超声波避障小车设计Word文件下载.docx
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(3)新型显示芯片的采用
关键词80C51单片机、光电检测器、PWM调速、电动小车
Title
Abstract
80C51isa8bitsinglechipcomputer.Itseasilyuseingandmulti-functionsufferlargeusers.ThisarticleintroducetheCCUTgraduationdesignwiththe80C51singlechipcopmuter.Thisdesigncombineswithscientificresearchobject.Thissystemregardtherequestofthetopic,adopting80C51forcontrolingcore,supersonicsensorfortestthehinder.Itcanruninahighandalowspeedorstopautomatically.Italsocanrecordthetime,distanceandthespeedorsearchinglightandmarkautomaticallyTheelectriccircuitconstructionofwholesystemissimple,thefunctionisdependable.Experimenttestresultsatisfytherequest,thistextemphasizesintroducedthehardwaresystemdesignsandtheresultanalyse.
Theadoptionoftechniqueas:
(1)Reducethespeedbyprogramtheengine;
(2)efficientapplicationofthesensor;
(3)Theadoptionofthenewdisplaychip.
Keywords80C51singlechipcomputer、lightelectricitydetector、PWMspeedadjusting
第一章前言
随着汽车工业的迅速发展,关于汽车的研究也就越来越受人关注。
本设计就是在这样的背景下提出的,指导教师已经有充分的准备。
本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。
设计的智能电动小车应该能够实时显示时间、速度、里程,具有自动寻迹、寻光、避障功能,可程控行驶速度、准确定位停车。
根据题目的要求,确定如下方案:
在现有玩具电动车的基础上,加装光电、红外线、超声波传感器及金属探测器,实现对电动车的速度、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。
本设计采用MCS-51系列中的80C51单片机。
以80C51为控制核心,利用超声波传感器检测道路上的障碍,控制电动小汽车的自动避障,快慢速行驶,以及自动停车,并可以自动记录时间、里程和速度,自动寻迹和寻光功能。
80C51是一款八位单片机,它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。
下面就简要的介绍一下单片机及其典型应用方式:
“单片机”一词是Single-ChipMicrocomputer较准确的译法,但最能准确反映单片机设计思想﹑并且具有技术眼光的词汇是Microcomputer(微处理器)。
之所以出现了Sigle-chipMicrocomputer一词,实在是因为早期,甚至到MCS-51时期,单片机准确地体现了Sigle-chipMicrocomputer的形态和内容。
然而发展到MCS-96,发展到新一代80C51﹑M68HC05﹑M68HC11系列单片机时,在单片机中着力扩展了各种控制功能。
如A/D﹑PWM﹑PCA计数器捕获/比较逻辑﹑高速I/O口﹑WDT等,已突破了Microcomputer的传统内容,朝Microcomputer的内涵发展。
因此,目前已到了该给单片机正名的时候了,国外已逐渐统一成Microcomputer。
从最初的单片机发展到如今的新一代单片机。
大致经历了三个年代。
如以Intel8位单片机为例,这三个年代划大致是:
第一代:
以1976年推出的MCS-48系列为代表,其主要的技术特征是将CPU和计算机外围电路集成到了一个芯片上,作为与通用CPU分道扬镳﹑构成新型工业微控制器取得了成功,为单片机的进一步发展开辟了成功之路。
第二代:
以MCS-51的8051﹑8052为代表,其主要的技术特征是为片机配置了完善的外部并行总线(AB﹑DB﹑CB)和具有多机识别功能的串行通讯接口(UART),规范了功能单元的SFR控制模式及适应控制器特点的布尔处理系统和指令系统,为发展具有良好的兼容性的新一代单片机奠定了良好的基础。
无论是第一代还是第二代单片机都还未突破单片计算机的内涵。
第三代:
以80C51系列为代表,它包括了Intel公司发展MCS-51系列的
一代产品,如8xC152﹑80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8xC451﹑8xC452,还包括了Philips﹑Siemens﹑ADM﹑Fujutsu﹑OKI﹑Harria-Metra﹑ATMEL等公司以80C51为核心推出的大量各具特色﹑与80C51兼容的单片机。
新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩展,以实现Microcomputer完善的控制功能为己任,将一些外部接口功能单元如A/D﹑PWM﹑PCA(可编程计数器阵列)﹑WDT(监视定时器)﹑高速I/O口﹑计数器的捕获/比较逻辑等。
这一代单片机中,在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线,为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。
Philips公司还为这一代单片机80C51系列8xC592单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线----CAN(ControllerAreaNetworkBUS).
新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构,为系统的扩展与配置打下了良好的基础。
Microcontroller并没有过分强调“单片”,因为向单片形式发展是一切先进电子系统都在追求的理想,并不为单片机所专有。
单片机的应用方式随对象、环境、规模不同而大相径庭,不必独崇一宗。
按照所使用单片机的类型不同,单片机应用系统结构可分成总线方式和非总线方式。
总线方式的应用系统中,单片机都具有完善的外部扩展总线,如并行三总线(AB、DB、CB)、串行通讯总线(如UART),通过这些总线可方便地扩展外围单元、外设接口等。
采用总线方式的应用系统多属复杂的工控系统、智能仪表、监测系统,或满足这些应用系统而构成的多机与网络系统。
非总线方式的应用系统省去了外部并行总线,可构成各种小封装芯片,有限的引脚可提供更多的用户I/O口,可使应用系统的芯片数量最少。
非总线方式的应用系统多属小型控制器、测控单元、单元仪表等。
总线方式的单片机在不使用外部并行总线时,外部并行总线引脚可作为I/O口用。
在掩摸用户程序时,还可要求将这些I/O口改造成具有各种驱动能力的I/O口。
本设计就采用了比较先进的80C51为控制核心,80C51采用CHOMS工艺,功耗很低。
该设计具有实际意义,可以应用于考古、医疗器械等许多方面。
第二章方案设计与论证
在现有玩具电动车的基础上,加装光电检测器,实现对电动车的速度、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。
(一)直流调速系统
方案一:
串电阻调速系统。
方案二:
静止可控整流器。
简称V-M系统。
方案三:
脉宽调速系统。
旋转变流系统由交流发电机拖动直流电动机实现变流,由发电机给需要调速的直流电动机供电,调节发电机的励磁电流即可改变其输出电压,从而调节电动机的转速。
改变励磁电流的方向则输出电压的极性和电动机的转向都随着改变,所以G-M系统的可逆运行是很容易实现的。
该系统需要旋转变流机组,至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机,还要一台励磁发电机,设备多、体积大、费用高、效率低、维护不方便等缺点。
且技术落后,因此搁置不用。
V-M系统是当今直流调速系统的主要形式。
它可以是单相、三相或更多相数,半波、全波、半控、全控等类型,可实现平滑调速。
V-M系统的缺点是晶闸管的单向导电性,它不允许电流反向,给系统的可逆运行造成困难。
它的另一个缺点是运行条件要求高,维护运行麻烦。
最后,当系统处于低速运行时,系统的功率因数很低,并产生较大的谐波电流危害附近的用电设备。
采用晶闸管的直流斩波器基本原理与整流电路不同的是,在这里晶闸管不受相位控制,而是工作在开关状态。
当晶闸管被触发导通时,电源电压加到电动机上,当晶闸管关断时,直流电源与电动机断开,电动机经二极管续流,两端电压接近于零。
脉冲宽度调制(PulseWidthModulation),简称PWM。
脉冲周期不变,只改变晶闸管的导通时间,即通过改变脉冲宽度来进行直流调速。
与V-M系统相比,PWM调速系统有下列优点:
(1)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。
(2)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。
(3)由于电力电子器件只工作在开关状态,主电路损耗较小,装置效率较高。
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。
脉宽调速系统的主电路采用脉宽调制式变换器,简称PWM变换器。
脉宽调速也可通过单片机控制继电器的闭合来实现,但是驱动能力有限。
为顺利实现电动小汽车的前行与倒车,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各续流二极管组成的桥式电路。
(二)检测系统
检测系统主要实现光电检测,即利用各种传感器对电动车的避障、位置、行车状态进行测量。
1.行车起始、终点及光线检测:
本系统采用反射式红外线光电传感器用于检测路面的起始、终点(2cm宽的黑线),玩具车底盘上沿黑线放置一套,以适应起始的记数开始和终点的停车的需要。
利用超声波传感器检测障碍。
光线跟踪,采用光敏三极管接收灯泡发出的光线,当感受到光线照射时,其c-e间的阻