【正文】 dule, motor drive and other modules. Designed with the independent transmission model is about driving, the use of ultrasonic sensors to detect obstacles on the road to control the electric car39。設(shè)計 采用左右獨(dú)立的傳動模式行駛， 利用超聲波傳感器，檢測道路上的障礙，控制電動小汽車的自動避障； 采用 PWM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的 快慢 調(diào)速 行駛以及自動停車；并由測速與顯示 模塊自動記錄時間、里程和速度；并可通過 光電、紅外 、 傳感器 實(shí)現(xiàn) 自動尋跡和尋光功能。本系統(tǒng)采用 80C51 單片機(jī)為控制核心，主要完成了超聲波檢測避障模塊，反射式紅外光電檢測黑白跑道模塊，里程檢測模塊， LED 顯示模塊，電機(jī)驅(qū)動等模塊的設(shè)計。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果滿足要求，本文著重介紹了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計方法及測試結(jié)果分析。 by the speed and the display module automatically record time, distance and speed。本題目是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計類課題。 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，它是第三代單片機(jī)的代表。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第 1 章 系統(tǒng)整體設(shè)計 直流調(diào)速系統(tǒng) 方案一：串電阻調(diào)速系統(tǒng)。改變勵磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以 GM 系統(tǒng)的可逆運(yùn)行是很容易實(shí)現(xiàn)的。 VM 系統(tǒng)的缺點(diǎn)是晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時，電源電壓加到電動機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時，直流電源與電動機(jī)斷開，電動機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。由于電流波形比 VM 系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小。 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用制式變換簡稱 PWM 變換器器脈寬調(diào)。我們在設(shè)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。光線跟蹤，采用光敏三極管接收燈泡發(fā)出的光線，當(dāng)感受到光線照射時，其 ce 間的阻值下降，檢測電路輸出高電平，經(jīng) LM393 電壓比較器和 74LS14 施密特觸發(fā)器整形后送單片機(jī)控制。該電路包括一個紅外發(fā)光二極管、一個紅外光敏三極管及其上拉電阻。前進(jìn)時，驅(qū)動輪直流電機(jī)正轉(zhuǎn) ,進(jìn)入減速區(qū)時 ,由單片機(jī)控制進(jìn)行 PWM 變頻調(diào)速 ,通過軟件改變脈沖調(diào)寬波形的占空比 ,實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 圖 11 電動車的方向檢測電路 電橋一端接電源，另一端接了一個三極管。如圖 12 前行與倒車控制電路所示： 圖 12 前行與倒車控制電路 直流電機(jī)的基本工作原理： 直流電動機(jī)的基本工作原理 直流電動機(jī)的工作原理是基于電磁力定律的。 如何才能是導(dǎo)體中的電流方向改變呢？這個任務(wù)將由換向器來完成。通 過換向器和電刷的作用，把直流發(fā)電機(jī)線圈中的交變電動勢整流成電刷的方向不變的直流電動勢；把直流電動機(jī)電刷的直流電流變成線圈內(nèi)的交變電流，以確保電動機(jī)沿恒定方向旋轉(zhuǎn)。如抗干擾能力差、共模抑制比低等。這種情況下須采用差動放大電路，并應(yīng)設(shè)法減小溫漂。而 Ui 變化經(jīng)過 Ur時，比較器的輸出將從一個電壓跳變到另一個電平。它可用于報警器電路、自動控制電路、測量技術(shù)，也可用于 V/F 變換電路、 A/D 變換電路、高速采樣電路、 電源 電壓監(jiān)測電路、振蕩器及壓控振蕩器電路、過零檢測電路等。 (2) 非線性。 (2) 選用集成電壓比較器。 簡單電壓比較器結(jié)構(gòu)簡單，而且靈敏度高，但它的抗干擾能力差， 也就是說如果輸入信號因受干擾在閾值附近變化。滯回控制電機(jī)或繼電器，將出現(xiàn)頻繁動作或起停比較器有兩個數(shù)值不同的閾值，當(dāng)輸入信號因受干擾或其他原因發(fā)生變化時，只要變化量不超過兩個閾值之差，滯回比較器的輸出電壓就不會來回變化。 綜合考慮系統(tǒng)的各項(xiàng)性能，最后我們決定采用數(shù)字器件 —— 施密特觸發(fā)器。測長輪的周長為記數(shù)的單位，最好取有效值為單一的數(shù)值（如本設(shè)計中采用 米），精度根據(jù)電動車控制的需要確定 。由此可見，測距輪每轉(zhuǎn)一周，紅外光接收管均能接收到一個脈沖信號經(jīng)過整形器后送入計數(shù)器或直接送入單片機(jī)中。 測距原理：將光柵安裝在電機(jī)軸上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，光柵也隨之轉(zhuǎn)動，同時安裝在光柵一側(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。 系統(tǒng)原理圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 智能電動車采用 80C51單片機(jī)進(jìn)行智能控制。 80C51 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 80C51 單片機(jī)是把那些作為控制 應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。 數(shù)據(jù)存儲器 片內(nèi)為 128 個字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至 64k 字節(jié)，用來存儲程序在運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。 串行口 1 個全雙工的串行口，具有四種工作方式。實(shí)際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的 RAM 區(qū)。 MCS51 單片機(jī)中 8 位機(jī)和1 位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相承，它是單片機(jī)技術(shù)上的一個突破，這也是 MCS51 單片機(jī)在設(shè)計的精美之處。其應(yīng)用特點(diǎn)：有可供用戶使用的大量 I/O 口線 ， 內(nèi)部存儲器容量有限 ， 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性 。 本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在 XTAL XTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。 有少許影響， CX CX2 可在 20pF 到 100pF 之間取值，但在 60pF 到 70pF時振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。 復(fù)位電路 80C51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。只要 Vcc 的上升時間不超過 1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。因此，前向通道設(shè)計與被測對象的狀態(tài)、特征、所處環(huán)境密切相關(guān)。作為測試系統(tǒng)，對被測對象拾取必要 的原始參量信號是系統(tǒng)的核心任務(wù)，對控制系統(tǒng)來說，對被控對象狀態(tài)的測試以及對控制條件的監(jiān)測也是不可缺少的環(huán)節(jié)。同時使這些測量信號能滿足計算機(jī)輸入接口的電平要求。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 最簡單的開關(guān)量輸入通道就是一個具有 TTL 電平的狀態(tài)開關(guān)，如水銀溫度觸點(diǎn)、溫度晶閘管、時間繼電器、限位開關(guān)等。 前向通道的設(shè)計 (1) 傳感器的比較 識別障礙的首要問題是傳感器的選擇，下面對幾種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行說明（見表 21）。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。 易于多目標(biāo)測量和分類，分辨率好。 對水、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 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。其 組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，它可以將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能轉(zhuǎn)變成電能，故它分為發(fā)送器和接收器。 根據(jù)單片機(jī)的輸出和控制對象實(shí)現(xiàn)控制信號的要求，后向通道具有以下特點(diǎn)： (1) 小信號輸出、大功率控制。 (3) 接近控制對象，環(huán)境惡劣。 干擾防治。對于二進(jìn)制輸出的數(shù)字量采用 D/A 變換器；對于頻率量輸出則可以采用。圖 23 為雙極式 H 型可逆 PWM 變換器的電路 原理圖。 脈寬調(diào)制原理： 脈寬調(diào)制器本身是一個由運(yùn)算放大器和幾個輸入信號組成的電壓比較器。只要改變控制電壓的極性 ,也就改變了 PWM 變換器輸出平均電壓的極性 ,因而改變了電動機(jī)的轉(zhuǎn)向 。 4 個電力晶體管的基極驅(qū)動電壓分為兩組。脈沖寬度一定時，頻率對電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性有較大影響，脈沖頻率高馬達(dá)運(yùn)行的連續(xù)性好，但帶負(fù)載能力差；脈沖頻率低則反之。 脈寬調(diào)速實(shí)質(zhì)上是調(diào)節(jié)加在電機(jī) 兩端的平均功率，其表達(dá)式為： M A XKT M A X PKdtPT ? ?01 （ 21） 式中 P 為電機(jī)兩端的平均功率； 為電機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)的功率； K 為脈寬。同時，可以通過 、 的切換來控制電動機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。 為避免發(fā)生這種情況 ,設(shè)置了由 RC 電路構(gòu)成的延時環(huán)節(jié) 。 該芯片共有 20 個管腳，管腳 LED1﹑ LED2﹑ LED3﹑ LED4 分別接 10k 電阻和三極管后與 4 位八段數(shù)碼管 5461 中的 a1﹑ a2﹑ a3﹑ a4 四個數(shù)位選擇端相連，這四個數(shù)位選擇端用來產(chǎn)生 LED 選通信號。 該芯片所驅(qū)動的顯示電路如圖 25 EM78P458 集成顯示電路所示： 顯示驅(qū)動器支持動態(tài)顯示，其顯示功能 (如表 22)真值表所示，00001001 顯示從 09 數(shù)字， 1010 是未進(jìn)位時是小數(shù)點(diǎn)清位， 1011 是進(jìn)位后加小數(shù)點(diǎn)， 11001111 是八段共陰數(shù)碼管的位選。 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個 基本類型。所謂“模塊”，實(shí)質(zhì)上就是所完成一定功能，相對獨(dú)立的程序段，這種程序設(shè)計方法叫模塊程序設(shè)計法。厘 米位 miao equ 31h 。米位 fenzh equ 35h 。十分位 sudu equ 39h 。經(jīng)常采用的軟件抗干擾技術(shù)是數(shù)字濾波技術(shù)、開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù)、指令冗余技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)等。 (2) 數(shù)字濾波可以根據(jù)信號的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，具有靈活、方便，功能強(qiáng)的特點(diǎn)。如果開關(guān)量信號超過 8個，可按 8 個一組進(jìn)行分組處理，也可定義多字節(jié)信息暫存區(qū)，按類似方法處理。當(dāng)彈飛到某一雙字節(jié)指令上時，有可能落到其操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 4﹑軟件陷阱技術(shù)： 指令冗余使彈飛的程序安定下來是有條件的。 軟件陷阱安排在以下三 種地方： (1) 未使用的中斷向量區(qū) (2) 未使用的大片 ROM空間 (3) 表格 程序區(qū)： 由于軟件陷阱都安排在正常程序執(zhí)行不到的地方，故不影響程序執(zhí)行效率，在當(dāng)前 EPROM 容量不成問題的條件下，還是多多益善。本文介紹硬件看門狗技術(shù)，并給出了實(shí)用的基于 CD4060 的硬件看門狗電路。 實(shí)現(xiàn)硬件 “ 看門狗”電路方案較多，目前采用較多的方案有以下幾種： (1) 采用微處理器監(jiān)控器； (2) 采用單穩(wěn)態(tài)電路來實(shí)現(xiàn) “ 看門狗”，單穩(wěn)定電路可采用 74LS123。 4060 記數(shù)頻率由 RT 和 CT 決定。 Rs 用于改善振蕩器的穩(wěn)定性， Rs 要大于RT。 幾個原則 看門狗電路必須 由硬件邏輯組成，不宜由可編程計數(shù)器充當(dāng)，因?yàn)?CPU 失控后，可能會修改可編程器件參數(shù)，使看門狗失效。否則，正好在哪里 有死循環(huán)，看門狗就不產(chǎn)生記滿輸出信號，不能重新啟動 CPU。 GAL16V8 技術(shù)特性 ： (1) 電可擦除工藝 可重編程單元 100％成品率 可重配置邏輯 (2) 高性能 E2CMOS 工藝 低功耗： 45mA 最大運(yùn)行功耗， 35mA 最大維持功耗 高速度： 15～ 25us 最快存取速度 (3) 8個輸出邏輯單元 對于復(fù)雜邏輯設(shè)計具有最大靈活性 GAL16V8 可仿真 20 條引腳的 PAL 器件，具有功能 / 熔絲圖 /參數(shù)的完全兼容性 (4) 預(yù)置、加電復(fù)位全部寄存器 (5) 具有保密單元、電子標(biāo)簽 (6) 數(shù)據(jù)保持超過 20年 80C51 按鍵電路直接由 80C51 接口電路查詢。 測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析 計時精度分析計時系統(tǒng)采用了新型顯示芯片。車輪周長 135mm,光電碼盤與電機(jī)軸安裝在一起，電機(jī)軸每一轉(zhuǎn)產(chǎn)生 2 個脈沖，車輪每轉(zhuǎn)產(chǎn)生 32 個脈沖，理論測量精度可達(dá)135mm/32=。 本設(shè)計采用的是 80C51 單片機(jī)，這主要是因?yàn)樵搯纹瑱C(jī)的穩(wěn)定性比較好。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 謝 辭 在 這次的畢業(yè)設(shè)計中我首 先要感謝我的畢業(yè)設(shè)計老師，在一開始老師就把我的實(shí)際情況考慮到了，所以老師給我們的設(shè)計題目很適合我們來做，而且我們在設(shè)計的過程中老師時時刻刻關(guān)注著我們的進(jìn)展，每周老師都會把我們叫到辦公室給我們解答問題，所以我遇到的及時得到解決，才沒影響到我設(shè)計的進(jìn)展；其次，我要感謝我小組的成員，正是在他們的幫助下我的電路圖猜得以很順利的畫完，同時設(shè)計中的部分原理圖我不是太懂，他們細(xì)心的講給我聽，我才能把整個電動智能小車的原理搞明白；我同時還要感謝我的室友，在這個非常時期大家都在忙畢業(yè)設(shè)計所以休息好是很重要的，室友們每天都早睡 早起，從不做影響別人休息的事，遇到困難大家一起幫忙解決