【正文】 TCRT5000紅外反射式接近開關(guān) 傳模塊、輔助調(diào)試 模塊等。尤其是 在足球機(jī)器人研究方面具有很好的發(fā)展前景；在考古方面也應(yīng)用到了超聲波傳感器進(jìn)行檢測(cè)。這一代單片機(jī)中，在總線方面最重要的進(jìn)展是為單片機(jī)配置了芯片間的串行總線，為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更加靈活的方式。 80C51 是一款八位單片機(jī)，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評(píng)。 根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動(dòng)車的基礎(chǔ)上，加裝光電、紅外線、超聲波傳感器及金屬探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的智能控制?？梢娖溲芯恳饬x很大。最后將各個(gè)調(diào)試成功的模塊結(jié)合到小車的車體上，結(jié)合程序，通過單片機(jī)的控制，將各模塊有效整合在一起，達(dá)到所預(yù)期的目標(biāo)，完成最終設(shè)計(jì)與制作，能使小車在一定的環(huán)境中智能化運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)采用對(duì)比選擇，模塊獨(dú)立，綜合處理的研究方法。 1 摘 要 智能作為現(xiàn)代社會(huì)的新生產(chǎn)物，是未來的發(fā)展的一個(gè)重要方向，它可以按照預(yù)定的模式在特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，無需人為管理，便可以完成預(yù)期目標(biāo)。結(jié)合實(shí)際情 況對(duì)比方案優(yōu)劣選出最優(yōu)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。 Abstract Intelligence is an important direction for the future development as a new product of modern society. It can operate automatically in a specific environment according to the predetermined pattern and will be able to plete the intended target without user’ s management. This excogitation mainly reflects multifunction carintelligent mode, the designof theory scheme and analytical method, features and innovations etc. which have some reference value on the design and popularity of semiautomatic robot automatically such as intelligent robots, intelligent household appliances. This dissertation discusses mainly on the designof the intelligent car in singlechip processor as the control core. To realize the car moving around and transform the mode of the small car function, it uses wireless 2 remote control。本設(shè)計(jì)就 是在這樣的背景下提出的，指導(dǎo)教師已經(jīng)有充分的準(zhǔn)備。 這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高， 可滿足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。它是第三代單片機(jī)的代表。 Philips 公司還為這一代單片機(jī) 80C51 系列 8ｘ C592 單片機(jī)引入了具有較強(qiáng)功能的設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線 CAN(Controller Area Network BUS). 新一代單片機(jī)為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴(kuò)展與配置打下了良好的基礎(chǔ)。所以本設(shè)計(jì)與實(shí)際 相結(jié)合，現(xiàn)實(shí)意義很強(qiáng)。 80C51主控模塊，作為整個(gè)智能車的的“大腦”，紅外避障和接近開關(guān)傳感器的信號(hào)，根據(jù)控制算法做出控制決策，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)完成對(duì)智能車的控制。 80C51 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 小車 紅外 避障 信號(hào)1 障礙物 接近開關(guān)傳感器 計(jì)數(shù) 信號(hào)2 5 一 直流調(diào)速系統(tǒng) 方案一：串電阻調(diào)速系統(tǒng)。 旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變流，由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 VM系統(tǒng)是當(dāng)今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。最后，當(dāng)系統(tǒng)處于低速運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設(shè)備。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過改變脈沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)速。 （ 3）由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。為順利實(shí)現(xiàn)電動(dòng)小汽車的前行與倒車，本設(shè)計(jì)采用了可逆 PWM 變換器。 1．行車起始、終點(diǎn)及光線檢測(cè)： 本系統(tǒng)采用反射式紅外線光電傳感器用于檢測(cè)路面的起始、終點(diǎn)（ 2cm 寬的黑線），玩具車底盤上沿黑線放置一套，以適應(yīng)起始的記數(shù)開始和終點(diǎn)的停車的需要 。見圖 電動(dòng)車的方向檢測(cè)電路 (a)。 此套紅外光電傳感器固定在底盤前沿，貼近地面。前行與倒車控制電路的核心是橋式電路和繼電器。系統(tǒng)通過電橋的 輸出端為轉(zhuǎn)向電機(jī)供電。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、價(jià)格低廉。選擇優(yōu)質(zhì)元件構(gòu)成比例放大電路，雖然可以達(dá)到一定的精度，但有時(shí)仍不能滿足某些特殊要求。 方案三：電壓比較器方案。對(duì)它的要求是：鑒別要準(zhǔn)確，反應(yīng)要靈敏，動(dòng)作要迅速，抗干擾能力要強(qiáng)，還應(yīng)有一定的保護(hù)措施，以防止因過電壓或過電流而造成器件損壞。 ⑵ 非線性。由于比較器的輸入信號(hào)是模擬量，而它的輸出電平是離散的，因此電壓比較器可作為模擬電路 與數(shù)字電路之間的過渡電路。電壓比較器的輸出從低電平變?yōu)楦唠娖剿毜臅r(shí)間稱為響 應(yīng)時(shí)間。 (3) 如果選用集成運(yùn)放構(gòu)成比較器，為了提高響應(yīng)速度可以加限幅措施，以避免集成運(yùn)放內(nèi)部的管子進(jìn)入深飽和區(qū)。如果用這樣的輸出電壓控制電機(jī)或繼電器，將出現(xiàn)頻繁動(dòng)作或起停現(xiàn)象。所以抗干擾能力強(qiáng)。 施密特觸發(fā)器是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的變形，它有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，觸發(fā)方式為電平觸發(fā)，只要外加觸發(fā)信號(hào)的幅值增加到足夠大，它就從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。測(cè)長輪的周長為記數(shù)的單位，最好取有效值為單一的數(shù)值（如本設(shè)計(jì)中采用 米），精度根據(jù)電動(dòng)車控制的需要確定。由此可見，測(cè)距輪每轉(zhuǎn)一周，紅外光接收管均能接收到一個(gè)脈沖信號(hào)經(jīng)過整形器后送入計(jì)數(shù)器或直接送入單片機(jī)中。 測(cè)距原理：將光柵安裝在電機(jī)軸上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光柵也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)安裝在光柵一側(cè)的紅外發(fā)光二極管點(diǎn)亮，在光柵的另一側(cè)設(shè)有紅外三極管，用于接收紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線信號(hào)。 四 系統(tǒng)原理圖 簡易智能電動(dòng)車采用 80C51 單片機(jī)進(jìn)行智能控制。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要 求配置外圍設(shè)備，如鍵盤顯示器﹑打印機(jī)﹑ A/D﹑ D/A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。但對(duì)各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。 4 中斷系統(tǒng) 具有 5個(gè)中斷源， 2 級(jí)中斷 優(yōu)先權(quán)。 7 P1 口、 P2 口、 P3 口、 P4 口 為 4 個(gè)并行 8位 I/O 口。特別值得一提的是該單片機(jī) CPU 中的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的 1位微計(jì)算機(jī)，這個(gè)一位微計(jì)算機(jī)有自己的 CPU、位寄存器、 I/O 口和指令集。用 80C51 單 片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖 80C51單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。 (3) 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。 本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在 XTAL XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。所以本設(shè)計(jì)中，振蕩晶體選擇 6MHZ,電容選擇 65pF。復(fù)位引腳 RST 通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。時(shí)鐘頻率用 6MHZ時(shí) C取 22uF,R 取 1KΩ。其中電平復(fù)位是通過 RST 端經(jīng)電阻與電源Vcc 接通而實(shí)現(xiàn)的。因此，前向通道設(shè)計(jì)與被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)、特征、所處環(huán)境密切相關(guān)。作為測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)被測(cè)對(duì)象拾取必要的原始參量信號(hào)是系統(tǒng)的核心任務(wù)，對(duì)控制系統(tǒng)來說，對(duì)被控對(duì)象狀態(tài)的測(cè)試以及對(duì)控制條件的監(jiān)測(cè)也是不可缺少的環(huán)節(jié)。同時(shí)使這些測(cè)量信號(hào)能滿足計(jì)算機(jī)輸入接口的電平要求。最簡單的開關(guān)量輸入通道就是一個(gè)具有 TTL 電平的狀態(tài) 開關(guān)，如水銀溫度觸點(diǎn)、溫度晶閘管、時(shí)間繼電器、限位開關(guān)等。 2﹑前向通道的設(shè)計(jì) （ 1）傳感器的比較 [3] 識(shí)別障礙的首要問題是傳感器的選擇，下面對(duì)幾種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行說明（見表 ）。不過在 ITS 系統(tǒng)中除了上文提出的場景限制外，還有以下問題。 測(cè)量范圍小，對(duì)天氣變化敏感。 對(duì)水、灰塵、燈光敏感。雷達(dá)傳感器在軍事和航空領(lǐng)域已經(jīng)使用了幾十年。 （ 2）超聲波障礙檢測(cè) [4] 超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，其頻率超過 20KHz，分橫向振蕩和縱向振蕩兩種，超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，它可以將電?轉(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時(shí)它接收到超聲波時(shí)，也能轉(zhuǎn)變成電能，故它分為發(fā)送器和接收器。 圖 超聲波檢測(cè)電路 17 四 后向通道設(shè)計(jì) 在工業(yè)控制系統(tǒng)中，單片機(jī)總要對(duì)控制對(duì)象實(shí)現(xiàn)操作，因此，在這樣的系統(tǒng)中，總要有后向通道。 （ 2） 是一個(gè)輸 出通道。但后向通道是一個(gè)輸出通道，而且輸出電平較高，不易受到直接損害。 根據(jù)單片機(jī)輸出信號(hào)形態(tài)及控制對(duì)象要求，后向通道應(yīng)解決： （ 1） 功率驅(qū)動(dòng)。通常采用信號(hào)隔離﹑電源隔離和對(duì)功率開關(guān)實(shí)現(xiàn)過零切換等方法進(jìn)行干擾防治。 我們?cè)谠O(shè)計(jì)中采用了常用的雙極式 H 型變換器，它是由 4 個(gè)三極電力晶體管和 4 個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路。 雙極式 PWM 變換器的優(yōu)點(diǎn)如下： （ 1）電流一定連續(xù)； （ 2）可使電動(dòng)機(jī)在四象限中運(yùn)行； （ 3）電機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)； 18 （ 4）低速時(shí)，每個(gè)晶體管的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證晶體管可靠導(dǎo)通 ； （ 5）低速平穩(wěn)性好，調(diào)速范圍可達(dá) 20xx0 左右。一個(gè)輸入信號(hào)是鋸齒波調(diào)制信號(hào)，另一個(gè)是控制電壓，其極性大小可隨時(shí)改變，與鋸齒波調(diào)制信號(hào)相減，從而在運(yùn)算 放大器的輸出端得到周期不變、脈寬可變的調(diào)制輸出電壓。 管腳 a﹑ b﹑ c﹑ d﹑ e﹑ f﹑ g﹑ dp 分別接 680 歐電阻后與四位八段數(shù)碼管 5461 中的 a﹑ b﹑ c﹑ d﹑ e﹑ f﹑ g﹑ dp 相連，分別控制各段碼和小數(shù)點(diǎn)。 le d31le d42a3b4gnd5c6d7e8f9g10dp11d012d113d214d315vc c161775vs s18le d119le d220E M 78 P 45 8 20 圖 EM78P458 集成顯示電路gem4561ael e d31l e d42a3b4gnd5c6d7e8f9g10dp11d012d113d214d315vc c161775vs s18l e d119l e d220E M 78P 458680680680680680680680901490149014901410k10k10k10kafbgcdpdeVCC a1a2a4a3abcdefgdpa1a2a3a4T e xt 19 表 真值表 D3 D2 D1 D0 顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 0 0 0 8 1 0 0 1 9 1 0 1 0 清小數(shù)點(diǎn) 1 0 1 1 加小數(shù)點(diǎn) 1 1 0 0 a1 選通 1 1 0 1 a2 選通 1 1 1 0 a3 選通 1 1 1 1 a4 選通 20 第四章 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件 設(shè)計(jì)說明 在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)生產(chǎn)對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。 模塊程序設(shè)計(jì)法的主要優(yōu)點(diǎn)是： 單個(gè)模塊比起一個(gè)完整的程序易編寫及調(diào)試； 模塊可以共存，一個(gè)模塊可以被多個(gè)任務(wù)在不同條件下調(diào)用； 模塊程序允許設(shè)計(jì)者分割任務(wù)和利用已有程序，為設(shè)計(jì)者提供方便。秒位 fenmi equ 32h 。分位 point equ 36h 。速度控