单片机控制的电动小车.doc

单片机控制的电动小车 摘 要 电动小车，是一种具有智能化的能够通过通信技术或编程等手段完成特定任务的智能化小车。随着电子技术的不断发展，人们发明了各式各样的具有感知、决策、行动和交互能力的智能小车。本设计是基于自动控制原理，针对多通道多样化传感器的综合控制；采用Atmel公司生产的AT89S51为主控制器，其中，采用光敏二极管用来检测光源，超声波传感器用来检测障碍物，红外传感器用来寻线，金属传感器用来检测金属。以此为基本框架，使用C语言来编写单片机应用程序，主要是因为C语言有较好的可移植性和硬件控制能力，并且其表达和运算能力也较强。这样最终实现了电动车从起跑线出发，经过一定的路线即直道区、弯道区、障碍区最后进入到指定的车库中，实现了具有一定自适应能力的电动车。全部或部分由电机小车电动小车纯电动小车、混合动力电动小车和燃料电池电动小车三种类型。小车是现代社会的重要交通工具，为人们提供了便捷、舒适的出行服务，然而传统燃油车辆在使用过程中产生了大量的有害废气，并加剧了对不可再生石油资源的依赖。经过多年讨论和探索，国内对于小车比较一致的看法是：21世纪是个能源挑战的世纪，小车。“零排放”的电动小车可减少对环境的污染减少石油资源的消耗充分利用晚间富余电力，提高经济效益提高能源利用效率能够促进科技进步和产业结构的改组发展电动车不仅对全球而且对我国都具有重大的长远和现实意义A点出发，经过一定得路线进入到指定的车库中，其路线可以分为4个区。 图2.1 电动小车行驶路线 直道区：在直道区，电动车从A点出发后，沿黑色路线到达B点。在“～B点到达C点（也可脱离圆弧引导线到达C点）。C点下埋有正方形薄铁片，要求电动小车到达C点检测到薄铁片后在C点处停车5秒，停车期间发出断续的声光信息。 障碍区：在障碍区，电动小车在光源的引导下，通过障碍区进入停车区。电动小车必须在两个障碍物之间通过而且不得与其接触。 车库：障碍区过后就是电动小车的最后目的地——车库，经过了障碍区后，电动小随后进入车库，在电动小车进入车库后立即停车，停车后会显示行驶时间。 2.2 系统总体设计 电动小车的中安装光敏二极管用来检测光源，超声波传感器用来检测障碍物，红外传感器用来寻线，金属传感器用来检测金属，后边将介绍这些传感器的设计与制作。 电动小车的的控制部分主要包括主控制器、电机驱动与步进电机、供电电源、寻线电路、金属检测、障碍物检测、光源检测、声光报警以及显示9个部分。 （1）主控制器 主控制器负责控制与协调各种传感器的检测以及电机的控制，并实现简单的控制算法。在电动小车中，主控制器是实现只能的中心部件，其工作效率的高低关系到系统效率的高低以及系统运行的稳定性。51系列单片机成本低，稳定性好，且运行速度基本能满足该系统的要求。本系统中采用Atmel公司生产的AT89S51来实现。 （2）电机驱动与步进电机 电动小车需要由电机来驱动其运动，根据系统对速度以及定位精度的要求，选择了步进电机作为其驱动设计问题。步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，通俗地说：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。步进电机靠一种叫环形分配器的电子开关器件，通过功率放大器使励磁绕组按照顺序轮流接通直流电源。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。35BY48S03型永磁式步进电机，驱动采用了ULN2003。 （3）供电电源 电动小车中有两大部分需要供电，一个是单片机以及检测传感器部分，这个部分一般式TTL电平，需要单+5V电源来供电；另一个是步进电机需要的电源，根据上述步进电机的选型，需要采用+9V～+12V+9V，400mAh7805来降压给单片机供电。 （4）寻线电路 寻线电路采用红外对管进行检测并且寻线运动。引导线是黑颜色，不宜反光，利用这一特性选用红外对管，当其输出信号照射到黑色引导线上时输出一个非常微弱的低电平。这个过程是一个辐条变的过程，通过对此信号高低电平的检测就可以知道小车是否在沿着引导线行驶。在实际系统中，需要在电动小车上的不同位置安装多个红外对管来检测引导线，并且使得小车沿着引导线前进。在本系统中，在电动小车的前部朝地面方向安装了3个红外对管，分别是“左、中、右”，而红外对管采用了常用的ST188红外对管。 （5）金属检测 交流电流过具有电感的电路时，电感有阻碍交流电流过的作用，这种作用叫做感抗LC振荡电路的原理，当电路中的L或者C的大小发生变