毕业论文设计-基于80c51单片机的电动智能小车设计

毕业论文设计-基于80c51单片机的电动智能小车设计内容摘要：

与现场测控子站计算机之间的指令数据传送这些应用系统没有被测对象故不需要前向通道 前向通道的设计 传感器的比较 识别障碍的首要问题是传感器的选择下面对几种传感器的优缺点进行说明见表 1 探测障碍的最 简单的方法是使用超声波传感器它是利用向目标发射超声波脉冲计算其往返时间来判定距离的该方法被广泛应用于移动机器人的研究上其优点是价格便宜易于使用且在 10m以内能给出精确的测量不过在 ITS系统中除了上文提出的场景限制外还有以下问题首先因其只能在 10m 以内有效使用所以并不适合 ITS 系统另外超声波传感器的工作原理基于声即使可以使之测达 100m远但其更新频率为 2Hz 而且还有可能在传输中受到它信号的干扰所以在 CWICC系统中使用是不实际的传感器类型 优 点 缺 点 超声波 视觉 激光雷达 MMW 雷达 价格合理夜间不受 影响 易于多目标测量和分类分辨率好 价格相合理夜间不受影响 不受灯光天气影响 测量范围小对天气变化敏感 不能直接测量距离算法复杂处理速度慢 对水灰尘灯光敏感 价格贵 视觉传感器在 CW系统中使用得非常广泛其优点是尺寸小价格合理在一定的宽度和视觉域内可以测量定多个目标并且可以利用测量的图像根据外形和大小对目标进行分类但是算法复杂处理速度慢雷达传感器在军事和航空领域已经使用了几十年主要优点是可以鲁棒地探测到障碍而不受天气或灯光条件限制近十年来随着尺寸及价格的降低在汽车行业开始被使用但是仍存在性价比的问题 作为超 声波传感器的材料主要为压电晶体压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波同时它接收到超声波时也能转变成电能故它分为发送器和接收器超声波传感器有透射型反射型两种类型常用于防盗报警器接近开关测距及材料探伤测厚等 本设计采用 TR4012 小型超声波传感器作为探测前方障碍物体的检测元件其中心频率为 40Hz 由 80C51 发出的 40KHz 脉冲信号驱动超声波传感器发送器发出 40KHz 的脉冲超声波如电动车前方遇到有障碍物时此超声波信号被障碍物反射回来由接收器接收经 LM318 两级放大再经 带有锁相环的音频解码芯片 LM567解码当 LM567 的输入信号大于 25mV 时输出端由高电平变为低电平送 80C51 单片机处理超声波检测如图 22 超声波检测电路所示 图 22 超声波检测电路 24 后向通道设计 在工业控制系统中单片机总要对控制对象实现操作因此在这样的系统中总要有后向通道后向通道是计算机实现控制运算处理后对控制对象的输出通道接口 根据单片机的输出和控制对象实现控制信号的要求后向通道具有以下特点 1 小信号输出大功率控制根据目前单片机输出功率的限制不 能输出控制对象所要求的功率信号 2 是一个输出通道输出伺服驱动系统控制信号而伺服驱动系统中的状态反馈信号通常是作为检测信号输入前向通道 3 接近控制对象环境恶劣控制对象多为大功率伺服驱动机构电磁机械干扰较为严重但后向通道是一个输出通道而且输出电平较高不易受到直接损害但这些干扰易从系统的前向通道窜入 单片机在完成控制处理后总是以数字信号通过 IO 口或数据总线送给控制对象这些数字信号形态主要有开关量二进制数字量和频率量可直接用于开关量数字量系统及频率调制系统但对于一些模拟量控制系统则应通过数／模转换成模拟量控制信 号 根据单片机输出信号形态及控制对象要求后向通道应解决 功率驱动将单片机输出信号进行功率放大以满足伺服驱动的功率要求 干扰防治主要防治伺服驱动系统通过信号通道、电源以及空间电磁场对计算机系统的干扰通常采用信号隔离、电源隔离和对功率开关实现过零切换等方法进行干扰防治 数模转换对于二进制输出的数字量采用 DA 变换器对于频率量输出则可以采用 本设计调速采用 PWM 调速 为顺利实现电动小汽车的左转和右转本设计采用了可逆 PWM变换器可逆 PWM变换器主电路的结构式有 H 型 T 型等类型我们在设计中采用了常用的双极式 H型变换器它 是由 4 个三极电力晶体管和 4 个续流二极管组成的桥式电路图 23为双极式 H 型可逆 PWM 变换器的电路原理图 4个电力晶体管的基极驱动电压分为两组 VT1 和 VT4同时导通和关断其驱动电路中 Ub1 Ub4VT2 和 VT3 同时动作其驱动电压 Ub2 Ub3 Ub1 双极式 PWM 变换器的优点如下 1 电流一定连续 2 可使电动机在四象限中运行 3 电机停止时有微振电流能消除静摩擦死区 4 低速时每个晶体管的驱动脉冲仍较宽有利于保证晶体管可靠导通 5 低速平稳性好调速范围可达 20200 左右 1 脉宽调制原理 脉宽调制器本身是一个由运算放 大器和几个输入信号组成的电压比较器运算放大器工作在开换状态稍微有一点输入信号就可使其输出电压达到饱和值当输入电压极性改变时输出电压就在正负饱和值之间变化这样就完成了把连续电压变成脉冲电压的转换作用加在运算放大器反相输入端上的有三个输入信号一个输入信号是锯齿波调制信号另一个是控制电压其极性大小可随时改变与锯齿波调制信号相减从而在运算放大器的输出端得到周期不变脉宽可变的调制输出电压只要改变控制电压的极性也就改变了 PWM 变换器输出平均电压的极性因而改变了电动机的转向改变控制电压的大小则调节了输出脉冲电压的宽度从而 调节电动机的转速只要锯齿波的线性度足够好输出脉冲的宽度是和控制电压的大小成正比的 扩充 当为高电平为低电平时管导通管截止电动机正转当为低电平为高电平时管截止管导通电动机反转电机工作状态切换时线圈会产生反向电流通过四个保护二极管 D1 D2 D3 D4 接入回路防止电子开关被反向击穿电子园 51 单片机学习网 MP4p C v t r X0tr33186 采用 PWM 方法调整马达的速度首先应确定合理的脉冲频率脉冲宽度一定时频率对电机运行的平稳性有较大影响脉冲频率高马达运行的连续性好但带负载能力差脉冲频率 低则反之经试验发现脉冲频率在 50Hz 以上电机转动平稳但智能车行驶时由于摩擦力使电机转速降低甚至停转当脉冲频率在 10Hz 以下时电机转动有明显的跳动现象经反复试验本车在脉冲频率为 15 ～ 20Hz 时控制效果最佳为方便测量及控制在实际中我们采用了 20Hz 的脉冲 脉宽调速实质上是调节加在电机两端的平均功率其表达式为 b i Rq7a b 33186 电子园 51 单片机学习网 c JbV I R3l c 电子园 51 单片机学习网 O u l p Kw 式中 P 为电机两端的平均功率为电机全速运转的 功率 K 为脉宽电子园 51 单片机学习网 R Q L n z1k l9AV Y5P T9y b oS33186 当 K 1 时相当于加入直流电压这时电机全速运转当 K 0 时相当于电机两端不加电压电机靠惯性运转 n J ] l E C 9s S33186 当电机稳定开动后有 f 为摩擦力 9g9 bf CR33186 电子园 51 单片机学习网 P x R u Nc n1 则电子园 51 单片机学习网 8uXS p F9h OJ 所以 S e I E [ y9FE33186 48 dl d D[1L33186 由上式可知智能车的速度与脉宽成正比 B7J k n yL33186 电子园 51 单片机学习网 v t3C TA N HUH 8M1I U 由上述分析这对控制电压采用了 20Hz 的周期信号控制通过对其占空比的调整对车速进行调节同时可以通过的切换来控制电动机的正转与反转 图 23 双极式 H 型可逆 PWM 变换器电路原理图 2 逻辑延时环节 在可逆 PWM 变换器中跨接在电源两端的上下两个晶体管经常交替工作由于晶体管的关断过程中有一段存储时间和电流下降时间总称关断时间在这段时间内晶体管并未完全关断如果在此期间另 一个晶体管已经导通则将造成上下两管之通从而使电源正负极短路为避免发生这种情况设置了由 RC 电路构成的延时环节 3 电源的设计 本设计的电源为车载电源为保证电源工作可靠单片机系统与动力伺服系统的电源采用了大功率大容量的蓄电池而传感器的工作电源则采用了小巧轻便的干电池 25 显示电路设计 本设计中用两片 4位八段数码管 gem4561ae作显示器并具有双重功能在小车不行驶时其中一片显示年月另一片显示时分 当小车行驶时分别显示时间和行驶距离原理图如图 24 图 24EM78P458 的管脚 本设计中采用新型芯片 EM78P458 作为显示驱动器它的管脚如图 35 EM78P458 管脚介绍所示用单片机的并行口控制一个数码显示电路用 4 个口线用专用驱动芯片控制可以减少对 CPU 的利用时间单片机将有更多的时间去完成其他功能 该芯片共有 20 个管脚管脚 LED LED LED LED4 分别接 10k 电阻和三极管后与 4 位八段数码管 5461 中的 a a a a4 四个数位选择端相连这四个数位选择端用来产生 LED 选通信号 管脚 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp 分别接 680 欧电阻后与四位八段数本设计中用两片 4位八段数码管 gem4561ae作 显示器并具有双重功能在小车不行驶时其中一片显示年月另一片显示时分 当小车行驶时分别显示时间和行驶距离 管脚 d0、 d d d3 接单片机并行口通过单片机对芯片进行控制管脚 vss串上 10k 电阻后与 vcc 管脚相接后再接 5v 电源管脚 gnd 接地 该芯片所驱动的显示电路如图 25 EM78P458 集成显示电路所示 显示驱动器支持动态显示其显示功能如表 22真值表所示 00001001显示从09 数字 1010 是未进位时是小数点清位 1011 是进位后加小数点 11001111 是八段共阴数码管的位选 图 25 EM78P458 集成显示电路表 22 真值表 D3 D2 D1 D0 显示 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 0 0 0 8 1 0 0 1 9 1 0 1 0 清小数点 1 0 1 1 加小数点 1 1 0 0 a1 选通 1 1 0 1 a2选通 1 1 1 0 a3 选通 1 1 1 1 a4 选通 第 定时子程序避障子程序、中断子程序显示子程序、调速子程序、算法子程序构成 31 主程序设计 主程序清单如下 limiw equ 30h 厘米位 miao equ 31h 秒位 fenmi equ 32h 分米位 fmiao equ 33h 分秒位 meter equ 34h 米位 fenzh equ 35h 分位 point equ 36h 小数点位 shimi equ 37h 十米位 shifn equ 38h 十分位 sudu equ 39h 速度控制 jishk equ 3ah 记时开始 zhond equ 3bh zhodu equ 3ch zhon equ 3eh maicho equ 3fh jinweb equ 40h bhcs。