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1、洛阳理工学院毕业设计（论文）电动智能小车摘 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。本系统采用80C51单片机为控制核心，主要完成了超声波检测避障模块，反射式红外光电检测黑白跑道模块，里程检测模块，LED显示模块，电机驱动等模块的设计。设计采用左右独立的传动模式行驶，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；采用 PWM 技术实现电动机的快慢调速行驶以及自动停车；并由测速与显示模块自动记录时间、里程和速度；并可通过光电、红外、传感器实现自动寻迹和寻光功能。最后，通过汇编语言编程控制51单片机系统来决策智能车的行驶状态。整个系统的电路结
2、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。 关键词： 80C51单片机、光电检测器、PWM调速、电动小车Design and create an intelligence electricity motive small carAbstract80C51 is a 8 bit single chip computer. Its easily using and multi-function suffer large users. This article introduces the CCUT graduation design with th
3、e 80C51 single chip computer. This design combines with scientific research object. This system regards the request of the topic, adopting 80C51 for controlling core, super sonic sensor for test the hinder. It can run in a high and a low speed or stop automatically. It also can record the time, dist
4、ance and the speed or searching light and mark automatically the electric circuit construction of whole system is simple, the function is dependable. Experiment test result satisfy the request, this text emphasizes introduced the hardware system designs and the result analyze.The adoption of techniq
5、ue as:Keywords： 80C51 single chip computer, light electricity detector, PWM speed adjusting, Electricity motive small car31目录前言1第1章 系统整体设计31.1 直流调速系统31.2 检测系统41.3 显示电路111.4 系统原理图11第2章 硬件设计132.1 80C51单片机硬件结构132.2最小应用系统设计142.3前向通道设计162.4后向通道设计182.5显示电路设计21第3章软件设计203.1主程序设计203.2显示子程序设计243.3避障子程序设计253.4
6、软件抗干扰技术263.5“看门狗”技术293.6可编程逻辑器件32第4章测试数据、测试结果分析334.1测试方法及仪器324.2测试数据及测试结果分析32附录A 程序清单33附录B硬件原理图41外文资料翻译42前言我设计的题目是电动智能小车，随着社会的发展汽车行业越来越与人们的日常生活密切相关，全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的，指导教师已经有充分的准备。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
7、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。本次设计采用的是MCS-51系列的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。80C51是一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评，它是第三代单片机的代表。新一代的单片机的最主要的技术特点是向
8、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/DPWMPCA(可编程计数器阵列)WDT(监视定时器)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系列8C592单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线。本设计采用了新芯片EM78P458作为显示驱动器，用两片4位八段数码管gem4561ae作为显示器，并具有双重功能，在小车行驶时其中一片显示年月，另一片显示时分。采用红外测距仪检测行车距离，
9、采用直流电机控制小车的前行后退，利用超声波障碍检测，利用其特性超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，其频率超过20KHZ，分横向振荡和纵向振荡两种，超声波可以在气体液体及固体中传播，其传播速度不同。最后的整体电路图用画图软件Protel 99 SE来画，我在此设计中对此软件有了更多的了解，对此软件的应用也更加熟练，整个电路图都是我一人完成，我感觉这个画图软件真的是很有用我很有必要熟练掌握此软件的应用，会对以后的工作学习有很大帮助的。 第1章 系统整体设计1.1 直流调速系统方案一：串电阻调速系统。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
10、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。改变励磁电流的方向则输出电压的极性和电动机的转向都随着改变，所以G-M系统的可逆运行是很容易实现的。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。它的另一个缺点是运行条件要求高
11、，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。采用晶闸管的直流斩波器基本原理与整流电路不同的是，在这里晶闸管不受相位控制，而是工作在开关状态。当晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上，当晶闸管关断时，直流电源与电动机断开，电动机经二极管续流，两端电压接近于零。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，PWM调速系统有下列优点：（1）由于PWM调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
12、，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。（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PWM变换器进行调速。脉宽调速系统的主电路采用制式变换简称PWM变换器器脉宽调。脉宽调速也可通过单片机控制继电器的闭合来实现，但是驱动能力有限。为顺利实现电动小汽车的前
13、行与倒车，本设计采用了可逆PWM变换器。可逆PWM变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。1.2 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、及光线检行车起始、终点测：本系统采用反射式红外线光电传感器用于检测路面的起始、终点（2cm宽的黑线），玩具车底盘上沿黑线放置一套，以适应起始的记数开始和终点的停车的需要。利用超声波传感器检测障碍。光线跟踪，采用光敏三极管接收灯泡发出的光线，当感受到光线照射时，其c-e间的阻值下降，检测电路输出高电平，经LM393电压
14、比较器和74LS14施密特触发器整形后送单片机控制。本系统共设计两个光电三极管，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。见图1-1 电动车的方向检测电路。行车方向检测电路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，
15、贴近地面。正常行驶时，发射管发射红外光照射地面，光线经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PWM变频调速,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。图1-1 电动车的方向检测电路电桥一端接电源，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。如图1-2 前行与倒车控制电路所示。图1-2前行与倒车控制电路2、 直流电机的基本工作原理：直流发电机的工作原理是基于电磁感应原理，在磁感应强度为B的磁场中，一根长度为L的导体以匀速V作垂直切割磁力线的运动时，则在导体中产生感应电动势，其值的大小按法拉第定律来计算 e
