电动智能小车的设计

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1、毕业论文中文摘要电动智能小车的设计摘要：80C51单片机是一款八位单片机，他的易用性和多功能性受到了广大使用者 的好评。这里介绍的是如何用 80C51单片机来实现长春工业大学的毕业设计，该 设计是结合科研项目而确定的设计类课题。本系统以设计题目的要求为目的，采 用80C51单片机为控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，控制电动小 汽车的自动避障，快慢速行驶，以及自动停车，并可以自动记录时间、里程和速 度，自动寻迹和寻光功能。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。实验测试结 果满足要求，本文着重介绍了该系统的硬件设计方法及测试结果分析。采用的技术主要有：(1)通过编程来控制小车的速度；(2)

2、传感器的有效应用； (3)新型显示芯片的采用.关键词：80C51单片机 光电检测器PWM调速 电动小车毕业论文外文摘要Title Design And Create An Intelligence ElectricityMotive Small CarAbstract80C51 single-chip is a single-chip 8, and his ease of use and versatility are the vast number of users at home. Here is how to achieve single-chip microcomputer 80C51

3、 Changchun University of Technology graduation design, The design is determined by combining research and design issues. To design the system requirements for the purpose of the topic, using 80C51 single-chip microcomputer to control the core, using ultrasonic sensors detect obstacles on the road to

4、 control the electric cars automaticobstacle avoidance, fast slow moving, and automatically and can automatically record the time , mileage and speed, automatic ray tracingand searching functionality. Circuit structure of the whole system issimple,High reliability. Experimental test results meet the

5、 requirements, this article focuses on the system hardware design and analysis of test results.The adoption of technique as:(1) Reduce the speed by program the engine ;(2) Efficient application of the sensor;(3) The adoption of the new display chip.Keywords： 80C51 Single Chip Computer Light Electric

6、ity Detector PWM Speed Adjusting Electricity Motive Small Car1弓I言 12方案设计与论证 22.1 直流调速系统 22.2 检测系统 32.3 显示电路 52.4 系统原理图 53硬件设计 63.1 80C51 单片机硬件结构 63.2 最小应用系统设计 73.3 前向通道设计 93.4 后向通道设计 113.5 显示电路设计 134软件设计 164.1 软件流程 164.2 软件抗干扰技术 174.3 “看门狗”技术 205测试数据、测试结果分析 21结论 23参考文献 24致谢 25附录A主程序设计 26附录B显示子程序设计 2

7、8附录C避障子程序设计 29图1电动车的方向检测电路 31图2前行与倒车控制电路 32图3硬件原理图 331引言随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。 本题目是结合 科研项目而确定的设计类课题。设计的智能电动小车应该能够实时显示时间、速度、 里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能，可程控行驶速度、准确定位停车。根据题目的要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加装光电、红外 线、超声波传感器及金属探测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量， 并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电 动车的智能控制。这种方案能实现对电动车的运动状

8、态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高， 可满足对系统的各项要求。本设计采用 MCS-51系列中的80C51单片机。以80C51为 控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍， 控制电动小汽车的自动避障，快慢 速行驶，以及自动停车，并可以自动记录时间、里程和速度，自动寻迹和寻光功能。第三代单片机包括了 Intel公司发展MCS-51系列的新一代产品，如8xC152、 80C51FA/FB、80C51GA/GB 8x C451、8x C452，还包括了 Philips 、Siemens，ADIM Fujutsu、OKI、Harria-Metra 、ATME簪公司以80C51为核心推出的大量各具特

9、色、 与80C51兼容的单片机。新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩 展，以实现Microcomputer完善的控制功能为己任，将一些外部接口功能单元如A/D、PWM PCApT编程计数器阵列)、WD璐视定时器)、高速I/O 口、计数器的捕获/ 比较逻辑等。这一代单片机中，在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的 串行总线，为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。Philips公司还为这一代单片机80C51系歹8 x C592单片机引入了具有较强功能的设备问网络系统总线 -CAN(Controller Area Network BUS).本设计就采用了比较先进的80C51

10、为控制核心，80C51采用CHOMS艺，功耗很 低。该设计具有实际意义，可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面。尤其是在足球机器人研究方面具有很好的发展前景； 在考古方面也应用到了超声波传感 器进行检测。所以本设计与实际相结合，现实意义很强。2方案设计与论证根据题目的要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加装光电检测器， 实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行 处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高， 可满足对系统的各项要求。2.1直流调速系统方案一：旋转

11、变流系统。方案二：静止可控整流器。简称 V-M系统。方案三：脉宽调速系统。旋转变流系统由交流发电机拖动直流电动机实现变流，由发电机给需要调速的直流电动机供电，调节发电机的励磁电流即可改变其输出电压， 从而调节电动机的转速。 该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机，还要一台励磁发电机，设备多、体积大、费用高、效率低、维护不方便等缺点。且技术落后， 因此搁置不用。V-M系统是当今直流调速系统的主要形式。它可以是单相、三相或更多相数，半 波、全波、半控、全控等类型，可实现平滑调速。V-M系统的缺点是晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。它的另一个

12、缺点是运行条件 要求高，维护运行麻烦。最后，当系统处于低速运行时，系统的功率因数很低，并产 生较大的谐波电流危害附近的用电设备。脉宽调速系统的主电路采用脉冲宽度调制 (Pulse Width Modulation )，简称PWM 脉冲周期不变，只改变晶闸管的导通时间，即通过改变脉冲宽度来进行直流调速。与V-M系统相比，PWM1速系统有下列优点：(1)由于PWMS速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得 脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统的低速运行平稳，调速范围较宽，可 达1: 10000左右。由于电流波形比V-M系统好，在相同的平均电流下，电动机的损 耗和发热都比较小。(

13、2)同样由于开关频率高，若与快速响应的电机相配合，系统可以获得很宽的 频带，因此快速响应性能好，动态抗扰能力强。(3)由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。根据以上综合比较，以及本设计中受控电机的容量和直流电机调速的发展方向， 本设计采用了 H型单极型可逆PW渡换器进行调速。可逆PW渡换器主电路的结构式 有H型、T型等类型。我们在设计中采用了常用的双极式 H型变换器，它是由4个三 极电力晶体管和4个续流二极管组成的桥式电路。2.2检测系统检测系统主要实现光电检测，即利用各种传感器对电动车的避障、位置、行车状 态进行测量。1 .行车起始、终点及光线检测：本系统共设计两个

14、光电三极管，分别放置在电动车车头的左、右两个方向，用来 控制电动车的行走方向，当左侧光电管受到光照时，单片机控制转向电机向左转；当 右侧光电管受到光照时，单片机控制转向电机向右转；当左、右两侧光电管都受到光 照时，单片机控制直行。(如图附录A)行车方向检测电路(如图附录B)采用反射接收原理配置了 一对红外线发射、 接收 传感器。该电路包括一个红外发光二极管、一个红外光敏三极管及其上拉电阻。红外 发光二极管发射一定强度的红外线照射物体，红外光敏三极管在接收到反射回来的红 外线后导通，发出一个电平跳变信号。此套红外光电传感器固定在底盘前沿， 贴近地面。正常行驶时，发射管发射红外 光照射地面，光线经

15、白纸反射后被接收管接收，输出高电平信号；电动车经过黑线时， 发射端发射的光线被黑线吸收，接收端接收不到反射光线，传感器输出低电平信号后 送80C51单片机处理，判断执行哪一种预先编制的程序来控制玩具车的行驶状态。前进时，驱动轮直流电机正转，进入减速区时，由单片机控制进行PWME频调速，通过软 件改变脉冲调宽波形的占空比，实现调速。最后经反接制动实现停车。前行与倒车控 制电路的核心是桥式电路和继电器。电桥上设置有两组开关，一组常闭，另一组常开。 电桥一端接电源，另一端接了一个三极管。三极管导通时，电桥通过三极管接地，电 机电枢中有电流通过；三极管截止时，电桥浮空，电机电枢中没有电流通过。系统通过

16、电桥的输出端为转向电机供电。通过对继电器开闭的控制即可控制电机的开断 和转速方向进而达到控制玩具车前行与倒车的目的，实现随动控制系统的纠偏功能。检测放大器方案：方案一：使用普通单级比例放大电路。具特点是结构简单、调试方便、价格低廉。 但是也存在着许多不足。如抗干扰能力差、共模抑制比低等。方案二：采用差动放大电路。选择优质元件构成比例放大电路， 虽然可以达到一 定的精度，但有时仍不能满足某些特殊要求。 但在实际操作中，往往满足了高共模抑 制比的要求，却使运算放大器输出饱和；为获得单片机能识别的TTL电平却又无法抑 制共模干扰。方案三：电压比较器方案。电压比较器的功能是比较两个电压的大小， 例如将

17、一 个信号电压Ui和一个参考电压Ur进行比较，在UiUr和UiT且系统正常工作时，程序每隔T对4060进行扫描一次，分频且 永无记满输出信号。如系统工作不正常(如程序跑飞、死循环等),程序对4060发不 出扫描信号，分频器记满输出一脉冲号使 CPUS位。(2)参数选择4060的振荡频率f由RT、CT决定。Rs用于改善振荡器的稳定性，Rs要大于 RT 一月取 Rs=10RT 且 RT1kQ ,CT100pF。如果 Rs=450Q , RT=45Q , CT=1uF,则 f=10HZo 4060的振荡频率和Qi(i=6,7,8,9,10,12,13,14) 的选择要根据情况确定。(3)几个原则看门

18、狗电路必须由硬件逻辑组成，不宜由可编程计数器充当，因为CPUfe控后，可能会修改可编程器件参数，使看门狗失效。4060的RST线上阻容组成的微分电路很重要，因为扫描输入信号是CPUT生的正脉冲，若此信号变“1”后，由于干扰，程序乱飞，微分电路只能让上跳沿通过， 不会封死4060,看门狗仍能计数起作用。若没有微分电路，扫描输入信号上的“1”状态封死4060,使之不能记数，看门狗不起作用图4.3.1看门狗电路图CPU须在正确完成所有工作后才能发扫描输入信号，且程序中发扫描信号的地 方不能太多。否则，正好在哪里有死循环，看门狗就不产生记满输出信号，不能重新 启动CPU4060的记满输出信号不但要接到

19、MCS-51的RST脚，而且还应接到其它芯片的 RSTW,因为程序乱飞后，其它具有 RST却的芯片也混乱了，必须全部复位。5测试数据、测试结果分析及结论1、测试方法与仪器：测试仪器包括秒表、数字万用表、信号发生器、示波器、MCS5仿真机、直流稳压电源等。2、测试方法数字万用表主要用来测试分立元件的电阻、压降、漏电流、截止 /导通状态等参 数；信号发生器与示波器用于测试各光电传感器信号的接收与传输；MCS5仿真机用于测试软件；直流稳压电源在测试期间为各待测系统供电；秒表用于产品测试，按照任务书的基本要求对制成的电动车进行产品测试。测试数据及测试结果分析：(1)计时精度分析 计时系统采用了新型显示

20、芯片。理论上的误差不到1秒/年，(2)测距精度分析 测速系统采用了电机轴光电码盘检测技术。电机轴与车轮轴之间采用了齿轮箱二级减速，变比1/16。车轮周长135mm光电码盘与电机轴安装在 一起，电机轴每一转产生2个脉冲，车轮每转产生32个脉冲，理论测量精度可达 135mm/32=4.22mm4.5mm(3)定位精度分析 本设计采用实际测量与软件补偿技术，理论上可使定位精度 提高到误差10mm通过对本课题的设计，我体会到 设计电路，要考虑到它的前因后果。什么功能需要什么电路来实现。另外，还要考虑它的可行性，实用性等等。这样，提高了我的 分析问题的能力。另外，这次设计不仅使我的电学知识有一个很大的提

21、高，尤其是对一些电子元器件性能的了解以及在不同的场合应采用什么样的器件等都有了一个较 深入的理解和掌握，此外还使我学到了许多其他方面的知识。本设计采用的是80C51单片机，这主要是因为该单片机的稳定性比较好。还可 以采用其它系列的单片机。比如采用陵阳单片机，就可以简化编程，但其稳定性不是 很好。参考文献1何立民 单片机应用系统设计，北京：航天航空大学出版社2李广弟单片机基础，北京：北京航空航天大学出版社3何希才 新型实用电子电路400例，电子工业出版社4赵负图 传感器集成电路手册，第一版，化学工业出版社5陈伯时 电力拖动自动控制系统，第二版，北京：机械工业出版6张毅刚 彭喜元，新编MCS-51

22、单片机应用设计，第一版，哈尔滨工业大学出版社7李建忠单片机原理及应用，第一版，西按电子科技大学出版社8张萌 姜斌 单片机应用系统开发综合实例，第一版，清华大学出版社9刘建清 从零开始学单片机C语言，第一版，国防工业出版社10李继灿新编16/32位微型计算机原理及应用，第三版，清华大学出版社11储江伟 汽车电子装置与控制技术，第一版，吉林交通出版社12汉清 单片机原理与接口技术，清华大学出版社13俞承芳 宋万年 电子系统设计/电子学基础系列，复旦大学出版社，14赵茂泰 智能仪器原理及应用，电子工业出版社，15徐泳龙单片机原理及应用.机械工业出版社，16王丽敏电路仿真与实验.哈尔滨工程大学出版社，

23、17 Marsha Kinder , Playing with Power in Movies, Television, and Video Games:From Muppet Babies to Teenage Mutant Ninja Turtles, Marsha Kinder , University of California Press,199118 Judith Gruber , Dilemmas in Democratic Governance Judith E. Gruber University of California Press,198619 K.Alexander

24、, N.O.Sadiku ,Fundamentals of electric Circuits .20 Dixon RC.Spread Spectrum System With Commercial Applications.John Wicey&Sons Inc.1994附录A主程序设计主程序清单如下:limiw equ30h;厘米位miaoequ31h ;秒位fenmiequ32h ;分米位fmiaoequ33h ;分秒位meterequ34h ;米位fenzhequ35h ;分位pointequ36h ;小数点位shimiequ37h ;十米位shifnequ38h ;十分位sudueq

25、u39h ;速度控制jishkequ3ah ;记时开始zhondequ3bhzhoduequ3chzhonequ3ehmaicho equ3fhjinweb equ40hbhcsequ41hdpan equ 42h fenchu equ 43h fencun equ 44h pand equ 45h fenmc equ 51h org 0000h ajmp main org 000bh ajmp st0 org 001bh ajmp st1 org 0100hmain:mov limiw,#00h mov miao,#00h mov fenmi,#00h mov fmiao,#00h mov meter,#00h mov fenzh,#00h mov point,#0bhmov shimi,#00hmov shifn,#00hmov jishk,#00hmov zhond,#00hmov zhodu,#00hmov zhon,#00hmov maicho,#00hmov jinweb,#03hmov bhcs,#00hmov sp,#6fhmov tmod,#21h