【正文】 何才能是導(dǎo)體中的電流方向改變呢？這個(gè)任務(wù)將由換向器來完成。線圈中的電流方向改為 d→ c→ b→ a ,用左手定則判斷電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩的方向未變，電樞仍逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。通 過換向器和電刷的作用，把直流發(fā)電機(jī)線圈中的交變電動(dòng)勢(shì)整流成電刷的方向不變的直流電動(dòng)勢(shì)；把直流電動(dòng)機(jī)電刷的直流電流變成線圈內(nèi)的交變電流，以確保電動(dòng)機(jī)沿恒定方向旋轉(zhuǎn)。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、價(jià)格低廉。如抗干擾能力差、共模抑制比低等。選擇優(yōu)質(zhì)元件構(gòu)成比例放大電路，雖然可以達(dá)到一定的精度，但有時(shí)仍不能滿足某些特殊要求。這種情況下須采用差動(dòng)放大電路，并應(yīng)設(shè)法減小溫漂。 方案三：電壓比較器方案。而 Ui 變化經(jīng)過 Ur時(shí)，比較器的輸出將從一個(gè)電壓跳變到另一個(gè)電平。對(duì)它的要求是 ：鑒別要準(zhǔn)確，反應(yīng)要靈敏，動(dòng)作要迅速，抗干擾能力要強(qiáng)，還應(yīng)有一定的保護(hù)措施，以防止因過電壓洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 或過電流而造成器件損壞。它可用于報(bào)警器電路、自動(dòng)控制電路、測(cè)量技術(shù)，也可用于 V/F 變換電路、 A/D 變換電路、高速采樣電路、 電源 電壓監(jiān)測(cè)電路、振蕩器及壓控振蕩器電路、過零檢測(cè)電路等。 什么是電壓比較器 簡單地說， 電壓比較器是對(duì)兩個(gè)模擬電壓比較其大小，并判斷出其中哪一個(gè)電壓高，在要求不高時(shí)可采用通用運(yùn)放來作比較器電路 。 (2) 非線性。 由于比較器的上述特點(diǎn)，在分析時(shí)不能象對(duì)待放大電路那樣去計(jì)算放大倍數(shù)，應(yīng)當(dāng)著重抓住比較器的輸出從一個(gè)電平跳變到另一個(gè)電平的臨界條件所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值（閾值）來分析輸入量與輸出量之間的關(guān)系。 (2) 選用集成電壓比較器。具體措施多為在集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端并聯(lián)二極管。 簡單電壓比較器結(jié)構(gòu)簡單，而且靈敏度高，但它的抗干擾能力差， 也就是說如果輸入信號(hào)因受干擾在閾值附近變化。這種情況，通常是不允許的。滯回控制電機(jī)或繼電器，將出現(xiàn)頻繁動(dòng)作或起停比較器有兩個(gè)數(shù)值不同的閾值，當(dāng)輸入信號(hào)因受干擾或其他原因發(fā)生變化時(shí)，只要變化量不超過兩個(gè)閾值之差，滯回比較器的輸出電壓就不會(huì)來回變化。但是，滯回比較器畢竟是模擬器件，溫度的漂移是它無法消除的。 綜合考慮系統(tǒng)的各項(xiàng)性能，最后我們決定采用數(shù)字器件 —— 施密特觸發(fā)器。 行車距離檢測(cè)： 由于紅外檢測(cè)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(diǎn)，故采用紅外光電碼盤測(cè)速方案。測(cè)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(jì)中采用 米），精度根據(jù)電動(dòng)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(cè)距輪每轉(zhuǎn)一周，紅外光接收管均能接收到一個(gè)脈沖信號(hào)經(jīng)過整形器后送入計(jì)數(shù)器或直接送入單片機(jī)中。根據(jù)兩個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)生的先后順序與兩個(gè)光電耦合器的位置關(guān)系，即可計(jì)算出玩具車的行 駛方向（前進(jìn)或后退）。 測(cè)距原理：將光柵安裝在電機(jī)軸上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光柵也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)安裝在光柵一側(cè)的紅外發(fā)光二極管點(diǎn)亮，在光柵的另一側(cè)設(shè)有紅外三極管，用于接收紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線信號(hào)。將該信號(hào)傳輸?shù)?0C51 單片機(jī)的內(nèi)部計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，根據(jù)預(yù)先實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)換算關(guān)系即可計(jì)算出電動(dòng)機(jī)車的行車距離。 系統(tǒng)原理圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 智能電動(dòng)車采用 80C51單片機(jī)進(jìn)行智能控制。 圖 15 系統(tǒng)原理圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第 2 章 硬件設(shè)計(jì) 一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)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(shí) /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(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)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(gè)尺寸有限的集成電路芯片上。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(duì)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(chǔ)器 片內(nèi)為 128 個(gè)字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至 64k 字節(jié)，用來存儲(chǔ)程序在運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)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(chǔ)器。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 中斷系統(tǒng) 具有 5 個(gè)中斷源， 2 級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。 串行口 1 個(gè)全雙工的串行口，具有四種工作方式。 P0 口、 P1 口、 P2 口、 P3 口為 4 個(gè)并行 8 位 I/O 口。實(shí)際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)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(shí)際上是一個(gè)完整的 1 位微計(jì)算機(jī)，這個(gè)一位微計(jì)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(gè)突破，這也是 MCS51 單片機(jī)在設(shè)計(jì)的精美之處。用 80C51單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)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(diǎn)：有可供用戶使用的大量 I/O 口線 ， 內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限 ， 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性 。 80C51單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種。 本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在 XTAL XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。振蕩晶體可 在 到 12MHZ 之間選擇。 有少許影響， CX CX2 可在 20pF 到 100pF 之間取值，但在 60pF 到 70pF時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，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(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。只要 Vcc 的上升時(shí)間不超過 1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。 除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。按鍵手動(dòng)復(fù)位時(shí)鐘頻率選用 6MHZ時(shí)， C 取 22uF,Rs 取 200Ω， RK 取 1KΩ。因此，前向通道設(shè)計(jì)與被測(cè)對(duì)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(jì)中還涉及到模擬電路諸多問題 [6]。作為測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)被測(cè)對(duì)象拾取必要 的原始參量信號(hào)是系統(tǒng)的核心任務(wù)，對(duì)控制系統(tǒng)來說，對(duì)被控對(duì)象狀態(tài)的測(cè)試以及對(duì)控制條件的監(jiān)測(cè)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(shí)使這些測(cè)量信號(hào)能滿足計(jì)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(hào)調(diào)節(jié)、變換電路 ,故也可稱為傳感器接口通道。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 最簡單的開關(guān)量輸入通道就是一個(gè)具有 TTL 電平的狀態(tài)開關(guān)，如水銀溫度觸點(diǎn)、溫度晶閘管、時(shí)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(shí)序控制系統(tǒng)，只根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的時(shí)間序列來控制 外部的運(yùn)行狀態(tài)；分布式測(cè)控系統(tǒng)中的智能控制總站完成上級(jí)主計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)、控子站計(jì)算機(jī)之間的指令、數(shù)據(jù)傳送。 前向通道的設(shè)計(jì) (1) 傳感器的比較 識(shí)別障礙的首要問題是傳感器的選擇，下面對(duì)幾種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行說明（見表 21）。該方法被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)器人的研究上。不過在 ITS 系統(tǒng)中除了上文提出的場(chǎng)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(cè)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(hào)的干擾，所以在CW/ICC 系統(tǒng)中使用是不實(shí)際的。 易于多目標(biāo)測(cè)量和分類，分辨率好。 測(cè)量范圍小，對(duì)天氣變化敏感。 對(duì)水、灰塵、燈光敏感。其優(yōu)點(diǎn)是尺寸小，價(jià)格合理，在一定的寬度和視覺域內(nèi)可以測(cè)量定多個(gè)目標(biāo)，并且可以利用測(cè)量的圖像洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 根據(jù)外形和大小對(duì)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(jià)格的降低，在汽車行業(yè)開始被使用。 (2) 超聲波障礙檢測(cè) 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。其 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(shí)它接收到超聲波時(shí)，也能轉(zhuǎn)變成電能，故它分為發(fā)送器和接收器。超聲波檢 圖如圖 22 所示： 圖 22 超聲波檢測(cè)電路 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 后向通道設(shè)計(jì) 在工業(yè)控制系統(tǒng)中，單片機(jī)總要對(duì)控制對(duì)象實(shí)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(duì)象實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的要求，后向通道具有以下特點(diǎn)： (1) 小信號(hào)輸出、大功率控制。 (2) 是一個(gè)輸出通道。 (3) 接近控制對(duì)象，環(huán)境惡劣。這些數(shù)字信號(hào)形態(tài)主要有開關(guān)量、二進(jìn)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(duì)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(hào)。 干擾防治。通常采用信號(hào)隔離﹑電源隔離和對(duì)功率開關(guān)實(shí)現(xiàn)過零切換等方法進(jìn)行干擾防治。對(duì)于二進(jìn)制輸出的數(shù)字量采用 D/A 變換器；對(duì)于頻率量輸出則可以采用。可逆 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(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，其驅(qū)動(dòng)電路中 Ub1=Ub4； VT2 和 VT3 同時(shí)動(dòng)作，其驅(qū)動(dòng)電壓 Ub2=Ub3= Ub1。 脈寬調(diào)制原理： 脈寬調(diào)制器本身是一個(gè)由運(yùn)算放大器和幾個(gè)輸入信號(hào)組成的電壓比較器。加在運(yùn)算放大器反相輸入端上的有三個(gè)輸入信號(hào)。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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向 。 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 。 4 個(gè)電力晶體管的基極驅(qū)動(dòng)電壓分為兩組。 四個(gè)保護(hù)二極管 1D 、2D 、 3D 、 4D 接入回路，防止電子開關(guān)被反向擊穿。脈沖寬度一定時(shí)，頻率對(duì)電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性有較大影響，脈沖頻率高馬達(dá)運(yùn)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(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)有明顯的跳動(dòng)現(xiàn)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 象，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，本車在脈沖頻率為 15 ～ 20Hz 時(shí)控制效果最佳。 脈寬調(diào)速實(shí)質(zhì)上是調(diào)節(jié)加在電機(jī) 兩端的平均功率，其表達(dá)式為： M A XKT M A X PKdtPT ? ?01 （ 21） 式中 P 為電機(jī)兩端的平均功率； 為電機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)的功率； K 為脈寬。 當(dāng)電機(jī)穩(wěn)定開動(dòng)后，有 ? ?P fV f? 為 摩 擦 力 （ 22） 則 MAXKfV fV? （ 23） 所以， MAXV KV? （ 24） 由上式可知智能車的速度與脈寬成正比。同時(shí)，可以通過 、 的切換來控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。 由于晶體管的關(guān)斷過程中有一段存儲(chǔ)時(shí)間和電流下降時(shí)間 ,總稱關(guān)斷時(shí)間 ,在這段時(shí)間內(nèi)晶體管并未完全關(guān)斷 。 為避免發(fā)生這種情況 ,設(shè)置了由 RC 電路構(gòu)成的延時(shí)環(huán)節(jié) 。為保證電源工作可靠，單片機(jī)系統(tǒng)與動(dòng)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。 該芯片共有 20 個(gè)管腳，管腳 LED1﹑ LED2﹑ LED3﹑ LED4 分別接 10k 電阻和三極管后與 4 位八段數(shù)碼管 5461 中的 a1﹑ a2﹑ a3﹑ a4 四個(gè)數(shù)位選擇端相連，這四個(gè)數(shù)位選擇端用來產(chǎn)生 LED 選通信號(hào)。 管腳 d0﹑ d1﹑ d2﹑ d3 接單片機(jī)并行口，通過單片機(jī)對(duì)芯片進(jìn)行控制。 該芯片所驅(qū)動(dòng)的顯示電路如圖 25 EM78P458 集成顯示電路所示： 顯示驅(qū)動(dòng)器支持動(dòng)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(jìn)位時(shí)是小數(shù)點(diǎn)清位， 1011 是進(jìn)位后加小數(shù)點(diǎn)， 11001111 是八段共陰數(shù)碼管的位選。因此，軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個(gè) 基本類型。過程控制程序主要是使單片機(jī)按一定的方法進(jìn)行計(jì)算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。所謂“模塊”，實(shí)質(zhì)上就是所完成一定功能，相對(duì)獨(dú)立的程序段，這種程序設(shè)計(jì)方法叫模塊程序設(shè)計(jì)法。 本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序﹑定時(shí)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。厘 米位 miao equ 31h 。分米位 f