隔离开来，吸收IGBT模块通断时产生的高次谐波，使中间直流环节保持稳定的工作电压。由于主变流器的四象限整流器和四象限逆变器都采用IGBT模块，在不采取任何控制时，整流器就是一个全桥单相整流器，逆变器就是一个三相全桥整流器。在对IGBT进行控制的情况下，整流器和逆变器都可以在四个相限进行工作。通过控制IGBT模块的通断，控制交流端电压的大小、频率和相位角，就可以控制其工作在整流器或者逆变器的工作状态。下面对变流器各工作单元在不同工况下工作状态进行具体的分析。
1、机车牵引工况下变流器工作状态分析
由于IGPT模块开关损耗及冷却条件的限制，其最大工作频率受到一定的限制，调制频率不能超出IGPT的限制工作频率。在高速区段，由于变流器输出端电压已经达到工作的最大值，只能通过调整输出频率和转差频率来调节机车运行速度，因此，在高速区段可采用单倍频方波调制方式，直接输出方波电压波形。在速度较低时，由于输出频率较低，采用方波调制会产生较大的谐波干扰，功率因数较低，为了改善波形，提高效率，改善牵引电机的工作条件，一般取方波脉冲调制方式输出。
变流器的输出最终是要控制三相交流牵引电机进行调速，从牵引逆变器的控制来看逆变器要实现以下三方面作用：
首先要进行相位控制来保证按三相交流电相位进行输出；通过对逆变器三相整流模块W、M、N的IGPT模块控制的调制基波按120度的相位差进行控制，由于三相桥输出波形与与其对应的调制基波波形保持一致，可保证牵引逆变器按标准三相交流电相位进行输出。第二，要进行电压和频率控制，保证牵引电机扭矩特性按机车的牵引特性要求输出；要控制变流器输出电压与频率的比值大小，使其与牵引电机输出扭矩一致。逆变器的输出是通过IGBT模块的通断，使其输出端与中间直流电源或地直接联通，使其输出幅值为直流电源电压的矩形脉冲。通过调制波与载波信号的比较来控制IGBT模块的通断，改变载波与调制波的幅值比，可以改变IGBT模块输出的占空比，相应的改变单个周期的电压的平均值；通过改变单位时间内周期的个数，改变输出电压的频率，可以改变交流电机的同步转速。在调节过程中保持电压与输出频率的比值不变，可以保持电机输出的扭矩在速度变化时保持不变，实现电机的恒扭矩调速。第三、要进行转差率控制，保证电机工作在稳定工作区；从电机扭矩特性曲线可以看出，在电机加速调节过程中，随着电机转速的增加，转差率迅速减小，当电机转速接近到同步转速时，电机输出扭矩迅速减小到零输出。当电机转速减小，转差率增大时，电机输出扭矩同时增大，提高机车的加速能力。如果超过最大扭矩点，电机进入不稳定工作区，就会造成扭矩输出迅速减小，造成机车途中停车。所以，牵引逆变器的控制主要是根据机车实际运行速度，也就是电机的转速，控制逆变器调制基波的频率，使电机工作在规定的转差率范围内，同时控制输出电压大小，使牵引电机扭矩输出按机车牵引曲线运行。由于电机转差率控制在很小的数字上，使电机的功率因数保持很高接近于1，保证电机输入的功率全部用于对外输出，提高了机车能源利用效率，同时减小了电机的谐波冲击和电机发热，改善了电机的工作条件。
根据电机的扭矩特性分析，电机在输入电压和频率不变的情况下，电机的输入电流可用以下公式表示：
I=（U-E1-E2）/R
U―输入端电压；E1―定子线圈自感电动势；E2―转子线圈互感电动势；R―定子线圈电阻。
在电机启动之前，由于电机转子处于静止状态，定子线圈的自感电动势是保持恒定抵消绝大部分电压，E2反向最大，电源合成后，相当于E2电压全部加在定子电阻上，电机的启动电流非常大，一般电机的启动电流都在额定电流的6到8倍左右。随着电机转速的升高，E2迅速增大，使电机电流迅速减小。在电机稳定工作区的范围内，电机电流随转速的增加成线性减小关系。
四象限整流器是变流器中的另一个主要环节，是变流器中的能量输入环节，与中间直流储能环节共同构成能量传递的传送控制链。
四象限整流器主要要解决以下几个问题：1保持中间直流环节的电压保持稳定，2保持整流电流满足牵引电机工作时的需要，3保证机车供电电流变化趋势与电网供电电压相匹配。
从四象限整流器的结构分析，四象限整流器采用IGBT元件与二极管反向并联的方式，使其具有电流双向流通单向可控的特点，按照全桥整流方式联结后，使其整流具有双向可控的能力，在交流端电压或直流负载发生变化的情况下，直流输出电压可以控制在恒定的状态。
四象限整流器在IGBT控制信号关闭的情况下，与二极管全桥整流电路是一样的。由于电路中存在非线性的滤波电容和和电机线圈电感元件，电路的功率因数不可能达到1.0的数值。采用四象限整流的主要功能就是实现功率因数的控制。
四象限整流器控制功率因数的方法是让网侧电流接近正弦波，并且与电压同相。为控制电压和电流的相位关系，在变流器的四象限整流器与主变供电线圈之间串联一个电感线圈，用以补偿变流器工作时由于负载电流变化中间直流环节滤波电容造成的供电电源相位的变化。由于补偿电感线圈的电压Uls超前电流Is相位90度，电压的大小与通过的电流Is和频率f成正比，所以，必须控制四象限整流器输入电压Uc与电源电压Us之间的相位与电源Us初相位偏移角φ，使电感线圈电压与整流器输入电压的非线性分量Uc*sinφ相互抵消，才能使主变输出端的电压Us和电流Is相位保持一致，使机车的功率因数为1.0，其矢量图如图8所示。
由于串联电感线圈的存在，并且四象限整流器用PWM调制技术，因此四象限整流器实质上是个升压斩波器。在交流电流正半周期内当V、X模块导通时，电网电源Us和直流电源Ud形成叠加效应，快速向电感线圈充电，当V、X有一个模块导通时，通过U、Y对应的续流二极管，电网电源Us继续对电感线圈进行充电；当V、X模块全部截至时，由于电感元件电流的连续性，电网电源和电感线圈电压叠加通过U、Y的续流二极管对中间直流电源进行供电，由于电感的叠加作用，可以使中间直流电源获得比电源最大整流电压更高的电压，具有升压整流的作用。同样在交流电流负半周期内，U、Y模块的作用与正半周V、X模块起到的作用相同。
和谐系列机车四象限整流器的工作原理是一样的，根据机车选用IGBT模块参数的不同，其工作参数也各有所不同。和谐1型机车IGBT模块最大开关频率250Hz，采用5倍频同步调制，最大输入电流1712A。和谐2型机车最大开关频率800Hz，采用15倍频同步调制，最大输入电流1699A。和谐3型机车最大开关频率450Hz，采用9倍频同步调制，最大输入电流966A。逆变器与四象限整流器采用相同的元件，具有较高的输出频率范围，分别是0-116Hz、0-141Hz和0-120Hz。最大输出电流分别为1566A、1900A和520A。由于开关原件受到开关损耗和冷却调件的影响，开关频率收受到限制，在机车中高速工作区段，一般采用同步脉冲调制方式。随着输出频率的降低，脉冲调制输出波形失真逐步增大，功率因数降低，稳定工作点的离散性也越来越大，工作状态变差。为了充分利用IGBT模块的开关频率，改善逆变器在低频率输出区段的波形，一般采用异步脉冲调制方式。
2、机车制动工况下变流器工作状态分析
根据交流牵引电机的特性曲线可以看出，在电机转速超过同步转速后，电机转子相对旋转磁场的运动方向发生改变，转差率变为负值，电机输出扭矩方向发生改变，电机进入动力制动状态。电机电流方向也发生改变，由流入电机变为流出电机，电机由电动机状态转为发电机状态运行。
对于牵引逆变器来说，其控制输出的相位、电压和频率控制与牵引工况是一样的，所不同的是输出电流的方向发生改变，并控制电机转差率为负值，使电机在稳定的工作范围以内工作。
对于四象限整流器来说，牵引工况下控制整流器输入电压Uc相位角滞后电网电源电压Us，能量流动电网流向变流器方向。在动力制动工况下，整流器输入电压Uc相位角变为超前电网电源电压Us，在同样的控制信号状态下，由于电压的相位发生变化，在交流电流正半周期内当控制信号加在V、X模块上时，由于模块两端的电位差反向，模块并不导通，电感线圈通过V、X模块对应的续流二极管对电网和中间直流环节放电。当控制信号加在U、Y模块上时，模块导通，直流电源Ud通过U、Y模块向电感线圈Ls及电网电源Us反向充电，当U、Y只有一个模块导通时，由于电感元件电流的连续性，电感线圈通过导通模块U（Y）和模块V（X）的续流二极管，继续对电网电源Us进行充电；同样在交流电流负半周期时，V、X模块的作用与U、Y模块在正半周起到的作用相同。
通过以上分析可以看出，在机车制动工况下，牵引逆变器输出电压的频率低于交流牵引电机转子的转动频率，电机在负转差率工况下运行，在交流电机转子内部产生感应电流的频率为f2-f1，电机工作在异步发电状态，发电频率为f2-（f2-f1）= f1，与逆变器输出频率和相位都相同，幅值大于逆变器输出，使逆变器工作电流反向，逆变器实际上工作在可控三相四象限整流器状态。而四象限整流器，由于控制基波相位超前于电网电压相位，四象限整流器交流端电流也同时发生反转变为向电网馈电，四象限整流器工作在可控逆变器状态。与牵引逆变器所不同的是，四象限整流器逆变工作的输出频率与电网频率相同，是固定不变的。
