【正文】 【畢業(yè)論文】基于 80C51 單片機的電動智能小車（完整論文） 畢業(yè)論文設(shè)計 基于 80C51 單片機的電動智能小車 摘 要 80C51 單片機是一款八位單片機他的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評這里介紹的是如何用 80C51 單片機來實現(xiàn)長春工業(yè)大學(xué)的畢業(yè)設(shè)計該設(shè)計是結(jié)合科研項目而確定的設(shè)計類課題本系統(tǒng)以設(shè)計題目的要求為目的采用80C51 單片機為控制核心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快慢速行駛以及自動停車并可以自動記錄時間里程和速度自動 尋跡和尋光功能整個系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單可靠性能高實驗測試結(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 采用的技術(shù)主要有 通過編程來控制小車的速度 傳感器的有效應(yīng)用 新型顯示芯片的采用 關(guān)鍵詞 80C51 單片機光電檢測器 PWM 調(diào)速電動小車 Design and create an intelligence electricity motive small car Abstract 80C51 is a 8 bit single chip puter Its easily using and multifunction suffer large users This article introduces the CCUT graduation design with the 80C51 single chip puter This design bines with scientific research object This system regards the request of the topic adopting 80C51 for controlling core super sonic sensor for test the hinder It can run in a high and a low speed or stop automatically It also can record the time distance and the speed or searching light and mark automatically the electric circuit construction of whole system is simple the function is dependable Experiment test result satisfy the request this text emphasizes introduced the hardware system designs and the result analyze The adoption of technique as Reduce the speed by program the engine Efficient application of the sensor The adoption of the new display chip Keywords 80C51 single chip puter light electricity detector PWM speed adjusting Electricity motive small car 目 錄 第一章 前 言 1 第二章 方案設(shè)計與論證 3 一 直流調(diào)速系統(tǒng) 3 二 檢測系統(tǒng) 4 三 顯示電路 9 四 系統(tǒng)原理圖 9 第三章 硬件設(shè)計 10 一 80C51 單片機硬件結(jié)構(gòu) 10 二 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 11 三 前向通道設(shè)計 12 四 后向通道設(shè)計 15 五 顯示電路設(shè)計 17 第四章 軟件設(shè)計 20 一 主程序設(shè)計 20 二 顯示子程序設(shè)計 24 三 避障子程序設(shè)計 25 四 軟件抗干擾技術(shù) 26 五 看門狗技術(shù) 28 六 可編程邏輯器件 29 第五章 測試數(shù)據(jù)測試結(jié)果分析及結(jié)論 30 致 謝 31 參 考 文 獻 32 附錄 A 程序清單 33 附錄 B 硬件原理圖 41 第一章 前 言 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目全國各高校也都很重視該題目的研究可見其研究意義很大本設(shè)計就是在這樣的背景下提出的指導(dǎo)教師已經(jīng)有充分的準備本題目是結(jié)合科研項目而確定的設(shè)計類課題設(shè)計的智能電動小車應(yīng)該能夠?qū)崟r顯示時間速度里程具有自動尋跡尋光避障功能可程控行駛速度準確定位停車 根據(jù)題目的要求確定如下方案在現(xiàn)有玩具電動車的基礎(chǔ)上加裝光電 紅外線超聲波傳感器及金屬探測器實現(xiàn)對電動車的速度位置運行狀況的實時測量并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機進行處理然后由單片機根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動車的智能控制 這種方案能實現(xiàn)對電動車的運動狀態(tài)進行實時控制控制靈活可靠精度高可滿足對系統(tǒng)的各項要求本設(shè)計采用 MCS51 系列中的 80C51 單片機以 80C51 為控制核心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快慢速行駛以及自動停車并可以自動記錄時間里程和速度自動尋跡和尋光功能 80C51是一款八位單片機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的代表 第三代單片機包括了 Intel公司發(fā)展 MCS51系列的新一代產(chǎn)品如 8ｘ C1580C51FAFB、 80C51GAGB、 8ｘ C45 8ｘ C452 還包括了 Philips、 Siemens、 ADM、Fujutsu、 OKI、 HarriaMetra、 ATMEL 等公司以 80C51 為核心推出的大量各具特色、與 80C51 兼容的單片機新一代的單片機的最主要的技術(shù)特點是向外部接口電路擴展以實現(xiàn) Microputer 完善的控制功能為己任將一些外部接口功能單元如 AD、 PWM、 PCA 可編程計數(shù)器陣列 、 WDT 監(jiān)視定時器 、高速 IO 口、計數(shù)器的捕獲比較邏輯等這一代單片機中在總線方面最重要的進展是為單片機配置了芯片間的串行總線為單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計提供了更加靈活的方式 Philips 公司還為這一代單片機 80C51系列 8ｘ C592單片機引入了具有較強功能的設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線 CAN Controller Area Network BUS 新一代單片機為外部提供了相當完善的總線結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)的擴展與配置打下了良好的基礎(chǔ) 本設(shè)計就采用了比較先進的 80C51為控制核心 80C51采用 CHOMS工藝功耗很低該設(shè)計具有實際意 義可以應(yīng)用于考古機器人醫(yī)療器械等許多方面尤其是 在足球機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行檢測所以本設(shè)計與實際相結(jié)合現(xiàn)實意義很強 第二章 方案設(shè)計與論證 根據(jù)題目的要求確定如下方案在現(xiàn)有玩具電動車的基礎(chǔ)上加裝光電檢測器實現(xiàn)對電動車的速度位置運行狀況的實時測量并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機進行處理然后由單片機根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動車的智能控制 這種方案能實現(xiàn)對電動車的運動狀態(tài)進行實時控制控制靈活可靠精度高可滿足對系統(tǒng)的各項要求 一 直流調(diào)速系統(tǒng) 方案一串電阻調(diào)速系統(tǒng) 方案二靜 止可控整流器簡稱 VM 系統(tǒng) 方案三脈寬調(diào)速系統(tǒng) 旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機拖動直流電動機實現(xiàn)變流由發(fā)電機給需要調(diào)速的直流電動機供電調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流即可改變其輸出電壓從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速改變勵磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機的轉(zhuǎn)向都隨著改變所以GM 系統(tǒng)的可逆運行是很容易實現(xiàn)的該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機組至少包含兩臺與調(diào)速電動機容量相當?shù)男D(zhuǎn)電機還要一臺勵磁發(fā)電機設(shè)備多體積大費用高效率低維護不方便等缺點且技術(shù)落后因此擱置不用 VM 系統(tǒng)是當今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式它可以是單相三相或更多相數(shù)半波全波半控全控等類 型可實現(xiàn)平滑調(diào)速 VM 系統(tǒng)的缺點是晶閘管的單向?qū)щ娦运辉试S電流反向給系統(tǒng)的可逆運行造成困難它的另一個缺點是運行條件要求高維護運行麻煩最后當系統(tǒng)處于低速運行時系統(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 采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是在這里晶閘管不受相位控制而是工作在開關(guān)狀態(tài)當晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時電源電壓加到電動機上當晶閘管關(guān)斷時直流電源與電動機斷開電動機經(jīng)二極管續(xù)流兩端電壓接近于零脈沖寬度調(diào)制 Pulse Width Modulation 簡稱 PWM 脈沖周期不變只改變晶閘管的導(dǎo)通時 間即通過改變脈沖寬度來進行直流調(diào)速 與 VM 系統(tǒng)相比 PWM 調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點 1由于 PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動很小的直流電流電樞電流容易連續(xù)系統(tǒng)的低速運行平穩(wěn)調(diào)速范圍較寬可達110000 左右由于電流波形比 VM 系統(tǒng)好在相同的平均電流下電動機的損耗和發(fā)熱都比較小 2 同樣由于開關(guān)頻率高若與快速響應(yīng)的電機相配合系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶因此快速響應(yīng)性能好動態(tài)抗擾能力強 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 根據(jù)以上綜合比較以及本設(shè)計中受控電機的容量和直流電 機調(diào)速的發(fā)展方向本設(shè)計采用了 H 型單極型可逆 PWM 變換器進行調(diào)速 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器簡稱 PWM 變換器 脈寬調(diào)速也可通過單片機控制繼電器的閉合來實現(xiàn)但是驅(qū)動能力有限為順利實現(xiàn)電動小汽車的前行與倒車本設(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 二 檢測系統(tǒng) 檢測系統(tǒng)主要實現(xiàn)光電檢測即利用各種傳感器對電動車的避障位置行車狀態(tài)進行測量 1．行車起始終點及光線檢測 本系統(tǒng)采用 反射式紅外線光電傳感器用于檢測路面的起始終點 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)開始和終點的停車的需要利用超聲波傳感器檢測障礙光線跟蹤采用光敏三極管接收燈泡發(fā)出的光線當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)器整形后送單片機控制 本系統(tǒng)共設(shè)計兩個光電三極管分別放置在電動車車頭的左右兩個方向用來控制電動車的行走方向當左側(cè)光電管受到光照時單片機控制轉(zhuǎn)向電機向左轉(zhuǎn)當右側(cè)光電管受到光照時單片機控制轉(zhuǎn)向電機向右轉(zhuǎn)當左右兩側(cè)光電管都受到光照 時單片機控制直行見圖 21 電動車的方向檢測電路 a 行車方向檢測電路見圖 22 電動車的方向檢測電路 b 采用反射接收原理配置了一對紅外線發(fā)射接收傳感器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紅外發(fā)光二極管發(fā)射一定強度的紅外線照射物體紅外光敏三極管在接收到反射回來的紅外線后導(dǎo)通發(fā)出一個電平跳變信號 此套紅外光電傳感器固定在底盤前沿貼近地面正常行駛時發(fā)射管發(fā)射紅外光照射地面光線經(jīng)白紙反射后被接收管接收輸出高電平信號電動車經(jīng)過黑線時發(fā)射端發(fā)射的光線被黑線吸收接收端接收不到反射光線傳感器輸出低電 平信號后送 80C51 單片機處理判斷執(zhí)行哪一種預(yù)先編制的程序來控制玩具車的行駛狀態(tài)前進時驅(qū)動輪直流電機正轉(zhuǎn)進入減速區(qū)時由單片機控制進行 PWM 變頻調(diào)速通過軟件改變脈沖調(diào)寬波形的占空比實現(xiàn)調(diào)速最后經(jīng)反接制動實現(xiàn)停車前行與倒車控制電路的核心是橋式電路和繼電器電橋上設(shè)置有兩組開關(guān)一組常閉另一組常開 圖 21 電動車的方向檢測電路 a 圖 22 電動車的方向檢測電路 b 電橋一端接電源另一端接了一個三極管三極管導(dǎo)通時電橋通過三極管接地電機電樞中有電流通過三極管截止時電橋浮空電機電樞中沒有電流通過系統(tǒng)通過電橋的輸出端為轉(zhuǎn) 向電機供電通過對繼電器開閉的控制即可控制電機的開斷和轉(zhuǎn)速方向進而達到控制玩具車前行與倒車的目的實現(xiàn)隨動控制系統(tǒng)的糾偏功能如圖 23 前行與倒車控制電路所示 圖 23 前行與倒車控制電路 檢測放大器方案 方案一使用普通單級比例放