基于80C51單片機的智能小車設計

摘要：采用80C51單片機為控制核心，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙?？刂齐妱有∑嚨淖詣颖苷?，快、慢速行駛，以及自動停車，并可以自動記錄時間、里程和速度，自動尋跡和尋光功能。整個系統(tǒng)的電路結構簡單。可靠性能高。
關鍵詞：80C51單片機；光電檢測器；PWM調速；智能小車

O 引言
    在現有玩具電動車的基礎上，加裝光電檢測器，實現對電動小汽車的速度、位置、運行狀況的實時測量，并將測量數據傳送至單片機進行處理，然后由單片機根據所檢測的各種數據實現對電動車的智能控制。

1 直流調速系統(tǒng)采用PWM調速
    直流調速系統(tǒng)采用晶閘管的直流斬波器與整流電路。晶閘管不受相位控制，而是工作在開關狀態(tài)。當晶閘管被觸發(fā)導通時，電源電壓加到電動機上，當晶閘管關斷時，直流電源與電動機斷開，電動機經二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖寬度調制(Pulse Width Modulat-ion)，簡稱PWM。脈沖周期不變。只改變晶閘管的導通時間，即通過改變脈沖寬度來進行直流調速。
    脈寬調速也可通過單片機控制繼電器的閉合來實現，但是驅動能力有限。為展利實現電動小汽車的左轉和右轉，本設計采用了可逆PWM變換器?？赡鍼WM變換器主電路的結構式有H型、T型等類型。我們在設計中采用了常用的雙極式H型變換器，它是由4個三極電力晶體管和4個續(xù)流二極管組成的橋式電路。圖1為雙極式H型可逆PWM變換器的電路原理圖。

    4個電力晶體管的基極驅動電壓分為兩組。VT1和VT4同時導通和關斷，其驅動電路中Ub1=Ub4；VT2和VT3同時動作，其驅動電壓Ub2=Ub3=-Ub1。

2 檢測系統(tǒng)
    檢測系統(tǒng)主要實現光電檢測，即利用各種傳感器對電動車的避障、位置、行車狀態(tài)進行測量。
2．1 行車起始、終點及光線檢測
    系統(tǒng)采用反射式紅外線光電傳感器用于檢測路面的起始、終點(2 cm寬的黑線)，玩具車底盤上沿黑線放置一套，以適應起始的記數開始和終點停車的需要。利用超聲波傳感器檢測障礙。光線跟蹤，采用光敏三極管接收燈泡發(fā)出的光線，當感受到光線照射時，其c-e間的阻值下降，檢測電路輸出高電平，經LM393電壓比較器和74LSl4施密特觸發(fā)器整形后送單片機控制。
    本系統(tǒng)共設計兩個光電三極管，分別放置在電動車車頭的左、右兩個方向，用來控制電動車的行走方向，當左側光電管受到光照時，單片機控制轉向電機向左轉；當右側光電管受到光照時，單片機控制轉向電機向右轉；當左、右兩側光電管都受到光照時，單片機控制直行。見圖2電動車的方向檢測電路。

2．2 行車方向檢測電路
    采用反射接收原理配置了一對紅外線發(fā)射、接收傳感器。該電路包括—個紅外發(fā)光二極管、一個紅外光敏三極管及其上拉電阻。紅外發(fā)光二極管發(fā)射一定強度的紅外線照射物體，紅外光敏三極管在接收到反射回來的紅外線后導通，發(fā)出一個電平跳變信號。
    此套紅外光電傳感器固定在底盤前沿，貼近地面。正常行駛時，發(fā)射管發(fā)射紅外光照射地面，光線經白紙反射后被接收管接收，輸出高電平信號；電動車經過黑線時，發(fā)射端發(fā)射的光線被黑線吸收，接收端接收不到反射光線，傳感器輸出低電平信號后送80C51單片機處理，判斷執(zhí)行哪一種預先編制的程序來控制玩具車的行駛狀態(tài)。前進時，驅動輪直流電機正轉，進入減速區(qū)時，由單片機控制進行PWM變頻調速，通過軟件改變脈沖調寬波形的占空比，實現調速。最后經反接制動實現停車。
2．3 前行與到車控制
    前行與倒車控制電路的核心是橋式電路和繼電器。電橋上設置有兩組開關，一組常閉，另一組常開；電橋一端接電源，另一端接了—個三極管。三極管導通時，電橋通過三極管接地，電機電樞中有電流通過；三極管截止時，電橋浮空。電機電樞中沒有電流通過。系統(tǒng)通過電橋的輸出端為轉向電機供電。通過對繼電器開閉的控制即可控制電機的開斷和轉速方向進而達到控制玩具車前行與倒車的目的，實現隨動控制系統(tǒng)的糾偏功能。圖3為前行與倒車控制電路。

2．4 行車距離檢測
    由于紅外檢測具有反應速度快、定位精度高，可靠性強以及可見光傳感器所不能比擬的優(yōu)點，故采用紅外光電碼盤測速方案。圖4為行車距離檢測電路。

3 顯示電路
    本設計中用兩片4位八段數碼管gem4561ae作顯示器，采用新型芯片EM78P458作為顯示驅動器，用單片機的并行口控制，一個數碼顯示電路用4個口線，用專用驅動芯片控制可以減少對CPU的利用時問，單片機將有更多的時間去完成其他功能。

4 電源的設計
    本設計的電源為車載電源。為保證電源工作可靠，單片機系統(tǒng)與動力伺服系統(tǒng)的電源采用了大功率、大容量的蓄電池，而傳感器的工作電源則采用了小巧輕便的干電池。

5 系統(tǒng)原理圖
    智能電動車采用80C51單片機進行智能控制。開始由手動啟動小車，并復位，當經過規(guī)定的起始黑線，由超聲波傳感器和紅外光電傳感器檢測，通過單片機控制小車開始記數顯示并避障、調速；系統(tǒng)的自動避障功能通過超聲波傳感器正前方檢測和紅外光電傳感器左右側檢測，由單片機控制實現；在電動車行駛過程中，采用雙極式H型PWM脈寬調制技術，以提高系統(tǒng)的靜動態(tài)性能；采用動態(tài)共陰顯示行駛時間和里程。系統(tǒng)原理圖如圖5所示。

6 系統(tǒng)軟件設計
    在進行徽機控制系統(tǒng)設計時，除了系統(tǒng)硬件設計外，大量的工作就是如何根據每個生產對象的實際需要設計應用程序。因此，軟件設計在微機控制系統(tǒng)設計中占重要地位。圖6所示為流程圖。

7 結束語
    本設計采用80C5l單片機為控制核心，這主要是因為該單片機的穩(wěn)定性比較好。還可以采用其它系列的單片機。采用的技術主要有：
    (1)通過編程來控制小車的速度；
    (2)傳感器的有效應用；
    (3)新型顯示芯片的采用。