【CW32】具有发电功能的储能小车

 

题目要求

 

 

 

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1.1题目分析

1.1.1题目重点考察发电的一个利用效率，怎么发更多的电，用的更少，所以我

发电部分设计采用有刷电机，由实验得，发电机额定发电电压为10V，

经查阅资料超级电容充电电压不得超出额定电压的5%（电容限制最低电压：10.5V），

因此我们选择将4枚2.7V超级电容串联为10.8V超级电容作为本设计的储能元件。

由于单片机控制系统工作电压为5V，超级电容输出选择高效率的DC-DC降压模块给单片机和行走电机进行降压。

驱动部分设计采用有刷减速电机，额定功率1W，额定转速100RPM。

 

1.1.2本次设计将发电和驱动分为两部分分别进行，功能独立。这样我们电源的利用效率就非常高，能走更远的距离，实测行走可以走十米。

 

1.1.3检测电路采用在同等精度下功耗更低的电容式接近传感器，及红外对射循迹模块，

同时因为在测试过程中，部分传感器仅在短时间需要工作，在本项目中，针对性设计了检测完成后完全断电的电路系统，避免了传感器在不工作的状态下继续耗电的情况

上图为整个系统的框架图

主要分为6个部分，首先由发电电机发电给法拉电容，再由电容升降压给主控和传感器以及电机，这里为什么用升降压呢，因为当电容电压低于5V时，就会自动开启升压模式，把电容榨干到1V，这样我们可以把能量完全利用起来,由于金属探测器比较耗电

所以我们采用了控制三极管，在基本部分的时候断开供电，发挥部分开始供电。3

 

原理图设计说明

 

2.1 CW32主控

CW主控采用CW32F030C8T6最小系统开发板，最高主频64MHz， 64K 字节FLASH，数据保持25年，8K 字节RAM，支持奇偶校验128字节OTP存储器，五通道DMA控制器，完全超越STM32，在航天航空以及国防军事方面有广泛的应用，

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2.2 法拉电容组电路

上图为小车法拉电容电路，为4个电容串联，在接电机端带有指示灯，为基本部分第一问的要求，当电机发电时，指示灯会点亮。二极管的作用为单向导通，防止发出来的电又放回去，SS54的电流最大为5安，耐压为40v，完全符合我们放电电机的参数。接的100nf电容为去耦电容，有刷电机发电时会有高频噪声灌入整个系统，所以接100nf可以降低噪声。

上图为小车的储能电容

上图为小车的发电电机

2.3 电机驱动电路

 

上图为电机驱动电路，采用NPN加PNP驱动电路，因为题目只需要我们电机前进，所以我们电机只需要一个方向旋转，二极管的作用是续流，因为电机停止转动的时候会有反向电动势，防止烧毁单片机。当MOTO脚为高电平时，Q7导通，Q6导通，电机运行，当MOTO为低电平的时候，Q7截止，Q6截止，电机停止运行。

上图为行走的电机，功耗极低

2.4 金属传感器接口电路

上图为金属传感器，当检测到金属时，Q4导通，JC1的电平为3.3V，当没有金属时，Q4截止，JC1为低电平。POWER2为控制传感器的电源，防止在基本部分时浪费电源。

上图为小车所用的金属传感器，供电为5V

2.5 电源电路

上图为电源电路，由一个MT3608升压芯片和MT2492降压芯片组成，输出二极管的作用为防止灌流，在高于5V的输入电压时，降压电路工作，输出5V电源给单片机，当电压低于5V时，MT3608工作，升压到5V给给整个系统。这两个芯片的效率都是在95%以上，非常的省电，适合我们发电小车的项目。

 

2.6 外接电路

上图为外接电路，接入循迹传感器以及OLED显示屏

 

PCB设计说明

上图为PCB的设计图，在设计PCB的时候我们要注意电容部分需要单独一个部分布局，不可以和低压部分接触，防止烧毁单片机，同时不可以覆铜。

 

软件说明

程序为三个部分，第一个是中断，第二个是控制小车电机的主函数，第三个是OLED显示屏的函数

void main() {

int main()
{
    unsigned int key_1=0,i=0;
    RCC_Configuration();    //系统时钟配置为64M
    GPIO_Configuration();   //LED&KEY初始化
    ATIMER_init(); 
    
    track_gpio_config();
    
  I2C_Configuration();            //OLED init
    OLED_Init();
    OLED_CLS();//清屏        
    
    while(1)
    {        
         if(GPIO_ReadPin(CW_GPIOB,GPIO_PIN_14)==GPIO_Pin_SET)key_1=0; //下降沿检测   对应中间按键
         else if(key_1==0)
         {
             for(i=0;i<2000;i++);              //消抖
             if(GPIO_ReadPin(CW_GPIOB,GPIO_PIN_14)==GPIO_Pin_RESET)
             { key_1=1;fache=1;}
         }
         Black_Line_Detection();
     if(fache==1)
            {
                if(XJ03==Black_Line_Found)
                {
                  ATIM_SetCompare1A(40);  //控制小车速度  右轮
              ATIM_SetCompare2A(40);  //控制小车速度   左轮    
                }
                else if(XJ02==Black_Line_Found)
                {
                  ATIM_SetCompare1A(40);  //控制小车速度  右轮
              ATIM_SetCompare2A(0);  //控制小车速度   左轮    
                }
                else if(XJ04==Black_Line_Found)
                {
                  ATIM_SetCompare1A(0);  //控制小车速度  右轮
              ATIM_SetCompare2A(40);  //控制小车速度   左轮    
                }
                else 
                {
                  ATIM_SetCompare1A(40);  //控制小车速度  右轮
              ATIM_SetCompare2A(0);  //控制小车速度   左轮    
                }

            }

        OLED_ShowCN(0,0, 0);   //硬
      OLED_ShowCN(18,0, 1);  //币
        OLED_ShowCN(36,0, 2);  //币
      OLED_ShowCN(100,0, 3);  //币
        count_flag++;
        if(count_flag>=500)
            {
                count++;
                count_flag=0;
            }
        if(count>=3)
        {
            count=3;
        }
        sprintf(temp_buff,"%d",count);    //显示个数
      OLED_ShowStr(75,0,temp_buff,2);    
         
    }
}

void RCC_Configuration(void)
{
  /* 0. HSI使能并校准 */
  RCC_HSI_Enable(RCC_HSIOSC_DIV6);

  /* 1. 设置HCLK和PCLK的分频系数　*/
  RCC_HCLKPRS_Config(RCC_HCLK_DIV1);
  RCC_PCLKPRS_Config(RCC_PCLK_DIV1);
  
  /* 2. 使能PLL，通过PLL倍频到64MHz */
  RCC_PLL_Enable(RCC_PLLSOURCE_HSI, 8000000, 8);     // HSI 默认输出频率8MHz
 // RCC_PLL_OUT();  //PC13脚输出PLL时钟
  
  ///< 当使用的时钟源HCLK大于24M,小于等于48MHz：设置FLASH 读等待周期为2 cycle
  ///< 当使用的时钟源HCLK大于48MHz：设置FLASH 读等待周期为3 cycle
  __RCC_FLASH_CLK_ENABLE();
  FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_3);   
    
  /* 3. 时钟切换到PLL */
  RCC_SysClk_Switch(RCC_SYSCLKSRC_PLL);
  RCC_SystemCoreClockUpdate(64000000);    
}

void GPIO_Configuration(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    
    __RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    __RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

  GPIO_InitStruct.IT = GPIO_IT_NONE;  //KEY1    PB14作按键
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT_PULLUP;
  GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_PIN_14;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;
  GPIO_Init(CW_GPIOB, &GPIO_InitStruct);

  GPIO_InitStruct.IT = GPIO_IT_NONE; //LED1  LED2
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_8;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;
  GPIO_Init(CW_GPIOA, &GPIO_InitStruct);
  GPIO_WritePin(CW_GPIOA, GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_8,GPIO_Pin_SET);
}

 

void ATIMER_init(void)
{
    ATIM_InitTypeDef ATIM_InitStruct;
  ATIM_OCInitTypeDef ATIM_OCInitStruct;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    
    __RCC_ATIM_CLK_ENABLE();
    __RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    
  PA08_AFx_ATIMCH1A();
  PA09_AFx_ATIMCH2A();
    
  GPIO_InitStruct.IT = GPIO_IT_NONE;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pins =  GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;
  GPIO_Init(CW_GPIOA, &GPIO_InitStruct);   

    
    ATIM_InitStruct.BufferState = DISABLE;   //时基单元配置
  ATIM_InitStruct.ClockSelect = ATIM_CLOCK_PCLK;
  ATIM_InitStruct.CounterAlignedMode = ATIM_COUNT_MODE_EDGE_ALIGN;
  ATIM_InitStruct.CounterDirection = ATIM_COUNTING_UP;
  ATIM_InitStruct.CounterOPMode = ATIM_OP_MODE_REPETITIVE;
  ATIM_InitStruct.OverFlowMask = DISABLE;
  ATIM_InitStruct.Prescaler = ATIM_Prescaler_DIV32;    // 计算时钟1MHz
  ATIM_InitStruct.ReloadValue = 100;    // 20K 
  ATIM_InitStruct.RepetitionCounter = 0;
  ATIM_InitStruct.UnderFlowMask = DISABLE;
  ATIM_Init(&ATIM_InitStruct);

  ATIM_OCInitStruct.BufferState = DISABLE;
  ATIM_OCInitStruct.OCDMAState = DISABLE;
  ATIM_OCInitStruct.OCInterruptSelect = ATIM_OC_IT_UP_COUNTER;
  ATIM_OCInitStruct.OCInterruptState = ENABLE;
  ATIM_OCInitStruct.OCMode = ATIM_OCMODE_PWM1;
  ATIM_OCInitStruct.OCPolarity = ATIM_OCPOLARITY_NONINVERT;
  ATIM_OC1AInit(&ATIM_OCInitStruct);
    ATIM_OC2AInit(&ATIM_OCInitStruct);

  ATIM_SetCompare1A(0);
  ATIM_SetCompare2A(0);
  ATIM_PWMOutputConfig(OCREFA_TYPE_SINGLE, OUTPUT_TYPE_COMP, 0);
  ATIM_CtrlPWMOutputs(ENABLE);
  ATIM_Cmd(ENABLE); 
    

}

void ATIM_IRQHandler(void)
{
  if (ATIM_GetITStatus(ATIM_IT_OVF))
  {
    ATIM_ClearITPendingBit(ATIM_IT_OVF);
  }
}

printf(""/n);
}

实物展示说明

 

注意事项

发电的时候会有阻力，我们得用全力，但是也要小心电机齿轮磨损，在推电机发电的时候得匀速前进。

演示视频

提示：演示视频上传附件即可，附件最大只能长传50M的文件，大于50M的文件可放置在其他网盘或视频网站上，只需把地址链接放入这里即可