【正文】 可用左手定則確定，當(dāng)線圈 ab 轉(zhuǎn)到 S 極面下， cd 轉(zhuǎn)到 N 極面下時，流經(jīng)線圈的電流方向必須改變，這樣導(dǎo)體受到的電磁力方向才能不變，從而保持電動機(jī)沿著一個固定的方向旋轉(zhuǎn)。原來電刷 A通過換向片 1 與經(jīng)過 N 極面下的導(dǎo)體 ab 相連， 現(xiàn)有電刷 A 通過換向片 2 與經(jīng)過 N 極面下的導(dǎo)體 cd相連，現(xiàn)在電刷 B通過換向片 1與經(jīng)過 S極面下的導(dǎo)體 ab相連。 綜上所述 可知，不論是直流發(fā)電機(jī)還是直流電動機(jī)，換向器可以使正電刷 A始終與經(jīng)過 N極面下的導(dǎo)體相連，負(fù)電刷 B始終與經(jīng)過 S極面下的導(dǎo)體 相連，故電刷之間的電壓是直流電，而線圈內(nèi)部的電流則是交變的 。 檢測放大器方案： 方案一：使用普通單級比例放大電路。但是也存在著許多不足。 方案二：采用差 動放大電路。例如，在測量本設(shè)計中的光電檢測信號時需要把檢測過來的電平信號放大并濾除干擾，而且要求對共模干擾信號具有相當(dāng)強(qiáng)的抑制能力。但在實際操作中，往往滿足了高共模抑制比的要求，卻使運算放大器輸出飽和；為獲得單片機(jī)能識別的TTL電平卻又無法抑制共模干擾。電壓比較器的功能是比較兩個電壓的大小，例如將一個信號電壓 Ui和一個參考電壓 Ur進(jìn)行比較，在 UiUr和 UiUr兩種不同情況下，電壓比較器輸出兩個不同的電平，即高電平和低電平。 比較器有各種不同的類型。 比較器的特點： 電壓比較簡稱 器 是一種常用的集成電路。本文主要介紹其基本概念、工作原理及典型工作電路，并介紹一些常用的電壓比較器。 這里順便要指出的是，比較器電路本身也有技術(shù)指標(biāo)要求，如精度、響應(yīng)速度、傳播延遲時間、靈敏度等，大部分參數(shù)與運放的參數(shù)相同。放大、運算電路為了實現(xiàn)性能穩(wěn)定并滿足 一定的精度要求，這些電路中的運放均引入了深度負(fù)反饋；而為了提高比較器的反應(yīng)速度和靈敏度，它所采用的運放不但沒有引入負(fù)反饋，有時甚至還加正反饋。 ⑵ 非線性。 ⑶ 開關(guān)特性。由于比較器的輸入信號是模擬量，而它的輸出電平是離散的，因此電壓比較器可作為模擬電路與數(shù)字電路之間的過渡電路。 如果在比較器的輸入端加理想階躍信號，那么在理想情況下比較器的輸出也應(yīng)當(dāng)是理想的階躍電壓，而且沒有延遲。電壓比較器的輸出從低電平變?yōu)楦唠娖剿毜臅r間稱為響應(yīng)時間。 減小比較器響應(yīng)時間的主要方法有： (1) 盡可能使輸入信號接近理想情況，使它在閾值附近的變化接近理想階躍 且幅度足夠大。 (3) 如果選用集成運放構(gòu)成比較器，為了提高 響應(yīng)速度可以加限幅措施，以避免集成運放內(nèi)部的管子進(jìn)入深飽和區(qū)。如圖 13電壓比較器電路所示： 圖 13 電壓比較器電路 在本設(shè)計中，光電傳感器只輸出一種高低電平信號且伴有外界雜波干擾，所以我則比較器輸出就會反復(fù)的從一個電平跳到另一個電平們嘗試采用了一種滯回比較洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 器。如果用這樣的輸出電壓現(xiàn)象。而滯回比較器則解決了這個問題。所以抗干擾能力強(qiáng)。 方案四：施密特觸發(fā)器。 施密特觸發(fā)器是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的變形，它有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，觸發(fā)方式為電平觸發(fā)，只要外加觸發(fā)信號的幅值增加到足夠大，它就從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。 5．行車距離檢測 ： 由于紅外檢測具有反應(yīng)速度快、定位精度高，可靠性強(qiáng)以及可見光傳感器所不能比擬的優(yōu)點，故采用紅外光電碼盤測速方案。測長輪的周長為記數(shù)的單位，最好取有效值為單一的數(shù)值（如本設(shè)計中采用 米），精度根據(jù)電動車控制的需要確定。 遮光盤有一缺口 ，盤下方的凹形物為槽型光電耦合器，其兩端高出部分的里面分別裝有紅外發(fā)射管和紅外接收管。由此可見，測距輪每轉(zhuǎn)一周，紅外光接收管均能接收到一個脈沖信號經(jīng)過整形器后送入計數(shù)器或直接送入單片機(jī)中。根據(jù)兩個脈沖信號發(fā)生的先后順序與兩個光電耦合器的位置關(guān)系，即可計算出玩具車的行駛方向（前進(jìn)或后退）。 測距原理：將光柵安裝在電機(jī)軸上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，光柵也隨之轉(zhuǎn)動，同時安裝在光柵一側(cè)的紅外發(fā)光二極管點亮，在光柵的另一側(cè)設(shè)有紅外三極管，用于接收紅外洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線信號。將該信號傳輸?shù)?80C51 單片機(jī)的內(nèi)部計數(shù)器計數(shù)，根據(jù)預(yù)先實測的數(shù)據(jù)換算關(guān)系即可計算出電動機(jī)車的行車距離。 系統(tǒng)原理圖 智能電動車采用 80C51 單片機(jī)進(jìn)行智能控制。 圖 15 系統(tǒng)原理圖 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 80C51 調(diào)速 時間、里程顯示 起停、避障、位移、檢測 看門狗電路 時鐘電路 復(fù)位電路 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 第 2 章 硬件設(shè)計 一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如 ROM﹑ RAM﹑ I/O 口﹑定時 /記數(shù)器﹑中斷系統(tǒng)等能量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計相應(yīng)的電路。 80C51 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 80C51 單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上 [2]。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是 CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式， 但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。 數(shù)據(jù)存儲器 片內(nèi)為 128個字節(jié)，片外 最多可外擴(kuò)至 64k 字節(jié)，用來存儲程序在運行期間的工作變量、運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。 中斷系統(tǒng) 具有 5個中斷源， 2級中斷優(yōu)先權(quán)。 串行口 1 個全雙工的串行口，具有四種工作方式。 P1口、 P2口、 P3口、 P4口 為 4個并行 8位 I/O口。實際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的 RAM區(qū)。特別值得一提的是該單片機(jī) CPU中的位處理器，它實際上是一個完整的 1 位微計算機(jī)，這個一位微計算機(jī)有自己的 CPU、位寄存器、 I/O 口和指令集。 MCS51 單片機(jī)中 8 位機(jī)和 1 位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相承，它是單片機(jī)技術(shù)上的一個突破，這也是 MCS51 單片機(jī)在設(shè)計的精美之處。用 80C51單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機(jī)接上時鐘電路和復(fù)位電路即可，如 21 80C51單片機(jī)最小系統(tǒng)所示。 其應(yīng)用特點： 有可供用戶使 用的大量 I/O口線 內(nèi)部存儲器容 量有限 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性 圖 2180C51 單片機(jī)最小系統(tǒng) 時鐘電路 80C51 雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外部附加電路。內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。本設(shè)計采用最常用的內(nèi)部時鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。電容值無嚴(yán)格要求，但電容取值 對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度 有少許影響， CX CX2 可在 20pF到 100pF 之間取值，但在 60pF 到 70pF時振蕩洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 器有較高的頻率穩(wěn)定性。在設(shè)計印刷電路板時，晶體和電容應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)芯片安裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。 復(fù)位電路 80C51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。只要 Vcc的上升時間不超過 1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。 除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。按鍵手動復(fù)位 時鐘頻率選用 6MHZ時， C取 22uF,Rs 取 200Ω， RK取 1KΩ。因此，前向通道設(shè)計與被測對象的狀態(tài)、特征、所處環(huán)境密切相關(guān)。在通道電路設(shè)計中還涉及到模擬電路諸多問題。作為測試系統(tǒng)，對被測對象拾取必要的原始參量信號是系統(tǒng)的核心任務(wù)，對控制系統(tǒng)來說，對被控對象狀態(tài)的測試以及對 控制條件的監(jiān)測也是不可缺少的環(huán)節(jié)。因此，在前向通道中，傳感器、敏感元件及其相關(guān)電路占有重要地位。同時使這些測量信號能滿足計算機(jī)輸入接口的電平要求。由于在該通道中主要是 傳感器與傳感器有關(guān)的信號調(diào)節(jié)、變換電路 ,故也可稱為傳感器接口通道。最簡單的開關(guān)量輸入通道就是一個具有 TTL 電平的狀態(tài)開關(guān)，如水銀溫度觸點、溫度晶閘管、時間繼電器、限位開關(guān)等。 并不是所有單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)都有前向通道，例如時序控制系統(tǒng)，只根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的時間序列來控制外部的運行狀態(tài)；分布式測控系統(tǒng)中的智能控制總站完成上級主計洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 算機(jī)與現(xiàn)場測、控 子站計算機(jī)之間的指令、數(shù)據(jù)傳送。 2﹑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(jìn)行說明（見表 ）。該方法被廣泛應(yīng)用于移動機(jī)器人的研究上。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。另外超聲波傳感器的工作原理基于聲，即使可以使之測達(dá) 100m遠(yuǎn)，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 CW/ICC系統(tǒng)中使用是不實際的。 易于多目標(biāo)測量和分類，分辨率好。 測量范圍小，對天氣變化敏感。 對水、灰塵、燈光敏感。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(biāo)，并且可以利用測量的圖像根據(jù)外形和大小對目標(biāo)進(jìn)行分類。雷達(dá)傳感器在軍事和航空領(lǐng)域已經(jīng)使用了幾十年。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。 （ 2）超聲波障礙檢測 超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，其頻率超過 20KHz，分橫向振蕩和縱向振蕩兩種，超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。利用超聲波的特性，可做成各種超聲波傳感器，結(jié)合不同的電路，可以制成超聲波儀器及裝置，在通訊、醫(yī)療及家電中獲得廣泛應(yīng)用。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，它可以將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)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。 本設(shè)計采用 T/R4012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?，?80C51 單片機(jī)處理。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 22 超聲波檢測電路 后向通道設(shè)計 在工業(yè)控制系統(tǒng)中，單片機(jī)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。 根據(jù)單片機(jī)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。 （ 2） 是一個輸出通道。 （ 3） 接近控制對象，環(huán)境惡劣。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。 單片機(jī)在完成控制處理后，總是以數(shù)字信號通過 I/O 口或數(shù)據(jù)總線送給控制對象。 根據(jù)單片機(jī)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。 干擾防治。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(jìn)行干擾防治。對于二進(jìn)制輸出的數(shù)字量采用 D/A 變換器；對于頻率量輸出則可以采用 ?？赡?PWM變換器主電路的結(jié)構(gòu)式有 H型、 T型等類型。圖 23為雙極式 H型可逆 PWM變換器的電路原理圖。 VT1 和 VT4 同時導(dǎo)通和關(guān)斷，其驅(qū)動電路中 Ub1=Ub4； VT2 和 VT3同時動作，其驅(qū)動電壓 Ub2=Ub3= Ub1。 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。加在運算放大器反相輸入端上的有三個輸入信號。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(jī)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(jī)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(kuò)充） 當(dāng) 為高電平， 為低電平時， 、 管導(dǎo)通， 、 管截止，電動機(jī)正轉(zhuǎn)。電機(jī)工作狀態(tài)切換時線圈會產(chǎn)生反向電流，通過四個保護(hù)二極管 D1 、 D2 、 D3 、 D4 接入回路，防止電子開關(guān)被反向擊穿。脈沖寬度一定時，頻率對電機(jī)運行的平穩(wěn)性有較大影響，脈沖頻率高馬達(dá)運行的連續(xù)性好，但帶負(fù)載 能力差；脈沖頻率低則反之。當(dāng)脈沖頻率在 10Hz 以下時，