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基于AT89C5 1单片机智能电动小车设计

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    标    签:AT89C51单片机PWML293D

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    文档简介

    本设计采用AT89e51单片机对电机进行控制,采用PWM脉宽调制方式实现对直流电机转速的控制,采用

    H型驱动电路控制电机转向。通过IO口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号,信号经过芯片L293D驱动步进电

    机实现智能小车的方向控制。整个系统的电路结构简单,可靠性能高,为工厂的智能控制化做好铺垫。

    文档预览

    2009年第 10期  福 建 电 脑  139  基 于 AT89C5 1单片机智能 电动小 车设计  郭 巧 惠  (仰 恩 大 学计 算 机 与 信 息 学院 福 建 泉 州 362014)  【摘 要 】:本设 计采 用 AT89e51单 片机对 电机 进行 控制 ,采用 PWM 脉宽调制 方式 实现对 直流 电机 转速 的控制 ,采 用  H 型 驱动 电路 控 制 电机 转 向 。通 过 IO 口输 出的 具 有 时 序 的 方 波 作 为 步 进 电机 的 控 制 信 号 ,信 号 经过 芯 片 L293D驱 动 步 进 电  机 实现 智 能 小 车 的 方 向控 制 。 整 个 系统 的 电路 结 构 简单 ,可 靠性 能 高 ,为 工 厂 的 智 能控 制 化做 好 铺 垫 。  【关键词 】:AT89C51单片机 ,PWM,L293D  一 前 言  、 随着 汽 车 工业 的迅 速发 展 .关 于 汽 车 的 研 究 也 就 越 来 越 受  2、单 片 机 小 系 统 避 障设 计  AT89C51是 片 内 有 ROM/EPROM 的 单 片 机 。因 此 .这 种 芯  人关 注。 全 国 电子 大 赛 和 省 内 电 子 大 赛 几 乎 每 次 都 有 智 能 小 车  片 构 成 的 最 小 系 统 简 单 、可靠  用 AT89C51单 片机 构成 最 小 应  这 方 面的 题 目 ,全 国各 高校 也 都 很 重 视 该 题 目的研 究 。特 别 在智  用 系 统 时 。只要 将 单 片机 接 上 时钟 电路 和复 位 电 路 即 可 。如 图 3  能 控 制 方 面 。小 车 按 固定 的轨 道 运 行 (寻 迹 )以及 遇 见 紧 急 情 况  所 示 。  (行 人 )可 以避 开 (避 障 ),在 工 厂 里 的 智 能控 制 方 面 非 常 重 要 。因  3、避 障 电路 设 计  此 智 能 电动 小 车 的设 计也 越来 越 重 要 。 下 面 我们 就从 智 能 电动  避 障 系统 采 用 的是 超 声 波检 测 。接 收 电路 的输 出端 接 单 片  小 车 的设 计 展 开 论述  机 的外 部 中断 源 输 人 口。系统 定 时 发 射 超 声 波 .在 启 动 发 射 电路  二 、总 体 设计 框 图 及 控 制 原 理  的 同时 启 动 单 片 机 内部 的定 时 器 .利 用 定 时 器 的技 术 功 能 记 录  本 智 能 电 动小 车设 计采 用 AT89C51作 为 控 制 器 .开 始 由手  超 申博 发 射 的 时 间 和接 收 到 发 射 波 的时 间 。但 收 到 超 声 波 的 反  动启 动 小 车 。并 复 位 。当经 过 规 定 的 起 始 黑 线 。由 超 声 波 传 感 器  射 波 时 。接 收 电路 输 出 端产 生 一 个 负 跳 变 .在 单 片 机 的 外 部 中 断  和 红 外 光 电传 感 器 检 测 。通 过 单 片 机 控 制 小 车 开 始 避 障 、调 速 ;  源 输 入 口产 生一 个 中断 请 求 信 号 ,单 片机 相 应 外 部 中断 请 求 。执  系统 的 自动 避 障功 能 通 过 超 声 波 传 感 器 正 前 方 检 测 和 红 外 光 电  行 外 部 中 断 服务 子 程 序 。读 取 时 间差 ,计 算 距 离 。避 障 电 路 如 图  传 感 器 左 右 侧 检 测 ,由单 片 机 控 制 实 现 ;在 电动 车 进 驶 过 程 中 ,  4所 示 。  采 用 双 极 式 H 型 PWM 脉 宽 调 制 技 术 . 以提 高 系 统 的 静 动 态性  能 。  系统 控 制框 图如 图 l所 示 :  ‘  图 1系 统 控 制 框 图  三 、分 部 硬件 设 计  1、小车 本 体 选择  为 了方 便 我们 选 用 四轮 式 行 走 机 构 .它 具 有 以下 特 点 :结构  简单 、运 动 平稳 、移 动 速 度 快 、易 于 控 制 。车体 框 架 ,基 于方 便 ,我  们 以对称 结 构 为 基 础设 计 。 电 动小 车 整 体 图 如 图 2所示 。  ■ 电臻麓桎 钳电蘑  十蕞t  ●硼   置彻   图 2样 车 图  图 3 AT89C51单 片 机 最 小 系 统  图 4 超 声 波避 障  4、小 车 寻 迹 电 路设 计  利 用 红 外 线 在 黑 线 和 白纸 对 光 的 反 射 系 数 不 同 的 特 点 .在  小 车 在 行驶 过程 中不 断 向 地 面 发 射 红 外 光 .根 据 接 收 到 的 反射  光 强 弱来 判 断是 否 是 黑 线 。利用 这 个 原 理 .可 以控 制 小 车 行 走 的  路 迹 。 当红 外 发 射 管 发 射 红外 线 信 号 。经 白 色反 射 后 。被 接 收 管  接 收 ,一 旦 接 收 管 接 收 到 信 号 ,光 敏 三极 管 导 通 。比 较 器 输 出低  电 平 ,而 红 外 线 信 号 经 黑 色 吸 收 后 ,光 敏 三 极 管 截 止 。比较 器 输  出 高 电平 ,这 就 实现 了通 过 红 外 检 测 信 号 的功 能 。将 检 测 到 的信  号送 到单 片 机 进 行 分 析处 理 。 然后 将处 理后 的结 果 发送 到 电机  驱 动模 块 。进 行校 正 。为 了保 证 小 车 沿 黑 线 行 驶 ,我 们采 用 了 四  个 线 外 探 测 头 进 行 并 行排 列 。进 行 两 级 方 向 纠 正 控 制 .这 样 控 制  精 度 得 以提 高 。在 小 车 行 走 过 程 中 ,若 向 左 方 向 偏 离黑 线 ,则右  侧 的探 头 就 会 检 测 到 黑线 .把 信 号 传 送 到 单 片机 。进 行 处 理 校  正 。控 制 其 向 右转 。反之 ,向 左 转 。电 路 如 图 5.在 该 电路 中 ,加 比  较 器 LM339的 目的 ,是 使模 拟 量 转 化 为 开 关 量 。便 于处 理 。为 使  发 射 有 一 定 的功 率 。发 射 回路 要求 不小 于 20mA 的 电 流 。  140  福 建  电 脑  2009年第 10期  所 测 对应 电压 值 为 正常 范 围 。  (2)避 障 模 块 :  避 障 模 块 硬 件数 据 测 试 ,用 示 波 器 对 输 出端 进 行 测 试 ,所 得 波  形 如 图 7所 示 。  图 5寻 迹 电 路  图 7超 声 波 接 收 头输 出波  5、电机 驱 动 电 路 设计  所 测 波形 属 正 常 范 围。  智 能小 车 行 走 功 能 的 实 现依 靠 电 机 的驱 动 和 调 速 。 一 个 电  (3)电机 驱 动模 块 :电动 机 能 正常 运 转 。  动 车整 体 的 运 行 性 能 ,首 先取 决 于 它 的 电 池 系统 和 电机 系统 。通  2、实 物 图及 结 论  常使 用 的 电 机 类 型 :步 进 电机 和 直 流 电 机 。直 流 电机 :功 率大 .速  智 能 电动 小 车 实 体 如图 8所 示 .小 车 总 体 的 运 行 情 况 比较  度 快需 要 齿 轮 减 速 器 ,电 流 通 常 大 ,控 制 (PWM),体 形 较 小 ,操  良好 ,能 够 按 照设 定 的路 线 进 行 寻迹 。能 够 进 行 简 单 的避 障 ,但  作 方 便 。  是 性 能方 面 还 有 待进 一 步进 行 提 高 。能够 应 用 于实 际 现 场 中 .提  我 们 采 用 L293D芯 片 ,其 驱 动 电 路 如 图 6所示 。使 用 电 机  高 工 厂 中 的智 能 控 制化  驱 动芯 片 L293D。不 仅 可 以大 大 简 化 驱动 电路 .而 且 功 率 容 量  大 .有 利 于 电机 转 速 的稳 定 。L293D 在 电机 控 制 中 可 以灵 活 的 应  用 .如 对 电 机 输 出 能力 的控 制 .在 单片机 中可 以进 行 脉 宽 调 制  (PWM),实现 对 电机 转 速 的精 确 控 制 。  图 8智 能 电 动 小 车实 物 图  参 考 文 献 :  1.张 红 莲 .基 于 单 片机 的超 声 波测 距 系统 的设 计『M1.PLC&FA.2008.9  3.卓 晴 ,黄 开胜 ,邵 贝 贝.学 做智 能 车【M】.北 京航 空航 天大 学 出版社 .2007.3  2.李 全 利 ,仲伟 峰 ,徐 军 .单 片机 原 理 及 应 用 【M】.清 华 大学 出版社 .2006.2  4.张 丹 ,贺 西 平.基 于单 片机 的超 声波 测 距 系统 的设 计 Ⅱ】.纺 织 高校 基 础科  学学 报 .2008.5  5.韩 志 军 ,沈晋 源 .王振 波 .单 片 机 应 用 系统 设 计 [M].机 械 工 业 出版 社 .  图 6 电 机 驱 动 电路  四 、测 试 数 据 及 实 物 图  l、测 试数 据  (1)寻 迹 模 块 :  20o5.1  6.徐 建 军 .MCS一51系列 单 片机 应 用 及 接 口技 术 【M1.人 民 邮 电 出版社 .  003  7.冯 建 华 ,亮 .单 片 机 应 用 系统 设 计 与 产 品 开 发 fM】.人 民 邮 电 出版 社 .  2oo4  寻 迹 模 块硬 件 数 据 测 试 .当红 外 对 管 下是 白色 和 黑 色 时 所  8.李 云 钢.逢 兴 ,龙 志 强 .单 片机 原 理 与 应 用 系 统 设 计 【M】.中 国 水 利 水 电  对 应 的 电压 值如 下 表 。  熙色  白色   第 1次  第 2次  第 1次  第 z次  左  l 6IV  1.65V  4.23V  4.2lV  中  l 7lV  l 74V  4 35V  4 3IV  右  1.45V  1 48V  4 19V  4l5V  出 版 社 .20o8.6  9.潘 超 群.单 片机 控 制技 术 在 通 信 中 的 应 用 :M CS-5系 列 『M1.电 子 工 业  出 版 社 .2008.8  10.三 恒 星 科 技 .M CS一51单 片机 原 理 与 应 用 实 例 IM 1.电 子 工 业 出版 社  2008.01  . 表 4.1红 外 发 射 对 管输 出 电压 调 试 数 据表  (上 接第 96页 )  参 考 文献 :  出 版 社 .2003  1.刘君 华.基于 labVIEW 的 虚拟 仪 器设{十[M】.北 京 :电子工 业 出版 社,  3.李 威 宣 .余 益 斌 .基 于 虚 拟 仪 器 (vI)技 术 的 小 波 信 号 处 理 研 究 Ⅱ】武 汉  2003  理 工 大 学 学报 ,2004,26(5)  2.扬 乐 平 。李 海 涛 .赵 勇 等 .LabVIEW 高 级 程 序 设 计  .北 京 :清华 大 学  (上 接第 122页 )  2o05,28(4):3o-32  应 用 .水 电 厂 自动 化 .2007。114(4):309-311  2.赵 玉忠 .映 秀 湾 水 电 总 厂 工 业 电视 安 全监 视 系统 .电力 系统 自动 化 .  6.耿 瑞 杰 ,姜 相 东.水 电 厂 工 业 电 视 系统 数 字化 .水 电站 机 电 技 术 .2005.  2000。24(5):59-60  28(3):20—22  3.姜 永 富.五 强 溪 电厂 工 业 电视 监 控 系统 数 字 化 改 造 .水 电 厂 自动化 .  7.刘 明 。李 欣 .扬 霖 .H.264帧 内预 测 算 法 的 研 究 与优 化 .中 国新 通 信 .  2003。91(1):70-74  2009.(9):64-67  4.许 哔 ,刘 书 玉 ,蒋 一 峰.全 数 字工 业 电视 网在 大 朝 山 水 电站 的 应 用.水 电  8.李 仲 男.宽动 态技 术 探 讨.A&S安 防 工 程 商 ,2006,(12):40-42  站 机 电技 术 。2005.28(8):34—35  9.刘 弋 .宽 动 态技 术 详 解.中国公 共 安 全 :智 能 交通 .2006.(5):42—44  5.邰 圣 平 .栗钢 .基 于 数 字 化 主 干 的 工 业 电视 监 视 系 统 在 梯 级 水 电 站 的 

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