【正文】 【畢業(yè)論文】基于 80C51 單片機(jī)的電動智能小車（完整論文） 畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 基于 80C51 單片機(jī)的電動智能小車 摘 要 80C51 單片機(jī)是一款八位單片機(jī)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(jī)來實(shí)現(xiàn)長春工業(yè)大學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題本系統(tǒng)以設(shè)計(jì)題目的要求為目的采用80C51 單片機(jī)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(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(jì)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(jī)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(jì)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(jì) 10 一 80C51 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 10 二 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 三 前向通道設(shè)計(jì) 12 四 后向通道設(shè)計(jì) 15 五 顯示電路設(shè)計(jì) 17 第四章 軟件設(shè)計(jì) 20 一 主程序設(shè)計(jì) 20 二 顯示子程序設(shè)計(jì) 24 三 避障子程序設(shè)計(jì) 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(xiàn) 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(jì)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(zhǔn)備本題目是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題設(shè)計(jì)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(zhǔn)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(shí)現(xiàn)對電動車的速度位置運(yùn)行狀況的實(shí)時測量并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對電動車的智能控制 這種方案能實(shí)現(xiàn)對電動車的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時控制控制靈活可靠精度高可滿足對系統(tǒng)的各項(xiàng)要求本設(shè)計(jì)采用 MCS51 系列中的 80C51 單片機(jī)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(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 第三代單片機(jī)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(jī)新一代的單片機(jī)的最主要的技術(shù)特點(diǎn)是向外部接口電路擴(kuò)展以實(shí)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(jì)數(shù)器陣列 、 WDT 監(jiān)視定時器 、高速 IO 口、計(jì)數(shù)器的捕獲比較邏輯等這一代單片機(jī)中在總線方面最重要的進(jìn)展是為單片機(jī)配置了芯片間的串行總線為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了更加靈活的方式 Philips 公司還為這一代單片機(jī) 80C51系列 8ｘ C592單片機(jī)引入了具有較強(qiáng)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(jī)為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)的擴(kuò)展與配置打下了良好的基礎(chǔ) 本設(shè)計(jì)就采用了比較先進(jìn)的 80C51為控制核心 80C51采用 CHOMS工藝功耗很低該設(shè)計(jì)具有實(shí)際意 義可以應(yīng)用于考古機(jī)器人醫(yī)療器械等許多方面尤其是 在足球機(jī)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(jìn)行檢測所以本設(shè)計(jì)與實(shí)際相結(jié)合現(xiàn)實(shí)意義很強(qiáng) 第二章 方案設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)對電動車的速度位置運(yùn)行狀況的實(shí)時測量并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對電動車的智能控制 這種方案能實(shí)現(xiàn)對電動車的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時控制控制靈活可靠精度高可滿足對系統(tǒng)的各項(xiàng)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(jī)拖動直流電動機(jī)實(shí)現(xiàn)變流由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動機(jī)供電調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流即可改變其輸出電壓從而調(diào)節(jié)電動機(jī)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(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)的該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組至少包含兩臺與調(diào)速電動機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)還要一臺勵磁發(fā)電機(jī)設(shè)備多體積大費(fèi)用高效率低維護(hù)不方便等缺點(diǎn)且技術(shù)落后因此擱置不用 VM 系統(tǒng)是當(dāng)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(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速 VM 系統(tǒng)的缺點(diǎn)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(yùn)行造成困難它的另一個缺點(diǎn)是運(yùn)行條件要求高維護(hù)運(yùn)行麻煩最后當(dāng)系統(tǒng)處于低速運(yùn)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(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(jìn)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(diǎn) 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(yùn)行平穩(wěn)調(diào)速范圍較寬可達(dá)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(jī)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(jī)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(qiáng) 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(jì)中受控電機(jī)的容量和直流電 機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向本設(shè)計(jì)采用了 H 型單極型可逆 PWM 變換器進(jìn)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(jī)控制繼電器的閉合來實(shí)現(xiàn)但是驅(qū)動能力有限為順利實(shí)現(xiàn)電動小汽車的前行與倒車本設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)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(jìn)行測量 1．行車起始終點(diǎn)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(diǎn) 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(diǎn)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(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 本系統(tǒng)共設(shè)計(jì)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(dāng)左側(cè)光電管受到光照時單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向左轉(zhuǎn)當(dāng)右側(cè)光電管受到光照時單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向右轉(zhuǎn)當(dāng)左右兩側(cè)光電管都受到光照 時單片機(jī)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(qiáng)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(jī)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(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)速最后經(jīng)反接制動實(shí)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(jī)電樞中有電流通過三極管截止時電橋浮空電機(jī)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(jī)供電通過對繼電器開閉的控制即可控制電機(jī)的開斷和轉(zhuǎn)速方向進(jìn)而達(dá)到控制玩具車前行與倒車的目的實(shí)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