【文章內(nèi)容簡介】 與現(xiàn)場測控子站計算機之間的指令數(shù)據(jù)傳送這些應(yīng)用系統(tǒng)沒有被測對象故不需要前向通道 前向通道的設(shè)計 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)缺點進行說明見表 1 探測障礙的最 簡單的方法是使用超聲波傳感器它是利用向目標發(fā)射超聲波脈沖計算其往返時間來判定距離的該方法被廣泛應(yīng)用于移動機器人的研究上其優(yōu)點是價格便宜易于使用且在 10m以內(nèi)能給出精確的測量不過在 ITS系統(tǒng)中除了上文提出的場景限制外還有以下問題首先因其只能在 10m 以內(nèi)有效使用所以并不適合 ITS 系統(tǒng)另外超聲波傳感器的工作原理基于聲即使可以使之測達 100m遠但其更新頻率為 2Hz 而且還有可能在傳輸中受到它信號的干擾所以在 CWICC系統(tǒng)中使用是不實際的傳感器類型 優(yōu) 點 缺 點 超聲波 視覺 激光雷達 MMW 雷達 價格合理夜間不受 影響 易于多目標測量和分類分辨率好 價格相合理夜間不受影響 不受燈光天氣影響 測量范圍小對天氣變化敏感 不能直接測量距離算法復(fù)雜處理速度慢 對水灰塵燈光敏感 價格貴 視覺傳感器在 CW系統(tǒng)中使用得非常廣泛其優(yōu)點是尺寸小價格合理在一定的寬度和視覺域內(nèi)可以測量定多個目標并且可以利用測量的圖像根據(jù)外形和大小對目標進行分類但是算法復(fù)雜處理速度慢雷達傳感器在軍事和航空領(lǐng)域已經(jīng)使用了幾十年主要優(yōu)點是可以魯棒地探測到障礙而不受天氣或燈光條件限制近十年來隨著尺寸及價格的降低在汽車行業(yè)開始被使用但是仍存在性價比的問題 作為超 聲波傳感器的材料主要為壓電晶體壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅魉梢詫㈦娔苻D(zhuǎn)變成機械振蕩而產(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)送器和接收器超聲波傳感器有透射型反射型兩種類型常用于防盜報警器接近開關(guān)測距及材料探傷測厚等 本設(shè)計采用 TR4012 小型超聲波傳感器作為探測前方障礙物體的檢測元件其中心頻率為 40Hz 由 80C51 發(fā)出的 40KHz 脈沖信號驅(qū)動超聲波傳感器發(fā)送器發(fā)出 40KHz 的脈沖超聲波如電動車前方遇到有障礙物時此超聲波信號被障礙物反射回來由接收器接收經(jīng) LM318 兩級放大再經(jīng) 帶有鎖相環(huán)的音頻解碼芯片 LM567解碼當(dāng) LM567 的輸入信號大于 25mV 時輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖剿?80C51 單片機處理超聲波檢測如圖 22 超聲波檢測電路所示 圖 22 超聲波檢測電路 24 后向通道設(shè)計 在工業(yè)控制系統(tǒng)中單片機總要對控制對象實現(xiàn)操作因此在這樣的系統(tǒng)中總要有后向通道后向通道是計算機實現(xiàn)控制運算處理后對控制對象的輸出通道接口 根據(jù)單片機的輸出和控制對象實現(xiàn)控制信號的要求后向通道具有以下特點 1 小信號輸出大功率控制根據(jù)目前單片機輸出功率的限制不 能輸出控制對象所要求的功率信號 2 是一個輸出通道輸出伺服驅(qū)動系統(tǒng)控制信號而伺服驅(qū)動系統(tǒng)中的狀態(tài)反饋信號通常是作為檢測信號輸入前向通道 3 接近控制對象環(huán)境惡劣控制對象多為大功率伺服驅(qū)動機構(gòu)電磁機械干擾較為嚴重但后向通道是一個輸出通道而且輸出電平較高不易受到直接損害但這些干擾易從系統(tǒng)的前向通道竄入 單片機在完成控制處理后總是以數(shù)字信號通過 IO 口或數(shù)據(jù)總線送給控制對象這些數(shù)字信號形態(tài)主要有開關(guān)量二進制數(shù)字量和頻率量可直接用于開關(guān)量數(shù)字量系統(tǒng)及頻率調(diào)制系統(tǒng)但對于一些模擬量控制系統(tǒng)則應(yīng)通過數(shù)／模轉(zhuǎn)換成模擬量控制信 號 根據(jù)單片機輸出信號形態(tài)及控制對象要求后向通道應(yīng)解決 功率驅(qū)動將單片機輸出信號進行功率放大以滿足伺服驅(qū)動的功率要求 干擾防治主要防治伺服驅(qū)動系統(tǒng)通過信號通道、電源以及空間電磁場對計算機系統(tǒng)的干擾通常采用信號隔離、電源隔離和對功率開關(guān)實現(xiàn)過零切換等方法進行干擾防治 數(shù)模轉(zhuǎn)換對于二進制輸出的數(shù)字量采用 DA 變換器對于頻率量輸出則可以采用 本設(shè)計調(diào)速采用 PWM 調(diào)速 為順利實現(xiàn)電動小汽車的左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)本設(shè)計采用了可逆 PWM變換器可逆 PWM變換器主電路的結(jié)構(gòu)式有 H 型 T 型等類型我們在設(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)流二極管組成的橋式電路圖 23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(qū)動電壓分為兩組 VT1 和 VT4同時導(dǎo)通和關(guān)斷其驅(qū)動電路中 Ub1 Ub4VT2 和 VT3 同時動作其驅(qū)動電壓 Ub2 Ub3 Ub1 雙極式 PWM 變換器的優(yōu)點如下 1 電流一定連續(xù) 2 可使電動機在四象限中運行 3 電機停止時有微振電流能消除靜摩擦死區(qū) 4 低速時每個晶體管的驅(qū)動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 20200 左右 1 脈寬調(diào)制原理 脈寬調(diào)制器本身是一個由運算放 大器和幾個輸入信號組成的電壓比較器運算放大器工作在開換狀態(tài)稍微有一點輸入信號就可使其輸出電壓達到飽和值當(dāng)輸入電壓極性改變時輸出電壓就在正負飽和值之間變化這樣就完成了把連續(xù)電壓變成脈沖電壓的轉(zhuǎn)換作用加在運算放大器反相輸入端上的有三個輸入信號一個輸入信號是鋸齒波調(diào)制信號另一個是控制電壓其極性大小可隨時改變與鋸齒波調(diào)制信號相減從而在運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的轉(zhuǎn)向改變控制電壓的大小則調(diào)節(jié)了輸出脈沖電壓的寬度從而 調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速只要鋸齒波的線性度足夠好輸出脈沖的寬度是和控制電壓的大小成正比的 擴充 當(dāng)為高電平為低電平時管導(dǎo)通管截止電動機正轉(zhuǎn)當(dāng)為低電平為高電平時管截止管導(dǎo)通電動機反轉(zhuǎn)電機工作狀態(tài)切換時線圈會產(chǎn)生反向電流通過四個保護二極管 D1 D2 D3 D4 接入回路防止電子開關(guān)被反向擊穿電子園 51 單片機學(xué)習(xí)網(wǎng) MP4p C v t r X0tr33186 采用 PWM 方法調(diào)整馬達的速度首先應(yīng)確定合理的脈沖頻率脈沖寬度一定時頻率對電機運行的平穩(wěn)性有較大影響脈沖頻率高馬達運行的連續(xù)性好但帶負載能力差脈沖頻率 低則反之經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)脈沖頻率在 50Hz 以上電機轉(zhuǎn)動平穩(wěn)但智能車行駛時由于摩擦力使電機轉(zhuǎn)速降低甚至停轉(zhuǎn)當(dāng)脈沖頻率在 10Hz 以下時電機轉(zhuǎn)動有明顯的跳動現(xiàn)象經(jīng)反復(fù)試驗本車在脈沖頻率為 15 ～ 20Hz 時控制效果最佳為方便測量及控制在實際中我們采用了 20Hz 的脈沖 脈寬調(diào)速實質(zhì)上是調(diào)節(jié)加在電機兩端的平均功率其表達式為 b i Rq7a b 33186 電子園 51 單片機學(xué)習(xí)網(wǎng) c JbV I R3l c 電子園 51 單片機學(xué)習(xí)網(wǎng) O u l p Kw 式中 P 為電機兩端的平均功率為電機全速運轉(zhuǎn)的 功率 K 為脈寬電子園 51 單片機學(xué)習(xí)網(wǎng) R Q L n z1k l9AV Y5P T9y b oS33186 當(dāng) K 1 時相當(dāng)于加入直流電壓這時電機全速運轉(zhuǎn)當(dāng) K 0 時相當(dāng)于電機兩端不加電壓電機靠慣性運轉(zhuǎn) n J ] l E C 9s S33186 當(dāng)電機穩(wěn)定開動后有 f 為摩擦力 9g9 bf CR33186 電子園 51 單片機學(xué)習(xí)網(wǎng) P x R u Nc n1 則電子園 51 單片機學(xué)習(xí)網(wǎng) 8uXS p F9h OJ 所以 S e I E [ y9FE33186 48 dl d D[1L33186 由上式可知智能車的速度與脈寬成正比 B7J k n yL33186 電子園 51 單片機學(xué)習(xí)網(wǎng) v t3C TA N HUH 8M1I U 由上述分析這對控制電壓采用了 20Hz 的周期信號控制通過對其占空比的調(diào)整對車速進行調(diào)節(jié)同時可以通過的切換來控制電動機的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn) 圖 23 雙極式 H 型可逆 PWM 變換器電路原理圖 2 邏輯延時環(huán)節(jié) 在可逆 PWM 變換器中跨接在電源兩端的上下兩個晶體管經(jīng)常交替工作由于晶體管的關(guān)斷過程中有一段存儲時間和電流下降時間總稱關(guān)斷時間在這段時間內(nèi)晶體管并未完全關(guān)斷如果在此期間另 一個晶體管已經(jīng)導(dǎo)通則將造成上下兩管之通從而使電源正負極短路為避免發(fā)生這種情況設(shè)置了由 RC 電路構(gòu)成的延時環(huán)節(jié) 3 電源的設(shè)計 本設(shè)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 25 顯示電路設(shè)計 本設(shè)計中用兩片 4位八段數(shù)碼管 gem4561ae作顯示器并具有雙重功能在小車不行駛時其中一片顯示年月另一片顯示時分 當(dāng)小車行駛時分別顯示時間和行駛距離原理圖如圖 24 圖 24EM78P458 的管腳 本設(shè)計中采用新型芯片 EM78P458 作為顯示驅(qū)動器它的管腳如圖 35 EM78P458 管腳介紹所示用單片機的并行口控制一個數(shù)碼顯示電路用 4 個口線用專用驅(qū)動芯片控制可以減少對 CPU 的利用時間單片機將有更多的時間去完成其他功能 該芯片共有 20 個管腳管腳 LED LED LED LED4 分別接 10k 電阻和三極管后與 4 位八段數(shù)碼管 5461 中的 a a a 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 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)本設(shè)計中用兩片 4位八段數(shù)碼管 gem4561ae作 顯示器并具有雙重功能在小車不行駛時其中一片顯示年月另一片顯示時分 當(dāng)小車行駛時分別顯示時間和行駛距離 管腳 d0、 d d d3 接單片機并行口通過單片機對芯片進行控制管腳 vss串上 10k 電阻后與 vcc 管腳相接后再接 5v 電源管腳 gnd 接地 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 是未進位時是小數(shù)點清位 1011 是進位后加小數(shù)點 11001111 是八段共陰數(shù)碼管的位選 圖 25 EM78P458 集成顯示電路表 22 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 1 0 1 1 加小數(shù)點 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 第 定時子程序避障子程序、中斷子程序顯示子程序、調(diào)速子程序、算法子程序構(gòu)成 31 主程序設(shè)計 主程序清單如下 limiw equ 30h 厘米位 miao equ 31h 秒位 fenmi equ 32h 分米位 fmiao equ 33h 分秒位 meter equ 34h 米位 fenzh equ 35h 分位 point equ 36h 小數(shù)點位 shimi equ 37h 十米位 shifn equ 38h 十分位 sudu equ 39h 速度控制 jishk equ 3ah 記時開始 zhond equ 3bh zhodu equ 3ch zhon equ 3eh maicho equ 3fh jinweb equ 40h bhcs