基于单片机的电动智能小车.doc

基于单片机的电动智能小车 通过研发实现了一种以光电传感器为敏感元件，以 AT89C51 单片机为控制核心的电动循迹小车的智能控，该系统还包括直流电机、L9110 芯片和 LM324 比较器等。 本设计采用 AT89C51 单片机作为智能小车核心控制器。本系统以单片机为控制核心 ,实现电动车的前进、退、左转和右转功能.通过角度传感器 [ 1 ]检测跷跷板角度的变化 ,利用增量式 PI算法 [ 2 ]控制电动车寻找平衡点 ,同时运用光电传感器检测黑线 ,使电动车在行驶过程中保持直线运动且不会脱离跷跷。 一．方案设计 电动车的速度、位置、运行状况的实时测量 ，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。这种方案能实现对电动车的运动状 态进行实时控制，控制，灵活可靠 ，精度高 ，可满足对系统的各项要求。 直流调速系统采用脉宽调速系统，其主电路采用脉宽调制式变换器，简称PWM变换器。由于PWM调速 系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易 连续，系统的低速运行平稳，调速范围较宽，可达1：10000左右。 由于电流波形比 V-M系统好，在相同的平均电流下，电动机的损耗和发热都比较小。同样由于开关频率高，若与快速响应的电机相配合，系统可以获得很宽的频带，因此快速响应性能好，动态抗扰能力强。根据以上综合 比较，以及本设计中受控电机的容量和直流电机调速的发展方向，本设计采用了H型单极型可逆 PWM变换器进行调速。 1.1光电检测模块设计 该智能小车在贴有黑线的白纸“路面”上行驶，因此本模块设计需要检测铺在行驶区 的 黑 胶 带，包 括直线行驶区和沿弧线行驶区两个区域。由于黑线和白纸对光线的反射系数不同可根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”---黑线。本文采用的是简单实用的检测方法，即红外探测法。 红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物理表面具有不同的反射性质的特点。在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色地面时发生漫发射，反射光被装在小车上的接收管接收； 如果遇到黑线则红外光被吸收，则小车上的接收管接收不到信号。 1.2信号比较模块设计 输送给单片机，用于检测传感器的敏感性，电路图如图 5 所示。当两个传感器同时检测到光时，直线前进。当传感器检测不到光时，处于截止状态，双运算放大器 LM324 输出低电平给单片机，由程序处理； 若左路未检测到光，则向左纠正方向； 若右路未检测到光，则向右纠正方向。 1.3电机控制与驱动模块设计 由于采用的是双驱动的小车，这部分电路必须能够输出两个不同的电压值，分别去控制小车的左、右两个驱动电机，使小车的两个车轮的转速和方向相同或不同，从而来控制它的前进和转弯。在系统的设计过程中，用两个 L9110 芯片来分别连接单片机和直流电机。L9110 是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片 IC 之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。该芯片有两个 TTL / CMOS 兼 容 电 平 的 输 入，具有良好的抗干扰性； 两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，它具有较大的电流驱动能力，每通道能通过800mA 的持续电流，峰值电流能力可达 1.5 ～ 2.0A； 同时它具有较低的输出饱和压降与静态电流； 内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管的使用上安全可靠。 循迹小车系统以常见的 AT89C51 单片机为核心，辅以较简单的元器件和电路设计，在顺利完成循迹功能的前提下，又充分考虑到了外观、成本等问题，因此小车的大部分电路由手工焊接完成。在设计中，我们没有在电路中增加冗余的功能，但是保留了各种硬件接口和软件子程序接口，方便以后的扩展和开发。 二．系统硬件设计系统硬件设计 2. 1 电机驱动模块设计 在制作智能小车时, 后左、右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流减速电机进行驱动, 车头前部装一个方向轮, 然后通过 I/O 口控制两个直流减速电机的转速和转向就可以实现小车的左转、右转和直行。 电机驱动采用片集成电机驱动芯片L 298N。L298N是ST公司的产品, 内部包含 4通道逻辑驱动电路, 是一种二相和四相电机的专用驱动器, 即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器, 接收标准 TTL逻辑电平信号, 可驱动 46V、2A 以下的电机。 2. 2 寻迹模块设计 寻迹模块主要由光电反射式传感器组成。光敏电阻的阻值随周围环境光线的变化而变化, 当光线照射到白线上面时, 光线发射强烈; 光线照射到黑 线上面时, 光线发射较弱。因此当光敏电阻在白线和黑线上方时, 阻值会发生明显的变化, 将阻值的变化值