电动智能小车的设计

中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：1007-0745（2012）12-0300-02

摘 要：设计一台智能电动小车,其采用STC89S51单片机作为小车的检测和控制核心,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,利用红外传感器检测道路上的黑线进行寻迹,应用光敏电阻进行光源的寻找.整个系统的电路结构简单,可靠性能高.实验测试结果令人满意,本文着重介绍了该系统的硬件设计方法及测试结果分析.

关 键 词：51单片机超声波传感器光电检测器PWM调速

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.全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目,设计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、准确定位停车是工科大学生课外训练的一个实用平台.

1硬件方案设计

运用空白的电路板做车体,在车体的左右各安上一个带有电动机驱动的车轮,在车子的后方安一个万向轮,这样就行成了一台简易的小车车体了,在小车车体上加装各种传感器,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.

1.1直流调速系统

脉冲宽度调制（PulseWidthModulation）PWM方式：采用晶闸管的直流斩波器的基本原理,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.

本设计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个续流二极管组成的桥式电路.

1.2路面检测控制系

检测控制主要实现光电距离的检测,即利用各种传感器对电动车的避障、位置、行车状态进行测量控制.

本系统采用反射式光电传感器用于检测路面的起始、终点和路面的轨迹（电工的黑胶带）,小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,小车的中间放置三套,以确定能沿轨迹行走.检测电路采用反射接收原理配置成对.该电路包括一个高亮发光二极管、一个光敏三极管及其上拉电阻.高亮发光二极管发射一定强度的光照,红外光敏三极管在接收到反射回来的光线后导通,发出一个电平跳变信号.

1.3障碍物检测

障碍物检测是利用超声波传感器检测控制的.采用T/R-40-12小型超声波传感器作为探测前方障碍物体的检测元件,其中心频率为40Hz,由80C51发出的40KHz脉冲信号驱动超声波传感器发送器发出40KHz的脉冲超声波,如小车前方遇到有障碍物时,此超声波信号被障碍物反射回来,由接收器接收,经LM318放大,再经带有锁相环的音频解码芯片LM567解码,当LM567的输入信号大于25mV时,输出端由高电平变为低电平,表明前方有障碍特送单片机处理.

1.4光源检测

光线跟踪,采用光敏三极管接收LED灯发出的光线,当感受到光线照射时,其c-e间的阻值下降,检测电路输出高电平,经LM393电压比较器整形后送单片机控制.本作共设计两个光敏三极管,分别放置在智能小车车头的左、右两个方向,用来控制电动车的行走方向,当左侧光电管受到光照时,单片机控制转向电机向左转；当右侧光电管受到光照时,单片机控制转向电机向右转；当左、右两侧光电管都受到光照时,单片机控制直行.

1.5智能小车行进方向

三套光电传感器固定在底盘前沿,贴近地面.正常行驶时,发射管发射白光照射地面,光线经白纸反射后被接收管接收,输出高电平信号；电动车经过黑线时,发射端发射的光线被黑线吸收,接收端接收不到反射光线,传感器输出低电平信号后送单片机处理；如果小车行驶在没有黑色轨道的路上,则小车进入寻光模式,哪里光照强就往哪去；无论小车处于寻光模式还是处于寻迹模式,障碍物始终具有最高的优先权,遇到障碍物小车拐弯.

小车会通过检测到的信号判断执行哪一种预先编制的程序来控制自身的行驶状态.前进时,驱动轮直流电机正转,进入减速区时,由单片机控制进行PWM变频调速,通过软件改变脉冲调宽波形的占空比,实现调速.最后经短路制动实现停车.前行与倒车控制电路的核心是桥式电路.

1.6行车距离检测

由于红外检测具有反应速度快、定位精度高,可靠性强以及可见光传感器所不能比拟的优点,故采用红外光码盘测速没距方案.

原理：将光栅安装在电机轴上,当电机转动时,光栅也随之转动,同时安装在光栅一侧的红外发光二极管点亮,在光栅的另一侧设有红接收管,用于接收红外发光二极管发出的红外线信号.由于光栅随电机高速转动,则红外线三极管接收到的就是一系列脉冲信号.将该信号传输到80C51单片机的内部计数器计数,根据预先实测的数据换算关系即可计算出电动机车的行车速度和距离.

1.7显示电路

本设计中用两片4位八段数码管显示器,并具有双重功能,在小车不行驶时其中一片显示年﹑月,另一片显示时﹑分；当小车行驶时,分别显示时间和行驶距离/速度.

2软件设计

在进行微机控制系统设计时,除了系统硬件设计外,大量的工作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序.因此,软件设计在微机控制系统设计中占重要地位.对于本系统,软件更为重要.