【文章內(nèi)容簡介】 受可見光的影響小，對輔助裝置要求少，對檢測器的靈敏度高，線性好，因此本設(shè)計選用方案三 [5]。 顯示模塊方案 的選擇 方案 一 ：采用液晶顯示器。液晶顯示器不但能顯示數(shù)字還能顯示漢字，給人以清晰，完善的解釋。但硬件電路復雜，不易控制，在短時間內(nèi)不能達到題目所要求。 方案二： MAX7219 驅(qū)動的 數(shù)碼 管 顯示器。數(shù)碼管只能顯示數(shù)字， MAX7219 只有三根線與微處理器相連，所以 其硬件電路簡單，操作者易控制， 能在 短時間內(nèi)完成題目的要求，選擇數(shù)碼 管 顯示是非常明智和必要的。 系統(tǒng)要求顯示小車行駛的路程和整個路程所用的時間，都是數(shù)字顯示，不需顯示漢字，所以選用 MAX7219 驅(qū)動的數(shù)碼管顯示更好，即選擇方案二 [9]。 路程檢測電路 的選擇 方案一：利用反射式光電開關(guān)和一級反相器組成。反射式光電開關(guān)的發(fā)射孔和接收孔位于同一側(cè)，光線發(fā)出后經(jīng)過障礙物反射，由光敏三極管接收。此方案經(jīng)測試后發(fā)現(xiàn)光電管直接輸出的電流太小，不能很好地驅(qū)動 74LS04。 東華理工大學長江學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)方案的設(shè)計與論證 9 方案二：在方案一的電路圖基礎(chǔ)上，在中間用三極管加了一級信號放大，為了保證同樣的邏輯，再加一級反相器。此方案由一個反射式光電開關(guān)、一個 2SC8050和一片 74LS04 構(gòu)成。該方案可以在 3cm 防衛(wèi)內(nèi)檢測到信號，并且能從 outV 輸出高低電平。其優(yōu)點是反射式光電檢測 器件的檢測靈敏度高，從 B 點的輸出信號功率大，因此反相器輸出端能輸出足夠高的電平和足夠大的功率 [10]。 經(jīng)以上理論分析，我們決定選取方案二的光電檢測電路。 綜合以上所述， 本設(shè)計的主要特色： （ 1）高效的 H型 PWM電路，提高電源利用率。 （ 2）控制電路電源和電動機電源隔離，信號通過紅外線傳輸。 （ 3）優(yōu)化的 軟件算法，智能化的自動控制，定位精確。 （ 4）采用紅、綠、黃三色燈，行駛狀態(tài)一目了然。 （ 5）紅外探測， 紅外探測提高小車智能化系統(tǒng) 東華理工大學長江學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及模塊設(shè)計 10 模塊設(shè)計 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的簡單介紹 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為四大部分：電機 驅(qū)動調(diào)速部分，數(shù)據(jù)采集部分，數(shù)碼管的顯示部分和路程檢測部分。 對這四部分進行模塊 化 設(shè)計分為對直流電機的控制、對數(shù)據(jù)采集信號的處理和顯示控制。其關(guān)鍵部分在于對直流電機的控制，電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)則分別決定小汽車的前進和倒車，路面信號采樣速度的狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集部分的控制主要負責從外界采集信息，不同的信息對應(yīng)不同的處理方案。數(shù)碼管顯示部分的控制主要負責實時顯示相關(guān)有效信息。系統(tǒng)軟件程序設(shè)計部分中有主要以下程序部分：初始化程序，主程序，外中斷 0服務(wù)程序，慢 車子程序，快車子程序，停止子程序，里程計數(shù)處理程序（外中斷 1 服務(wù)程序），計時程序，延時程序。 中斷系統(tǒng) 中斷裝置和中斷處理程序統(tǒng)稱為 中斷系統(tǒng) 。 中斷系統(tǒng)是計算機的重要組成部分。實時控制、故障自動處理、計算機與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送往往采用中斷系統(tǒng)。中斷系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了計算機效率。不同的計算機其硬件結(jié)構(gòu)和軟件指令是不完全相同的，因此，中斷系統(tǒng)也是不相同的。計算機的中斷系統(tǒng)能夠加強CPU 對多任務(wù)事件的處理能力。中斷機制是現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中的基礎(chǔ)設(shè)施之一，它在系統(tǒng)中起著通信網(wǎng)絡(luò)作用，以協(xié)調(diào)系統(tǒng)對各種外部事件的 響應(yīng)和處理。中斷是實現(xiàn)多道程序設(shè)計的必要條件。中斷是 CPU對系統(tǒng)發(fā)生的某個事件作出的一種反應(yīng)。引起中斷的事件稱為 中斷源 。中斷源向 CPU 提出處理的請求稱為 中斷請求 。發(fā)生中斷時被打斷程序的暫停點成為 斷點 ， CPU 暫?，F(xiàn)行程序而轉(zhuǎn)為響應(yīng)中斷請求的過程稱為 中斷響應(yīng) 。處理中斷源的程序稱為 中斷處理程序 。 CPU執(zhí)行有關(guān)的中斷處理程序稱為 中斷處理 ， 而返回斷點的過程稱為 中斷返回 。中斷的實現(xiàn)實行軟件和硬件綜合完成，硬件部分叫做硬件裝置，軟件部分成為軟件處理程序。 中斷系統(tǒng)的功能：（ 1） 實現(xiàn)中斷響應(yīng)和中斷返回 （ 2） 實現(xiàn)優(yōu)先權(quán)排隊 （ 3） 實現(xiàn)中斷嵌套 [3]。 中斷向量： ORG 0000H AJMP start ORG 0003H RETI 東華理工大學長江學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及模塊設(shè)計 11 ORG 000BH LJMP INTT0 主程序的設(shè)計 本系統(tǒng)的程序設(shè)計采用了模塊化的設(shè)計方法，各個功能模塊的功能相互獨立，又能夠互相調(diào)用，修改調(diào)試非常的方便。 通過對單片機的編程，利用它的中斷功能完成由外部電路采集的脈沖計數(shù)，實現(xiàn)軟件對小車 的行駛里程、時間的計算，以及對電機的一系列動作進行控制。 圖 41 主程序流程圖 開 始 初 始 化 正向行駛 檢測到黑線 是否到終點 停車顯示 S，T 等待 10 秒 啟動返回 停車并顯示S， T 全速行駛 N Y 結(jié) 束 檢測到起點黑線 Y N 東華理工大學長江學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及模塊設(shè)計 12 首先設(shè)定程序執(zhí)行起始地址，開始對小車進行控制，利用紅外檢測采集接收數(shù)據(jù)，把接收到的數(shù)據(jù)傳送單片機芯片，經(jīng)過單片機的數(shù)據(jù)處理傳到直流電機，根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)對其進行脈寬調(diào)制（ PWM）來控制電機，通過改變電機的平均電壓來達到調(diào)速的作用。到達終點后，電機停止轉(zhuǎn)動，小車停在終點線上，等待10秒后，返回起點線后小車停止，完成其任務(wù)要求。然后把采集處理后的數(shù)據(jù)通過與 MAX7219相 連的數(shù)碼顯示管顯示出來。本設(shè)計中采用調(diào)用顯示子程序把所要顯示的信息顯示出來 [12]。 初始化程序： CLEARMEMIO: MOV R0, 70H MOV R7, 07H ML0: MOV @R0, 00H INC R0 DJNZ R7, ML0 MOV TMOD, 10H MOV R4, 14H MOV TL1, 0B0H MOV TH1 3CH MOV 20H, 00H MOV 21H, 00H MOV 22H, 00H MOV 23H, 00H 。 MOV 24H, 00H CLR 30H SETB ET1 SETB EX1 SETB IT1 SETB IT0 SETB EX0 SETB EA SETB TR1 RET 主程序 START: LCALL CLEARMEMIO SETB CLR SETB 東華理工大學長江學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及模塊設(shè)計 13 CLR CLR MAIN: LCALL DISP LJMP MAIN NOP NOP LJMP START 電機驅(qū)動調(diào)速部分 根據(jù)對 PWM 調(diào)速原理的分析 ，本設(shè)計中選用 PWM 控制電機調(diào)速系統(tǒng)。 本系統(tǒng)工程在小車電機的控制部分利用 BD23 C265 9013等不同三極管的組合，構(gòu)造一橋式驅(qū)動電路，實現(xiàn)了對驅(qū)動電機的輕松控制，電機驅(qū)動電路 如圖42， 采用電橋電路結(jié)構(gòu) ,主要有 2 只 9013 管、 2 對互補對稱三極管 BD238 和C2655 構(gòu)成 ,利用單片機 1 腳和 2 腳產(chǎn)生的高低脈沖信號 ,使三極管處在導通或截止狀態(tài) ,實現(xiàn)了電動車前進或后退 ,即實現(xiàn)了電動機的正反轉(zhuǎn)功能。為了消除電機電弧干擾 ,應(yīng)在電機兩側(cè)加一小電容 ,其值為 F。 C5C4A+MR2R3470KR4470KR5T69013T5GND+9VC2655BD238 圖 42 電機驅(qū)動電路圖 東華理工大學長江學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及模塊設(shè)計 14 功能分析 在單片機在配合下，通過調(diào)脈寬的方法，實現(xiàn)了對驅(qū)動電機的輕松調(diào)速，脈沖寬度的變化可以通過硬件和軟件來實現(xiàn)。硬件實現(xiàn)是通過改變震蕩電路中的RC 參數(shù)來調(diào)整充放電時間；而軟件的做法是通過設(shè)置高電平及低電平的保持時間來達到。比較而言，軟件調(diào)整量化指標更高、調(diào)整更可靠、更方便、更準確。脈沖頻率對電機轉(zhuǎn)速也有影響，脈沖頻率高連續(xù)性好，單帶負載能力差，頻率低則反之。經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，脈沖頻率在 15～ 20Hz 效果最佳。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，通過計算可發(fā)現(xiàn)小車的速度與脈寬成正比。軟件 編程時的考慮是設(shè)置脈寬這個變量，在 的啟?？刂贫水a(chǎn)生 20Hz 可調(diào)脈寬方波。 該模塊中利用了芯片 AT89C51 的 P1口的 、 這兩個管腳。本設(shè)計中為什么會選用 、 接口呢？是由于 可用作定時器 /計數(shù)器 2的計數(shù)脈沖輸入端 T2； 可用作定時器 /計數(shù)器 2 的外部控制端 T2EX。居于上述原因才選用 、 口。模塊中為什么要利用脈寬調(diào)制來控制電機呢？由于 脈寬調(diào)制 (PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制 與變換的許多領(lǐng)域中。 PWM是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。 脈寬調(diào)制控制電路，是利用半導體功率晶體管或晶閘管等開關(guān)器件的導通和關(guān)斷，把直流電壓變成電壓脈沖列，控制電壓脈沖的寬度或周期以達到變壓的目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達到變壓變頻目的的一種變換電路 [8]。 脈沖寬度調(diào)制（ PWM）的調(diào)速原理是在脈沖的作用下，當電機通電時，轉(zhuǎn)速增加；電機斷電時，轉(zhuǎn)速逐漸減少。據(jù)此，如果改變電機的通電、斷電時間，即可使電機的 速度達到一定的穩(wěn)定性。脈寬調(diào)制（ PWM）調(diào)速系統(tǒng)就是根據(jù)這個原理進行的。 PWM 調(diào)制器原理如圖 43（ a）． 圖 43 東華理工大學長江學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及模塊設(shè)計 15 當開關(guān)接通時，電源 E 加到電機上；當開關(guān)斷開時，電源與電機斷開，電機兩端的電壓