天津电子信息职业技术学院(首页)-职业技术-电子信.doc

PAGE PAGE 5 摘 要 本系统采用单片机C8051F005作为核心器件对小汽车行驶的自动控制。控制过程是利用反射型光电传感器识别路面黑线信息，保证小车能够有效的寻迹和停止。采用角度传感器测量坡度，通过数据采集系统的处理，完成电动小汽车在跷跷板处于任何角度时的速度及方向控制。利用PWM （脉宽调制）技术控制直流电机的转速，时间用数码管显示。本设计共使用五支反射型光电传感器，其中利用四支控制车轮的转向，一支控制前进、停止。整个系统较好的实现了题目的要求，达到了较高的性能指标。 关键词：单片机C8051F005，反射型光电传感器，角度传感器，PWM技术 一、 方案的论证与选择 根据题目的基本要求，分别对系统各模块进行论证。 1、 单片机的选择 方案一： 采用传统的89C51芯片作为小车的控制中心。51单片机具有价格低廉使用简单等特点，但其运算速度较低。功能比较单一，内部资源比较少，在对小车进行控制时必须外扩芯片， 且本系统需要A/D、D/A转换模块但89C51中没有，需要外加，控制过程相对比较繁琐。 方案二： 采用单片机C8051F005作为控制中心。C8051F系列单片机的指令系统与传统的80C51单片机完全兼容，且单片机C8051F005具有丰富的内部资源，并且包含12位精度的A/D、D/A转换模块，方便了模拟、数字信号的转换，不需要再外加A/D、D/A转换模块，并且由于采用流水线技术，比标准51系列单片机快约12倍，除此之外C8051F系列单片机还具有操作简单，在线下载易于调试等优点，完全适合于对小车的控制。尤其是其具有丰富的中断源为接收传感器的信息提供了很大的方便。 基于上述分析，所以选择方案二。 2、 电动机驱动调速模块的选择 方案一： 采用步进电机作为驱动源，此种方案可以轻松地达到调速的目的，但是在原有的小车结构上找到合适的步进电机比较困难，同时也加大了系统的复杂程度，更提高了硬件改造的困难程度，而且步进电机的价格也比较高。 方案二： 采用由达林顿管组成的H型PWM电路。PWM电路由四个大功率晶体管组成H桥电路构成，四个晶体管分为两组，交替导通和截止，用单片机控制达林顿管使之工作在开关状态，通过调整输入控制脉冲的占空比，精确调整电动机转速。这种电路由于管子只工作在饱和和截止状态下，效率非常高。H型电路使实现转速和方向的控制简化，且电子开关的速度很快，稳定性极强，是一种广泛采用的PWM调速技术。 基于上述分析，拟采用方案二。 3、 路面黑线探测模块的选择 探测路面黑线的工作原理是：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸的反射系数不同，可根据接收到的反射光强弱判断是否到达黑线 方案一： 不调制的反射式红外发射—接收器。由于采用红外管代替普通可见光管，可以降低环境干扰；但如果直接用直流电压对管子进行供电，限于管子的平均功率要求，工作电流只能在10mA左右，仍然容易受到干扰。 方案二： 采用电光开关（E3F-DS0C4），此电光开关默认为低电平，当检测到黑线时会输出高电平给单片机，从而产生中断。此电路有助于降低输入阻抗且硬件电路简单易于软件控制，还可以有效将光电检测结果送入单片机处理。 基于上述考虑，拟采用方案二。 4、 显示选择 方案一：采用静态驱动法。输出一次显示数据后，所有数码管可以一直保持显示，只需要改变显示内容时才重新发送一次显示数据，但实时性差，不宜采用。 方案二：采用动态驱动法原理。每只数码管轮流显示各自的字符。由于人眼具有视觉暂留特性，当每只数码管显示的时间间隔小于1/16S时人眼感觉不到闪烁，看到的是每只数码管常亮。 以上两种方案综合考虑，采用方案二。 5、 电源的选择 方案一：双电源供电。用两个电源分别给控制系统和电机系统供电将两个系统完全隔离，利用光电耦合传输信号，这样做虽然可以将电动机驱动所造成的干扰大大降低但操作复杂不如单电源方便灵活。 方案二：采用单一电源（6节AA电池）供电方案，并在单片机与电机驱动电路间采用了光电耦合器进行连接，这样既能简化电路，提高了电源的可靠性，从而提高系统的稳定性。 基于上述分析，拟采用方案二。 二、系统框图及工作原理 图2-1给出了系统组成框图，数据采集通过反射型光电传感器完成对黑线的检测，并以电信号脉冲的形式送入单片机的中断源，五支反射型光电传感器依图由上至下顺序分别与单片机的P1.6、P1.7、P0.2、P1.5、P1.4相接，单片机对送来的信号进行分析、处理，角度传感器将采集的信息通过A/D模块进行采集，经处理后发出指令对小车实施控制，使电动车在行驶中速度得以调整。另外，单片机通过内部时钟对行驶时间进行记录并显示。 单片机 单片机 前左传感器 前右传感器 中传感器 后左传感器 后右传感器 角度传感器 驱动电机 LED显示 图1 系统组成框图 三、系