【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，比如一個(gè) 1：250 的齒輪箱，會(huì)讓你電機(jī)的輸出力矩增大 250 倍，但是速度只有原來(lái)的 1/250 了。首先計(jì)算出清掃機(jī)所需要的速度與力矩大小，然后根據(jù)速度與力矩去選擇電機(jī)與減速器。 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)清掃機(jī)需控制在一個(gè)合適的速度行駛，速度太快，因單片機(jī)對(duì)各傳感器傳來(lái)的信號(hào)有一個(gè)響應(yīng)、處理時(shí)間，清掃機(jī)極易碰撞造成損壞。清掃機(jī)的速度是由后輪直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，改變直流電機(jī)轉(zhuǎn)速通常采用調(diào)壓、調(diào)磁等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，調(diào)壓方式原理簡(jiǎn)單，易與實(shí)現(xiàn)。圖 PWM 調(diào)制電路長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 采用由晶體管組成的 H 型 PWM 調(diào)制電路。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管，使之工作在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H 型電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開(kāi)關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的 PWM 調(diào)速技術(shù)。通過(guò)圖 所示 PWM 調(diào)制電路，用單片機(jī)控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。PWM 各工作方式的選擇：PWM 調(diào)速工作方式：方案 1：雙極性工作制。雙極性工作制是在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，單片機(jī)的兩個(gè)控制口各輸出一個(gè)控制信號(hào)，兩信號(hào)高低電平相反，兩信號(hào)的高電平時(shí)差決定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。方案 2：?jiǎn)螛O性工作制。單極性工作制是單片機(jī)控制口的一端置低電平，另一端輸出 PWM 信號(hào)，兩口的輸出切換和對(duì) PWM 的占空比調(diào)節(jié)決定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。由于單極性工作制電壓波形中的交流成分比雙極性工作制的小，其電流的最大波動(dòng)也比雙極性工作制的小，所以我們采用了單極性工作制。PWM 調(diào)脈寬方式：調(diào)脈寬的方式有三種：定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)寬調(diào)頻。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因?yàn)椴捎眠@種方式，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較穩(wěn)定；并且在采用單片機(jī)產(chǎn)生 PWM 脈沖的軟件實(shí)現(xiàn)上比較方便。PWM 軟件實(shí)現(xiàn)方式：方案 1：采用定時(shí)器作為脈寬控制的定時(shí)方式，這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確，誤差只在幾個(gè) us。方案 2：采用軟件延時(shí)方式，這一方式在精度上不及方案 1，特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。但是基于不占用定時(shí)器資源，且對(duì)于直流電機(jī)，采用軟件延時(shí)所產(chǎn)生的定時(shí)誤差在允許范圍，故采用方案 2。PWM 實(shí)現(xiàn)硬件如圖 所示，軟件過(guò)程為：令單片機(jī) 口為低電平， 口為高電平，此時(shí) QQ4 導(dǎo)通，QQ3 截止，電動(dòng)機(jī)正常工作。改變 口高電平周期，即改變 PWM 調(diào)制脈沖占空比，可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速。脈沖頻率對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速有影響，脈沖頻率高連續(xù)性好，但帶負(fù)載能力差；脈沖頻率低則反之。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，脈沖頻率在 30Hz 以上，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，但小車(chē)行駛時(shí)，由于摩擦力使電機(jī)轉(zhuǎn)速降低很快，甚至停轉(zhuǎn)；脈沖頻率在 10Hz 以下，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 有跳躍現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)證明脈沖頻率在 25～35Hz 效果最佳。我們選取脈沖頻率為30Hz。 紅外遙控系統(tǒng)分析紅外遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。由于紅外遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，因而，繼彩電、錄像機(jī)之后，在錄音機(jī)、音響設(shè)備、空調(diào)機(jī)以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。工業(yè)設(shè)備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾。為此，在本課題設(shè)計(jì)中采用紅外遙控裝置來(lái)控制智能清掃機(jī)的清掃方式及開(kāi)機(jī)與關(guān)機(jī)。通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，應(yīng)用編/解碼專(zhuān)用集成電路芯片來(lái)進(jìn)行控制操作，如圖 所示。發(fā)射部分包括鍵盤(pán)矩陣、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器；接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。紅外接收芯片選用 TFMS5380。在遙控器上使用單片機(jī)進(jìn)行紅外功能編碼，在清掃機(jī)上，由于單片機(jī)處理任務(wù)很多，因此選用專(zhuān)用的解碼芯片。解碼芯片是 REALTEK公司生產(chǎn)的一種用于遙控小卡車(chē)的 CMOS 大規(guī)模集成電路 RX6B，它有七個(gè)控制鍵來(lái)控制小卡車(chē)的移動(dòng) 。由于編碼和解碼的振蕩頻率必須一致，頻率的大小由 OSCI 和 OSCO 之間的電阻決定。4 個(gè)紅外接收管的信號(hào)通過(guò)與門(mén)與芯片的輸入端 SI 相連，使得解碼芯片在接收到任意方向的紅外線信號(hào)時(shí)都能正常工作 。遙控發(fā)射器遙控接收器圖 紅外遙控系統(tǒng)鍵盤(pán) 編碼調(diào)制 LED光/電放大 解調(diào) 解碼長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案和框圖本設(shè)計(jì)以 AT89C51 單片機(jī)作為檢測(cè)和控制核心。用超聲波傳感器、紅外光電傳感器、接觸傳感器完成自動(dòng)避障。用光電編碼器檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。利用PWM(脈寬調(diào)制) 技術(shù)動(dòng)態(tài)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速。通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)清掃機(jī)行進(jìn)、執(zhí)行清掃任務(wù)、繞障、停止的精確控制以及檢測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示。通過(guò)對(duì)電路的優(yōu)化組合,可以最大限度地利用 AT89C51 單片機(jī)的全部資源。P0口用于數(shù)碼管顯示，P1 口用于電動(dòng)機(jī)的 PWM 驅(qū)動(dòng)控制，PP3 口用于傳感器的數(shù)據(jù)采集與中斷控制。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：充分利用了單片機(jī)的內(nèi)部資源, 降低了總體設(shè)計(jì)的成本?？傁到y(tǒng)框圖如圖 所示。單片機(jī)看門(mén)狗電路PWM 調(diào)速電路紅外接收電路電機(jī)液晶顯示電路繼電器控制電路各傳感器電路清掃部件電機(jī)垃圾箱蓋電機(jī)圖 硬件設(shè)計(jì)總框圖 主機(jī)電路核心器件介紹AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4K bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM ）和 128bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ROM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（CPU）和Flash 存儲(chǔ)單元。功能強(qiáng)大 AT89C51 單片機(jī)可提供許多高性?xún)r(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 AT89C51 主要性能參數(shù).與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 .4K 字節(jié)可重擦寫(xiě) Flash 閃速存儲(chǔ)器.1000 次擦寫(xiě)周期.全靜態(tài)操作：0Hz24MHz.1288 字節(jié)內(nèi)部 RAM.32 個(gè)可編程 I/O 口線.2 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器.6 個(gè)中斷源.低功率空閑和掉電模式 AT89C51 功能特性概述AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè) I/0 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51 可將至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 AT89C51 引腳功能說(shuō)明長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 AT89C51 芯片.VCC：電源電壓.GND：地.P0 口：P0 口是一組 8 位漏極開(kāi)路型雙向 I/O，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路，對(duì)端口寫(xiě)“1”可作為高阻抗輸入端用在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。.P1 口：P1 口是一個(gè)攜帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉倒高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（I IL） 。.P2 口：P2 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（I IL） 。.P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì) P3 口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（I IL） 。P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 所示：表 端口引腳第二功能表端 口 引 腳 第 二 功 能 RXD （串行輸入口） TXD （串行輸出口） （外中斷 0）0INTP3,3 （外中斷 1） T0 （定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0） T1 （定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1）長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 看門(mén)狗 IMP813L 電路幾乎所有的單片機(jī)都需要復(fù)位電路，對(duì)復(fù)位電路的基本要求是：在單片機(jī)上電時(shí)能可靠復(fù)位，在下電時(shí)能防止程序亂飛導(dǎo)致 EPROM 中的數(shù)據(jù)被修改；另外，單片機(jī)系統(tǒng)在工作時(shí)，由于干擾等各種因素的影響，有可能出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)無(wú)法正常工作，為了克服這一現(xiàn)象，除了充分利用單片機(jī)本身的看門(mén)狗定時(shí)器(有些單片機(jī)無(wú)看門(mén)狗定時(shí)器)外，還需外加看門(mén)狗電路；除此以外，有些單片機(jī)系統(tǒng)還要求在掉電瞬間單片機(jī)能將重要數(shù)據(jù)保存下來(lái)，因掉電的發(fā)生往往是根隨機(jī)的，因而此類(lèi)單片機(jī)系統(tǒng)需要電源監(jiān)控電路，在掉電剛發(fā)生時(shí)能告知單片機(jī)。IMP813L 剛好能滿(mǎn)足這些要求，下面具體介紹該芯片的性能特點(diǎn)及使用方法。圖 IMP813L 芯片IMP813L 有雙列直插和貼片封裝形式，其雙列直插如圖所示，引腳功能如下： （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）DIMP813LWDIPFORESTGNDVcPFIMRWDO長(zhǎng)春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 第 1 腳為手動(dòng)復(fù)位輸入，低電平有效；第 3 腳分別為電源和地；第 4 腳為電源故障輸入；第 5 腳為電源故障輸出；第 6 腳為看門(mén)狗輸入，第 7 腳為復(fù)位輸出，第 8 腳為看門(mén)狗輸出。IMP813L 的性能特點(diǎn)：IMP813L 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示，具有以下主要性能特點(diǎn)：由圖可知該芯片具有以下主要性能特點(diǎn)：(1)復(fù)位輸出。系統(tǒng)上電、掉電以及供電電壓降低時(shí)，第 7 腳產(chǎn)生復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度的典型值為 200ms，高電平有效，復(fù)位門(mén)限的典型值為 。(2)看門(mén)狗電路輸出。如果在 內(nèi)沒(méi)有觸發(fā)該電路(即第 6 腳無(wú)脈沖輸入)，則第 8 腳輸出一個(gè)低電平信號(hào)。(3)手動(dòng)復(fù)位輸入，低電平有效，即第 1 腳輸入一個(gè)低電平，則第 7 腳產(chǎn)生復(fù)位輸出。(4) 門(mén)限值檢測(cè)器，第 4 腳為輸入，第 5 腳為輸出。當(dāng)?shù)?4 腳電壓低于 時(shí)，第 5 腳輸出一個(gè)低電平信號(hào)。IMP813L 的典型應(yīng)用電路：IMP813L 的典型應(yīng)用電路如圖 所示。圖中單片機(jī)以 AT89C51 為例，IMP813L 的第 1 腳與第 8 腳相連。第 7 腳接單片機(jī)的復(fù)位腳 (AT89C51 的第 9 腳)；第 6 腳與單片機(jī)的 相連。在軟件設(shè)計(jì)中， 不斷輸出脈沖信號(hào)，如果因某種原因單片機(jī)進(jìn)入死循環(huán)，則 無(wú)脈沖輸出。于是 后在 IMP813L 的第 8 引腳輸出低電平，該低電平加到第 1 腳，使 IMP813L 產(chǎn)生復(fù)位輸出，使單片機(jī)有效復(fù)位，擺脫死循環(huán)的困境。另外，當(dāng)電源電壓低于門(mén)限值 時(shí)，IMP813