畢業(yè)設計無線遙控智能小車Protues仿真代寫程序.doc

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1、 摘要:本設計就采用了比較先進的89C51為控制核心，89C51采用CHOMS工藝，功耗很低。這種方案能實現(xiàn)對智能小車的運動狀態(tài)進行實時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項要求。本設計采用MCS-51系列中的89C51單片機。以89C51為控制核心，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，控制電動小車的自動避障、自動尋跡功能。整個系統(tǒng)小巧緊湊，控制準確，性價比高，人機互動性好。 關(guān)鍵詞:單片機；避障；尋跡；89c51 I 圖2-1系統(tǒng)硬件框圖 三、硬件的設計 （一）系統(tǒng)硬件設計思路 按設計要求，根據(jù)超聲波測距原理，以單片機AT89c51為核心的測液位系統(tǒng)。設

2、計系統(tǒng)各部分電路功能。圖3.1為89C51單片機的最小系統(tǒng)。 圖3.1 89C51單片機最小系統(tǒng) 1.時鐘電路 89C51雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外部附加電路。89C51單片機的時鐘產(chǎn)生方法有兩種。內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。 本設計采用內(nèi)部時鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。本設計采用最常用的內(nèi)部時鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在1.2MHZ到12MHZ之間選擇。電容值無嚴格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度 有少許影響，CX1、CX2可在

3、20pF到100pF之間取值，但在60pF到70pF時振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。所以本設計中，振蕩晶體選擇6MHZ,電容選擇65pF。 在設計印刷電路板時，晶體和電容應盡可能靠近單片機芯片安裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應采用NPO電容。 2.復位電路 89C51的復位是由外部的復位電路來實現(xiàn)的。復位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復位操作所需要的信號。 復位電路通常采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。 最簡單的上電自動復位電路中上電自動復位是通

4、過外部復位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復位。時鐘頻率用6MHZ時C取22uF,R取1KΩ。 除了上電復位外，有時還需要按鍵手動復位。本設計就是用的按鍵手動復位。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復位是通過RST端經(jīng)電阻與電源Vcc接通而實現(xiàn)的。按鍵手動復位電路見圖3.1。時鐘頻率選用6MHZ時，C取22uF, R2取200歐姆，R1取1K歐姆。 單片機用與測控系統(tǒng)時，總要有與被測對象相聯(lián)系的前向通道。因此，前向通道設計與被測對象的狀態(tài)、特征、所處環(huán)境密切相關(guān)。在前向通道設計時要考慮到傳感器或敏感元件選擇、通道結(jié)構(gòu)、信號調(diào)節(jié)、電源配

5、置、抗干擾設計等。在通道電路設計中還涉及到模擬電路諸多問題。 （二）行車起始、終點及光線檢測 本系統(tǒng)采用反射式紅外線光電傳感器用于檢測路面的起始、終點（2cm寬的黑線），玩具車底盤上沿黑線放置一套，以適應起始的記數(shù)開始和終點的停車的需要。利用超聲波傳感器檢測障礙。光線跟蹤，采用光敏三極管接收燈泡發(fā)出的光線，當感受到光線照射時，其c-e間的阻值下降，檢測電路輸出高電平，經(jīng)LM393電壓比較器和74LS14施密特觸發(fā)器整形后送單片機控制。 本系統(tǒng)共設計兩個光電三極管，分別放置在電動車車頭的左、右兩個方向，用來控制電動車的行走方向，當左側(cè)光電管受到光照時，單片機控制轉(zhuǎn)向電機向左轉(zhuǎn)；當右側(cè)光電管

6、受到光照時，單片機控制轉(zhuǎn)向電機向右轉(zhuǎn)；當左、右兩側(cè)光電管都受到光照時，單片機控制直行。見圖3.2電動車的方向檢測電路。 圖3.2電動車的方向檢測電路 采用反射接收原理配置了一對紅外線發(fā)射、接收傳感器。該電路包括一個紅外發(fā)光二極管、一個紅外光敏三極管及其上拉電阻。紅外發(fā)光二極管發(fā)射一定強度的紅外線照射物體，紅外光敏三極管在接收到反射回來的紅外線后導通，發(fā)出一個電平跳變信號。 此套紅外光電傳感器固定在底盤前沿，貼近地面。正常行駛時，發(fā)射管發(fā)射紅外光照射地面，光線經(jīng)白紙反射后被接收管接收，輸出高電平信號；電動車經(jīng)過黑線時，發(fā)射端發(fā)射的光線被黑線吸收，接收端接收不到反射光線，傳感器輸出低電平

7、信號后送89C51單片機處理，判斷執(zhí)行哪一種預先編制的程序來控制玩具車的行駛狀態(tài)。前進時，驅(qū)動輪直流電機正轉(zhuǎn),進入減速區(qū)時,由單片機控制進行PWM變頻調(diào)速,通過軟件改變脈沖調(diào)寬波形的占空比,實現(xiàn)調(diào)速。最后經(jīng)反接制動實現(xiàn)停車。前行與倒車控制電路的核心是橋式電路和繼電器。電橋上設置有兩組開關(guān)，一組常閉，另一組常開。電橋一端接電源，另一端接了一個三極管。三極管導通時，電橋通過三極管接地，電機電樞中有電流通過；三極管截止時，電橋浮空，電機電樞中沒有電流通過。系統(tǒng)通過電橋的輸出端為轉(zhuǎn)向電機供電。通過對繼電器開閉的控制即可控制電機的開斷和轉(zhuǎn)速方向進而達到控制玩具車前行與倒車的目的，實現(xiàn)隨動控制系統(tǒng)的糾偏功

8、能。 檢測放大器方案： 方案一：使用普通單級比例放大電路。其特點是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、價格低廉。但是也存在著許多不足。如抗干擾能力差、共模抑制比低等。 方案二：采用差動放大電路。選擇優(yōu)質(zhì)元件構(gòu)成比例放大電路，雖然可以達到一定的精度，但有時仍不能滿足某些特殊要求。例如，在測量本設計中的光電檢測信號時需要把檢測過來的電平信號放大并濾除干擾，而且要求對共模干擾信號具有相當強的抑制能力。這種情況下須采用差動放大電路，并應設法減小溫漂。但在實際操作中，往往滿足了高共模抑制比的要求，卻使運算放大器輸出飽和；為獲得單片機能識別的TTL電平卻又無法抑制共模干擾。 方案三：電壓比較器方案。電壓比較器的功

9、能是比較兩個電壓的大小，例如將一個信號電壓Ui和一個參考電壓Ur進行比較，在Ui>Ur和Ui

10、至還加正反饋。因此比較器的性能分析方法與放大、運算電路是不同的。 (2)非線性。由于比較器中運放處于開環(huán)或正反饋狀態(tài)，它的兩個輸入端之間的電位差與開環(huán)電壓放大倍數(shù)的乘積通常超過最大輸出電壓，使其內(nèi)部某些管子進入飽和區(qū)或截止區(qū)，因此在絕大多數(shù)情況下輸出與輸入不成線性關(guān)系，即在放大、運算等電路中常用的計算方法對于比較器不再適用。 (3)開關(guān)特性。比較器的輸出通常只有高電平和低電平兩種穩(wěn)定狀態(tài)，因此它相當與一個受輸入信號控制的開關(guān)，當輸入電壓經(jīng)過閾值時開關(guān)動作，使輸出從一個電平跳變到另一個電平。由于比較器的輸入信號是模擬量，而它的輸出電平是離散的，因此電壓比較器可作為模擬電路與數(shù)字電路之間的過渡

11、電路。 由于比較器的上述特點，在分析時既不能象對待放大電路那樣去計算放大倍數(shù)，也不能象分析運算電路那樣去求解輸出與輸入的函數(shù)關(guān)系，而應當著重抓住比較器的輸出從一個電平跳變到另一個電平的臨界條件所對應的輸入電壓值（閾值）來分析輸入量與輸出量之間的關(guān)系。 如果在比較器的輸入端加理想階躍信號，那么在理想情況下比較器的輸出也應當是理想的階躍電壓，而且沒有延遲。但實際集成運放的最大轉(zhuǎn)換速率總是有限的，因此比較器輸出電壓的跳變不可能是理想的階躍信號。電壓比較器的輸出從低電平變?yōu)楦唠娖剿毜臅r間稱為響應時間。響應時間越短，響應速度越快。 減小比較器響應時間的主要方法有： (1)盡可能使輸入信號接近理

12、想情況，使它在閾值附近的變化接近理想階躍且幅度足夠大。 (2)選用集成電壓比較器。 (3)如果選用集成運放構(gòu)成比較器，為了提高響應速度可以加限幅措施，以避免集成運放內(nèi)部的管子進入深飽和區(qū)。具體措施多為在集成運放的兩個輸入端聯(lián)二極管。如圖3.3電壓比較器電路所示： 圖3.3 電壓比較器電路 在本設計中，光電傳感器只輸出一種高低電平信號且伴有外界雜波干擾，所以我們嘗試采用了一種滯回比較器。簡單電壓比較器結(jié)構(gòu)簡單，而且靈敏度高，但它的抗干擾能力差，也就是說如果輸入信號因受干擾在閾值附近變化，則比較器輸出就會反復的從一個電平跳到另一個電平。如果用這樣的輸出電壓控制電機或繼電器，將出現(xiàn)頻繁動

13、作或起?，F(xiàn)象。這種情況，通常是不允許的。而滯回比較器則解決了這個問題。滯回比較器有兩個數(shù)值不同的閾值，當輸入信號因受干擾或其他原因發(fā)生變化時，只要變化量不超過兩個閾值之差，滯回比較器的輸出電壓就不會來回變化。所以抗干擾能力強。 但是，滯回比較器畢竟是模擬器件，溫度的漂移是它無法消除的。 方案四：施密特觸發(fā)器。 綜合考慮系統(tǒng)的各項性能，最后我們決定采用數(shù)字器件——施密特觸發(fā)器。 施密特觸發(fā)器是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的變形，它有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，觸發(fā)方式為電平觸發(fā)，只要外加觸發(fā)信號的幅值增加到足夠大，它就從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。施密特觸發(fā)器具有與滯回比較器相類似的滯回特性，但施密特觸發(fā)器的抗干擾能力比滯回比較器更強。 - 7 -