智能電動(dòng)小車軟件設(shè)計(jì)
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智能電動(dòng)小車軟件設(shè)計(jì)
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(cè)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(cè)試數(shù)據(jù)、測(cè)試結(jié)果分析及結(jié)論 30
致 謝 31
參 考 文 獻(xiàn) 32
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(píng)。這里介紹的是如何用80C51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(cè)道路上的障礙，控制電動(dòng)小汽車的自動(dòng)避障，快慢速行駛，以及自動(dòng)停車，并可以自動(dòng)記錄時(shí)間、里程和速度，自動(dòng)尋跡和尋光功能。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性能高。實(shí)驗(yàn)測(cè)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(cè)試結(jié)果分析
采用的技術(shù)主要有：
（1） 通過編程來控制小車的速度；
（2） 傳感器的有效應(yīng)用；
（3） 新型顯示芯片的采用.
關(guān)鍵詞 80C51單片機(jī)、光電檢測(cè)器、PWM調(diào)速、電動(dòng)小車
Design and create an intelligence electricity motive small car
Abstract
80C51 is a 8 bit single chip computer. Its easily using and multi-function suffer large users. This article introduces the CCUT graduation design with the 80C51 single chip computer. This design combines 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:
(1) Reduce the speed by program the engine；
(2) Efficient application of the sensor;
(3) The adoption of the new display chip.
Keywords 80C51 single chip computer, light electricity detector, PWM speed adjusting, Electricity motive small car
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(guó)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(guó)各高校也都很重視該題目的研究?？梢娖溲芯恳饬x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(dòng)小車應(yīng)該能夠?qū)崟r(shí)顯示時(shí)間、速度、里程，具有自動(dòng)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(dòng)車的基礎(chǔ)上，加裝光電、紅外線、超聲波傳感器及金屬探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)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(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的智能控制。
這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。本設(shè)計(jì)采用MCS-51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(cè)道路上的障礙，控制電動(dòng)小汽車的自動(dòng)避障，快慢速行駛，以及自動(dòng)停車，并可以自動(dòng)記錄時(shí)間、里程和速度，自動(dòng)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(píng)。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MCS-51系列的新一代產(chǎn)品，如8ｘC152﹑80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8ｘC451﹑8ｘC452,還包括了Philips﹑Siemens﹑ADM﹑Fujutsu﹑OKI﹑Harria-Metra﹑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)Microcomputer完善的控制功能為己任，將一些外部接口功能單元如A/D﹑PWM﹑PCA(可編程計(jì)數(shù)器陣列)﹑WDT(監(jiān)視定時(shí)器)﹑高速I/O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8ｘC592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(cè)。所以本設(shè)計(jì)與實(shí)際相結(jié)合，現(xiàn)實(shí)意義很強(qiáng)
CPU必須在正確完成所有工作后才能發(fā)掃描輸入信號(hào)，且程序中發(fā)掃描信號(hào)的地方不能太多。否則，正好在哪里有死循環(huán)，看門狗就不產(chǎn)生記滿輸出信號(hào)，不能重新啟動(dòng)CPU。
4060的記滿輸出信號(hào)不但要接到MCS-51的RST腳，而且還應(yīng)接到其它芯片的RST腳，因?yàn)槌绦騺y飛后，其它具有RST腳的芯片也混亂了，必須全部復(fù)位。
六 可編程邏輯器件
可編程邏輯器件GAL16V8是LATTICE公司研制的一種電可擦除的可重復(fù)編程的低密度PLD器件。它采用更為靈活的可編I/O結(jié)構(gòu)，并采用了先進(jìn)的EECOMS工藝，數(shù)秒內(nèi)即可完成芯片的擦除和編程過程，并可反復(fù)改寫，是產(chǎn)品開發(fā)研制的理想器件之一。
GAL16V8技術(shù)特性
（1）電可擦除工藝
可重編程單元
100％成品率
可重配置邏輯
（2）高性能E2CMOS工藝
低功耗：45mA最大運(yùn)行功耗，35mA最大維持功耗
高速度：15～25us最快存取速度
（3）8個(gè)輸出邏輯單元
對(duì)于復(fù)雜邏輯設(shè)計(jì)具有最大靈活性
GAL16V8可仿真20條引腳的PAL器件，具有功能 / 熔絲圖 /參數(shù)的完全兼容性
（4）預(yù)置、加電復(fù)位全部寄存器
（5）具有保密單元、電子標(biāo)簽
（6）數(shù)據(jù)保持超過20年。
80C51按鍵電路直接由80C51接口電路查詢。消抖(延時(shí)20ms)由軟件延時(shí)完成。
第五章 測(cè)試數(shù)據(jù)、測(cè)試結(jié)果分析及結(jié)論
測(cè)試方法與儀器：
1、 測(cè)試儀器
測(cè)試儀器包括秒表、數(shù)字萬用表、信號(hào)發(fā)生器、示波器、MCS51仿真機(jī)、直流穩(wěn)壓電源等。
2、測(cè)試方法
數(shù)字萬用表主要用來測(cè)試分立元件的電阻、壓降、漏電流、截止/導(dǎo)通狀態(tài)等參數(shù)；
信號(hào)發(fā)生器與示波器用于測(cè)試各光電傳感器信號(hào)的接收與傳輸；
MCS51仿真機(jī)用于測(cè)試軟件；
直流穩(wěn)壓電源在測(cè)試期間為各待測(cè)系統(tǒng)供電；
秒表用于產(chǎn)品測(cè)試，按照任務(wù)書的基本要求對(duì)制成的電動(dòng)車進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試。
測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試結(jié)果分析：
⑴ 計(jì)時(shí)精度分析 計(jì)時(shí)系統(tǒng)采用了新型顯示芯片。理論上的誤差不到1秒/年。
⑵ 測(cè)距精度分析 測(cè)速系統(tǒng)采用了電機(jī)軸光電碼盤檢測(cè)技術(shù)。電機(jī)軸與車輪軸之間采用了齒輪箱二級(jí)減速，變比1/16。車輪周長(zhǎng)135mm,光電碼盤與電機(jī)軸安裝在一起，電機(jī)軸每一轉(zhuǎn)產(chǎn)生2個(gè)脈沖，車輪每轉(zhuǎn)產(chǎn)生32個(gè)脈沖，理論測(cè)量精度可達(dá)135mm/32=4.22mm<4.5mm
⑶ 定位精度分析 本設(shè)計(jì)采用實(shí)際測(cè)量與軟件補(bǔ)償技術(shù)，理論上可使定位精度提高到誤差<10mm。
3、結(jié)論
歷時(shí)三個(gè)月的設(shè)計(jì)過程中，我首先邊查資料，邊在實(shí)驗(yàn)室焊接小車的線路板。在焊接過程中，我感覺到即使是一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，要想很輕松的焊好，也不是很容易的事情。有時(shí)是“虛焊”的原因，有時(shí)可能是阻值選錯(cuò)。在焊接顯示電路時(shí)，我就錯(cuò)將680歐的電阻焊成了6.8千歐。這使我深深感受到理論與實(shí)際間的差距。通過這樣的設(shè)計(jì)，提高了我的動(dòng)手能力。每天在實(shí)驗(yàn)室除了焊接線路板，還可以上機(jī)編程，使我軟件調(diào)試知識(shí)也提高了。
本設(shè)計(jì)采用的是80C51單片機(jī)，這主要是因?yàn)樵搯纹瑱C(jī)的穩(wěn)定性比較好。還可以采用其它系列的單片機(jī)。比如采用陵陽單片機(jī)，就可以簡(jiǎn)化編程，但其穩(wěn)定性不是很好。
致 謝
歷時(shí)三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)告一段落。經(jīng)過自己不斷的搜索努力以及白老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助，本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成。在這段時(shí)間里，白老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱忱的工作作風(fēng)令我十分欽佩，他的指導(dǎo)使我受益非淺。同時(shí)本系120實(shí)驗(yàn)室的開放也為我的設(shè)計(jì)提供了實(shí)習(xí)場(chǎng)地。在此對(duì)白文峰老師和牛曉升老師表示深深的感謝。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專業(yè)知識(shí)的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果。雖然在這次設(shè)計(jì)中對(duì)于知識(shí)的運(yùn)用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。這三個(gè)月的設(shè)計(jì)是對(duì)過去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。
由于自身水平有限，設(shè)計(jì)中一定存在很多不足之處，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。
參 考 文 獻(xiàn)
1 何立民,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì),北京：航天航空大學(xué)出版社,2～5,46～50
2 李廣弟,單片機(jī)基礎(chǔ),北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2001,56～64
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4 趙負(fù)圖,傳感器集成電路手冊(cè),第一版,化學(xué)工業(yè)出版社,2004,590～591
5 陳伯時(shí),電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng),第二版,北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000年6月,127～130
6 張毅剛,彭喜元,新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì),第一版,哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2003,25～27,411～417
I 智能電動(dòng)小車軟件設(shè)計(jì) 目 錄 第一章 前 言 ........................................................... 3 第二章 方案設(shè)計(jì)與論證 .................................................. 5 一 直流調(diào)速系統(tǒng) .................................................... 5 二 檢測(cè)系統(tǒng) ........................................................ 6 三 顯示電路 ....................................................... 11 四 系統(tǒng)原理圖 ..................................................... 11 第三章 硬件設(shè)計(jì) ....................................................... 12 一 80............................................ 12 二 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................... 13 三 前向通道設(shè)計(jì) ................................................... 14 四 后向通道設(shè)計(jì) ................................................... 17 五 顯示電路設(shè)計(jì) ................................................... 19 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(cè)試數(shù)據(jù)、測(cè)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 ....................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 1 摘 要 80的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評(píng)。這里介紹的是如何用 80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 80用超聲波傳感器檢測(cè)道路上的障礙，控制電動(dòng)小汽車的自動(dòng)避障，快慢速行駛，以及自動(dòng)停車，并可以自動(dòng)記錄時(shí)間、里程和速度，自動(dòng)尋跡和尋光功能。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性能高。實(shí)驗(yàn)測(cè)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(cè)試結(jié)果分 析。 采用的技術(shù)主要有： （ 1） 通過編程來控制小車的速度； （ 2） 傳感器的有效應(yīng)用； （ 3） 新型顯示芯片的采用 . 關(guān)鍵詞 80電檢測(cè)器、 動(dòng)小車 2 an 0is a 8 0of 0It in a a or It or of is is of (1) by (2) of (3) of 803 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(guó)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(guó)各高校也都很重視該題目的研究?？梢娖溲芯恳饬x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(dòng)小車應(yīng)該能夠?qū)崟r(shí)顯示時(shí)間、速度、里程，具有自動(dòng)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(dòng)車的基礎(chǔ)上，加裝光電、紅外線、超聲波傳感器及金屬探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)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(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的智能控制。 這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿 足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。本設(shè)計(jì) 采用 列中的 80片機(jī)。以 80控制核心，利用超聲波傳感器檢測(cè)道路上的障礙，控制電動(dòng)小汽車的自動(dòng)避障，快慢速行駛，以及自動(dòng)停車，并可以自動(dòng)記錄時(shí)間、里程和速度，自動(dòng)尋跡和尋光功能。80一款八位單片機(jī)，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評(píng)。它是第三代單片機(jī)的代表。 第三代單片機(jī)包括了 司發(fā)展 列的新一代產(chǎn)品，如 8ｘ 0B﹑ 80B﹑ 8ｘ 8ｘ 包括了 0 80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) 善的控制功能為己任，將一些外部接口功能單元如 A/D﹑ 編程計(jì)數(shù)器陣列 )﹑ 視定時(shí)器 )﹑高速 I/O 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。 司還為這一代單片機(jī) 80列 8ｘ 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 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 80控制核心， 80用 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 4 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(cè)。所以本設(shè)計(jì)與實(shí)際相結(jié) 合，現(xiàn)實(shí)意義很強(qiáng)。 5 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(dòng)車的基礎(chǔ)上，加裝光電檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)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(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的智能控制。 這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對(duì)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(jiǎn)稱 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(dòng)直流電動(dòng)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(dòng)機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變勵(lì)磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以 系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺(tái)勵(lì)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。 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。 不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。它的另一個(gè)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(shí)，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(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開，電動(dòng)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（ 簡(jiǎn)稱 沖周 期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過改變脈沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)速。 與 （ 1）由于 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(dòng)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) 1： 10000 左右。由于電流波形比 統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動(dòng)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 6 頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動(dòng)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 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡(jiǎn)稱 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(dòng)能力有限。為順利實(shí)現(xiàn)電動(dòng)小汽車的前行與倒車，本設(shè)計(jì)采用了可逆 逆 型、 們?cè)谠O(shè)計(jì)中采用了常用的雙極式 是由 4個(gè)三極電力晶體管和 4個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路。 二 檢測(cè)系統(tǒng) 檢測(cè) 系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)光電檢測(cè)，即利用各種傳感器對(duì)電動(dòng)車的避障、位置、行車狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量。 1．行車起始、終點(diǎn)及光線檢測(cè)： 本系統(tǒng)采用反射式紅外線光電傳感器用于檢測(cè)路面的起始、終點(diǎn)（ 2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(cè)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(shí)，其 測(cè)電路輸出高電平，經(jīng) 壓比較器和 74 本系統(tǒng)共設(shè)計(jì)兩個(gè)光電三極管，分別放置在電動(dòng)車車頭的左、 右兩個(gè)方向，用來控制電動(dòng)車的行走方向，當(dāng)左側(cè)光電管受到光照時(shí)，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(shí)，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(shí)，單片機(jī)控制直行。見圖 動(dòng)車的方向檢測(cè)電路 (a)。 行車方向檢測(cè)電路（見圖 動(dòng)車的方向檢測(cè)電路 (b)）采用反射接收原理配置了一對(duì)紅外線發(fā)射、接收傳感器。該電路包括一個(gè)紅外發(fā)光二極管、一個(gè)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(gè)電平跳變信號(hào)。 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(shí)，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(hào)；電動(dòng)車經(jīng)過黑線時(shí)，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(hào)后送 80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(shí)，驅(qū)動(dòng)輪直流電機(jī)正轉(zhuǎn) ,進(jìn)入減速區(qū)時(shí) ,由單片機(jī)控制進(jìn)行 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(dòng)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。 7 圖 動(dòng)車的方向檢測(cè)電路 (a) 圖 動(dòng)車的方向檢測(cè)電路 (b) 電橋一端接電源，另一端接了一個(gè)三極管。三極管導(dǎo)通時(shí)，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(shí)，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(duì)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(dòng)控制系統(tǒng)的糾偏功能。行與倒車控制電路所示。 8 圖 檢測(cè)放大器方案： 方案一：使用普通單級(jí)比例放大電路。其 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、價(jià)格低廉。但是也存在著許多不足。如抗干擾能力差、共模抑制比低等。 方案二：采用差動(dòng)放大電路。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。例如，在測(cè)量本設(shè)計(jì)中的光電檢測(cè)信號(hào)時(shí)需要把檢測(cè)過來的電平信號(hào)放大并濾除干擾，而且要求對(duì)共模干擾信號(hào)具有相當(dāng)強(qiáng)的抑制能力。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。但在實(shí)際操作中，往往滿足了高共模抑制比的要求，卻使運(yùn)算放大器輸出飽和；為獲得單片機(jī)能識(shí)別的 方案三：電壓比較器 方案。電壓比較器的功能是比較兩個(gè)電壓的大小，例如將一個(gè)信號(hào)電壓 系統(tǒng)正常工作時(shí)，程序每隔 060進(jìn)行掃描一次，分頻且永無記滿輸出信號(hào)。如系統(tǒng)工作不正常（如程序跑飛、死循環(huán)等），程序?qū)?4060發(fā)不出掃描信號(hào)，分頻器記滿輸出一脈沖號(hào)使 位。 (2)參數(shù)選擇 4060的振蕩頻率 大于 般取 0 100果 50Ω， 5Ω， f=10060的振蕩頻率 和 Qi(i=6,7,8,9,10,12,13,14)的選擇要根據(jù)情況確定。 (3)幾個(gè)原則 看門狗電路必須由硬件邏輯組成，不宜由可編程計(jì)數(shù)器充當(dāng)，因?yàn)?能會(huì)修改可編程器件參數(shù)，使看門狗失效。 4060的 為掃描輸入信號(hào)是 此信號(hào)變“ 1”后，由于干擾，程序亂飛，微分電路只能讓上跳沿通過，不會(huì)封死 4060，看門狗仍能計(jì)數(shù)起作用。若沒有微分電路，掃描輸入信號(hào)上的“ 1”狀態(tài)封死 4060，使之不能記數(shù)，看門狗不起作用 29 圖 程序中發(fā)掃描信號(hào)的地方不能太多。否則，正好在哪里有死循環(huán)，看門狗就不產(chǎn)生記滿輸出信號(hào)，不能重新啟動(dòng) 4060的記滿輸出信號(hào)不但要接到 且還應(yīng)接到其它芯片的 為程序亂飛后，其它具有 須全部復(fù)位。 六 可編程邏輯器件 可編程邏輯器件 件。它采用更為靈活的可編 I/O 結(jié)構(gòu)，并采用了先進(jìn)的 藝，數(shù)秒內(nèi)即可完成芯片的擦除 和編程過程，并可反復(fù)改寫，是產(chǎn)品開發(fā)研制的理想器件之一。 （ 1）電可擦除工藝 可重編程單元 100％成品率 可重配置邏輯 （ 2）高性能 藝 低功耗： 4535高速度： 15～ 25快存取速度 （ 3） 8個(gè)輸出邏輯單元 對(duì)于復(fù)雜邏輯設(shè)計(jì)具有最大靈活性 0條引腳的 有功能 / 熔絲圖 /參數(shù)的完全兼容性 （ 4）預(yù)置、加電復(fù)位全部寄存器 （ 5）具有保密單元、電子標(biāo)簽 （ 6）數(shù)據(jù)保持超過 20年。 800抖 (延時(shí) 20軟件延時(shí)完成。 30 第五章 測(cè)試數(shù)據(jù)、測(cè)試結(jié)果分析及結(jié)論 測(cè)試方法與儀器： 1、 測(cè)試儀器 測(cè)試儀器包括秒表、數(shù)字萬用表、信號(hào)發(fā)生器、示波器、 真機(jī)、直流穩(wěn)壓電源等。 2、測(cè)試方法 數(shù)字萬用表主要用來測(cè)試分立元件的電阻、壓降、漏電流、截止 /導(dǎo)通狀態(tài)等參數(shù)； 信號(hào)發(fā)生器與示波器用于測(cè)試各光電傳感器信號(hào)的接收與傳輸； 直流穩(wěn)壓電源在測(cè)試期間為各待測(cè)系統(tǒng)供電； 秒表用于產(chǎn)品測(cè)試 ，按照任務(wù)書的基本要求對(duì)制成的電動(dòng)車進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試。 測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試結(jié)果分析： ⑴ 計(jì)時(shí)精度分析 計(jì)時(shí)系統(tǒng)采用了新型顯示芯片。理論上的誤差不到 1秒 /年。 ⑵ 測(cè)距精度分析 測(cè)速系統(tǒng)采用了電機(jī)軸光電碼盤檢測(cè)技術(shù)。電機(jī)軸與車輪軸之間采用了齒輪箱二級(jí)減速，變比 1/16。車輪周長(zhǎng) 135電碼盤與電機(jī)軸安裝在一起，電機(jī)軸每一轉(zhuǎn)產(chǎn)生 2 個(gè)脈沖，車輪每轉(zhuǎn)產(chǎn)生 32 個(gè)脈沖，理論測(cè)量精度可達(dá)1352= 定位精度分析 本設(shè)計(jì)采用實(shí)際測(cè)量與軟件補(bǔ)償技術(shù)，理論上可使定位精度提高到誤差 <10 3、結(jié)論 歷時(shí)三個(gè)月的設(shè)計(jì)過程中，我首先邊查資料，邊在實(shí)驗(yàn)室焊接小車的線路板。在焊接過程中，我感覺到即使是一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，要想很輕松的焊好，也不是很容易的事情。有時(shí)是“虛焊”的原因，有時(shí)可能是阻值選錯(cuò)。在焊接顯示電路時(shí)，我就錯(cuò)將680歐的電阻焊成了 使我深深感受到理論與實(shí)際間的差距。通過這樣的設(shè)計(jì)，提高了我的動(dòng)手能力。每天在實(shí)驗(yàn)室除了焊接線路板，還可以上機(jī) 編程，使我軟件調(diào)試知識(shí)也提高了。 本設(shè)計(jì)采用的是 80主要是因?yàn)樵搯纹瑱C(jī)的穩(wěn)定性比較好。還可以采用其它系列的單片機(jī)。比如采用陵陽單片機(jī)，就可以簡(jiǎn)化編程，但其穩(wěn)定性不是很好。 31 致 謝 歷時(shí)三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)告一段落。經(jīng)過自己不斷的搜索努力以及白老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助，本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成。在這段時(shí)間里，白老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱忱的工作作風(fēng)令我十分欽佩，他的指導(dǎo)使我受益非淺。同時(shí)本系 120 實(shí)驗(yàn)室的開放也為我的設(shè)計(jì) 提供了實(shí)習(xí)場(chǎng)地。在此對(duì)白文峰老師和牛曉升老師表示深深的感謝。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深刻地認(rèn)識(shí)到學(xué)好專業(yè)知識(shí)的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果。雖然在這次設(shè)計(jì)中對(duì)于知識(shí)的運(yùn)用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。這三個(gè)月的設(shè)計(jì)是對(duì)過去所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。 由于自身水平有限，設(shè)計(jì)中一定存在很多不足之處，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。 32 參 考 文 獻(xiàn) 1 何立民 ,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) ,北京：航天航空大學(xué)出版社 ,2～ 5,46～ 50 2 李廣弟 ,單片機(jī)基礎(chǔ) ,北京：北京航空航天大學(xué)出版社 ,2001,56～ 64 3 何希才 ,新型實(shí)用電子電路 400例 ,電子工業(yè)出版社 ,2000年 ,60～ 65 4 趙負(fù)圖 ,傳感器集成電路手冊(cè) ,第一版 ,化學(xué)工業(yè)出版社 ,2004,590～ 591 5 陳伯時(shí) ,電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) ,第二版 ,北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2000年 6月 ,127～130 6 張毅剛 ,彭喜元 ,新編 片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) ,第一版 ,哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 ,2003,25～ 27,411～ 417 33 附錄 A 程序清單 30h ;厘米位 31h ;秒位 32h ;分米位 33h ;分秒位 34h ;米位 35h ;分位 36h ;小數(shù)點(diǎn) 位 37h ;十米位 38h ;十分位 39h ;速度控制 3記時(shí)開始 3bh 3ch 3eh 3fh 40h 41h 42h 43h 44h 45h 51h 0000h 000bh 001bh 34 0100h 00h 00h 00h 00h 00h 00h 0bh 00h 00h 00h 00h 00h 00h 00h 03h 00h 6fh 21h 3ch 09ch 9ch ea 0jb ,jb ,03h 35 ,,07h 01h c, 2h,c c, 3h,c c, 4h,c c, 5h,c c, 6h,c 5h,2h,3h,4h,6h, 36 05h 07h 05h 07h 5h,a,a a,#02h a,a a, 3ch 037 a,#0ah a,00h a,#02h a,0bh 00h a,#0ah a,00h a,#06h a,00h a,#0ah a,00h 0ah 38 a,a, a,#0ah a,00h a,#01h a,jb ,c, 1h,c c,20h 0h 0h a,a,00h a,#02h a,03h a,#0ah a,00h 39 a,00h a,00h 02h 00a,a a,p1,a 0a,a a,p1,a 0a,#0a,p1,a 0a,40 a a,p1,a 0a,a a,p1,a 6h,#07h,#0i:7h,i1 i1:6h,i 8h,#0ah ii:9h,#00h,#00h,9h,8h,ii