基于單片機(jī)的太陽能小車

任茂

【摘要】 隨著國家光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，太陽能智能小車的應(yīng)用越來越廣泛。其具有不污染環(huán)境、成本低、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。因此，本文簡單分析了太陽能智能小車的控制系統(tǒng)以及其控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】 單片機(jī) 太陽能 智能小車 控制系統(tǒng)

最近幾年來，由于國家光伏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，所以國內(nèi)外對(duì)太陽能汽車進(jìn)行了研發(fā)，與其他傳統(tǒng)的交通工具相比，有著更加清潔、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)點(diǎn)，能稱得上是“零排放”的交通工具。因?yàn)槲覈奶柲芷囆袠I(yè)起步較晚，且極大部分的太陽能汽車都是由各院校以及科研所研發(fā)的。

一、太陽能小車的控制系統(tǒng)

太陽能智能小車是一種安全的環(huán)保型代步工具，它比傳統(tǒng)的交通工具更加的環(huán)保，除此之外還具有經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、噪音低、舒適度高的優(yōu)點(diǎn)，因此，現(xiàn)今社會(huì)越來越多人們選擇太陽能汽車。太陽能智能小車?yán)玫氖枪夥?yīng)，它不僅能通過太陽能電池把太陽所發(fā)出的光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，同時(shí)還能將電能在高能蓄電池中存儲(chǔ)，并利用其存儲(chǔ)的電能驅(qū)動(dòng)汽車行駛。太陽能汽車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等動(dòng)作是由太陽能智能汽車的控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。另外，小車的速度分為三檔：低檔、中檔以及高檔。太陽能小車的LED也會(huì)實(shí)時(shí)的將蓄電池的充電和放電狀態(tài)以及車輛的運(yùn)營顯示出來，使車主能夠更加了解太陽能小車的使用[1]。

二、太陽能智能小車控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1電源選擇上的要求

太陽能電池和蓄電池之間的合理化配置的關(guān)鍵是太陽能智能小車的供電系統(tǒng)。現(xiàn)今，國內(nèi)的光伏材料光電轉(zhuǎn)化效率通常為14%左右，其一般由單晶硅、非晶硅、多晶硅以及化合物等材料造成 [2]。另外，在本裝置中選用的太陽能電池板型號(hào)為NZ6161，它是由6個(gè)太陽能電池板串聯(lián)成一組，再將2組并聯(lián)，從而使太陽能電池列陣輸出的電壓達(dá)到2V×6=12V，輸出的電流大約為0.6A。同時(shí)與此相配備的蓄電池為氫鎳電池，其型號(hào)為QNFZ10，額定容量為10Ah，標(biāo)稱電壓為1.2V，若將10個(gè)蓄電池串聯(lián)成一組，再進(jìn)行2組并聯(lián)，輸出的電壓將達(dá)到1.2V×10=12V是它的主要指標(biāo)。

2.2選擇電動(dòng)機(jī)上的要求

電動(dòng)汽車使用的電動(dòng)機(jī)有很多類型，交流電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)是現(xiàn)今社會(huì)太陽能智能小車常用的電動(dòng)機(jī)。但是，因?yàn)橛来磐诫妱?dòng)機(jī)成本過高，交流電動(dòng)機(jī)有著效率滑落的現(xiàn)象存在，而直流電動(dòng)機(jī)相對(duì)其它兩個(gè)有著控制簡單，啟動(dòng)速度快的特點(diǎn)，更加適合太陽能智能小車的要求，因此，太陽能智能小車選用了直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)的額定功率是20W，額定電壓是10V。其系統(tǒng)控制小車轉(zhuǎn)向的舵機(jī)選擇的是輝盛舵機(jī)，它的型號(hào)為MG945 Tower Pro，工作電壓是 4.8～7.2V；無負(fù)載時(shí)速度是0.23秒/60度（4.8V）、0.2秒/60度（6V）；堵轉(zhuǎn)扭矩為10公斤/厘米（4.8V）、12公斤/厘米（6V）；死區(qū)設(shè)定是10微秒[3]。

2.3單片機(jī)的控制系統(tǒng)

出于小車操縱的方便性考慮，所以現(xiàn)在以單片機(jī)為核心，它集遙控和安全報(bào)警、鍵盤輸入、液晶顯示模塊于一體；再根據(jù)小車的運(yùn)行情況以及太陽光照度的強(qiáng)弱、蓄電池充/放電的狀態(tài)等等進(jìn)行控制的智能化，以達(dá)到小車的各種運(yùn)動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)的目的。除此之外，在蓄電池充放電控制上，為了對(duì)蓄電池的正常工作進(jìn)行保證，采用了 ATmega16 單片機(jī)作為它的控制核心，同時(shí)對(duì)其兩端電壓值進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，并在LED上予以顯示，另外，系統(tǒng)還具有自動(dòng)控制和保護(hù)的功能。當(dāng)太陽光照度足夠時(shí)，將多余的能量給蓄電池充電；若太陽能電池功率不足時(shí)，將由蓄電池提供電能給小車；不僅如此，系統(tǒng)還能實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄電池的過充、過放等狀態(tài) [4]。

若保證太陽能智能小車的操控靈活性，就要用AVR單片機(jī)控制小車的運(yùn)動(dòng)。太陽能智能小車完成前進(jìn)和后退等動(dòng)作需要單片機(jī)通過U1-PC1端口輸出信號(hào)進(jìn)行控制。當(dāng)U1-PC1的輸出信號(hào)為低電平時(shí)，Q3截止，L293D的IN1端是高電平，IN2是低電平，小車實(shí)現(xiàn)前進(jìn)；若U1-PC1的輸出電平為高時(shí)，Q3導(dǎo)通，L293D的IN1就是低電平，IN2端是高電平，太陽能智能小車的后退就實(shí)現(xiàn)了。

三、控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

C語言和匯編語言混合編寫組成了整個(gè)控制系統(tǒng)的軟件編程，同時(shí)主程序和定時(shí)中斷服務(wù)程序也是它的主要組成。LED顯示屏將蓄電池狀態(tài)反饋給操作者，若是在電量充足，并在安全的工作范圍內(nèi)，太陽能智能小車就可以正常行駛；若是蓄電池正處于不正常狀態(tài)，就要通過指示燈或LED顯示屏進(jìn)行顯示，并對(duì)操作者進(jìn)行停車充電提醒。

結(jié)語：綜上所述，太陽能智能小車在近幾年中被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的交通工具，它還能很快速的發(fā)展，并將被更多的使用在家庭休閑、足球場、公園、警察巡邏、觀光旅游等場所。太陽能智能小車具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉以及不污染環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，可以大力的在汽車使用上進(jìn)行大力推廣。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]曾歆妍.基于單片機(jī)的太陽能智能搬運(yùn)車的設(shè)計(jì)[J].遙測遙控，2012，01：69-72.

[2]李檸，張殿富.基于單片機(jī)的智能小車速度控制設(shè)計(jì)[J].科技視界，2012，28：454+456.

[3]李健，蔣全勝，任玲芝.太陽能小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].巢湖學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，06：70-74.

[4]李宇鋒，周澤世，陳剛，喻陽.基于AVR單片機(jī)太陽能小車跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技信息，2014，02：65-66.