基于sc89c51單片機(jī)的智能電動(dòng)小車(chē)設(shè)計(jì)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電子商務(wù)也進(jìn)入了快速發(fā)展階段。本研究設(shè)計(jì)的智能電動(dòng)小車(chē)能實(shí)時(shí)顯示時(shí)間和里程,并可程控行駛速度及準(zhǔn)確定位停車(chē)。1電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓的控制采用以STC89C51單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng),該系統(tǒng)可分為單片機(jī)控制電路、電機(jī)控制電路、尋跡檢測(cè)電路、里程檢測(cè)電路、LED顯示電路、聲光指示電路及電源電路。其整機(jī)框圖如圖1所示。采用STC89C51單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元,當(dāng)小車(chē)行駛時(shí),利用單片機(jī)的14、15腳電位的高低控制三極管的截止和導(dǎo)通狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)小車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)功能。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓由STC89C51單片機(jī)的P1.1和P1.2分別控制,當(dāng)P1.1為1、P1.2為0時(shí),電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓為+5V,小車(chē)進(jìn)入高速行駛狀態(tài);當(dāng)P1.1為0、P1.2為1時(shí),電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓為+3V,小車(chē)進(jìn)入低速行駛狀態(tài)。當(dāng)P1.0為高電位時(shí),電機(jī)供電三極管D880截止,關(guān)閉電機(jī)電源實(shí)現(xiàn)停車(chē)功能;當(dāng)P1.0為低電平時(shí),D880輸出電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓,小車(chē)按單片機(jī)的指令執(zhí)行各種功能。2尋跡檢測(cè)功能當(dāng)小車(chē)在白色平板上行駛時(shí)輸出為高電平,當(dāng)檢測(cè)到黑線時(shí)輸出即改為低電平,使單片機(jī)的P3.2口發(fā)生高低電平跳變,經(jīng)放大整形后送入單片機(jī)進(jìn)行分析處理,單片機(jī)運(yùn)行程序后實(shí)現(xiàn)小車(chē)的尋跡檢測(cè)功能。小車(chē)行駛時(shí)霍爾器件輸出高電平,當(dāng)車(chē)輪內(nèi)側(cè)的磁鐵靠近霍爾器件平面時(shí),霍爾器件就會(huì)輸出低電平,這時(shí)車(chē)輪每轉(zhuǎn)一周就由其產(chǎn)生一個(gè)低電平脈沖,使單片機(jī)外部中斷1產(chǎn)生中斷,從而使里程脈沖數(shù)累計(jì)一次,實(shí)現(xiàn)里程計(jì)數(shù)并通過(guò)數(shù)碼管顯示。單片機(jī)中程序正常運(yùn)行時(shí)通過(guò)P2口和P0口驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管點(diǎn)亮,P2口正常工作時(shí)需接限流電阻,電流減小后不足以點(diǎn)亮數(shù)碼管,需經(jīng)三極管放大送入數(shù)碼管的公共端點(diǎn)亮數(shù)碼管,同時(shí)顯示小車(chē)行駛時(shí)間和路程。2.1接收管光電極的設(shè)計(jì)尋跡檢測(cè)電路主要用于檢測(cè)跑道黑線標(biāo)志。采用紅外發(fā)射管和接收管制作光電尋跡傳感器,紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線,當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射。若紅外接收管能接收到反射回來(lái)的光線時(shí)說(shuō)明檢測(cè)出白線繼而輸出低電平,反之則說(shuō)明檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平。其中的發(fā)射管是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管,而接收管則是一個(gè)高靈敏度的硅平面光電三極管。用于檢測(cè)跑道標(biāo)志的脈沖信號(hào)由光敏二極管和光敏三極管電路組成,電路如圖2所示。當(dāng)紅外線遇到白色物體時(shí)會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈漫反射,被裝在小車(chē)上的接收管接收后即輸出高電平“1”;而當(dāng)遇到黑線時(shí)則紅外光被吸收,這時(shí)小車(chē)上的接收管收不到紅外光,輸出的則是低電平“0”。單片機(jī)是以能否接收到反射回來(lái)的紅外光為依據(jù)來(lái)確定黑線位置和小車(chē)將要行走的路線。當(dāng)小車(chē)在白色平板上行駛時(shí)輸出為高電平,Q6發(fā)射極對(duì)地,Q6導(dǎo)通,+5V經(jīng)R1為Q6提供集電極偏置電壓,Q7基極為高電平,發(fā)射極對(duì)地,使Q7導(dǎo)通,Q7集電極輸出高電平送入單片機(jī)的P3.2口。當(dāng)小車(chē)行駛至黑線時(shí)輸出為低電平,Q6發(fā)射極對(duì)地,Q6截止,Q6集電極輸出低電平到Q7基極,+5V經(jīng)集電極電阻R2給Q7提供偏置電壓,使Q7截止。Q7輸出低電平送入單片機(jī)P3.2口,從而使單片機(jī)P3.2口的輸入脈沖發(fā)生高低電平變化,低電平用作中斷計(jì)數(shù)判斷。2.2電機(jī)的正/偏轉(zhuǎn)功能設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用兩對(duì)推挽式放大電路,利用單片機(jī)的P3.4和P3.5口電位的高低變化來(lái)控制三極管的截止和導(dǎo)通狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)小車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正/反轉(zhuǎn)功能。為了防止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)單片機(jī)的干擾,提高單片機(jī)的穩(wěn)定性,本電路在電機(jī)的兩端裝有抗干擾電容。其電路組成如圖3所示。輸入電壓+5V同時(shí)加在兩個(gè)三極管Q12和Q13的發(fā)射極上,先使Q12導(dǎo)通,產(chǎn)生的基極電流流過(guò)R6給Q10提供集電極偏置電壓。當(dāng)P3.5為高電平、P3.4為低電平時(shí),電壓經(jīng)R10為Q10提供基極偏置電壓,產(chǎn)生基極電流,使Q10導(dǎo)通,經(jīng)Q10的發(fā)射極電阻R8給Q9提供基極電流,Q9導(dǎo)通,Q12集電極電流流進(jìn)電機(jī)一端,電機(jī)的另一端流向Q9集電極,Q9發(fā)射極等效對(duì)地,構(gòu)成回路。當(dāng)P3.5為低電平、P3.4為高電平時(shí),電壓經(jīng)R6給Q6提供基極電壓,+5V電壓加到Q2發(fā)射極上使Q2導(dǎo)通,產(chǎn)生的基極電流經(jīng)R7流入Q11集電極,使Q11導(dǎo)通,Q11發(fā)射極輸出的電流經(jīng)R9流進(jìn)Q8基極,Q8導(dǎo)通,Q13集電極輸出的電流流進(jìn)電機(jī)一端,另一端流入Q8集電極,Q8發(fā)射極等效對(duì)地,構(gòu)成回路。從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正/反轉(zhuǎn)功能。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓由STC89C51單片機(jī)的P1.7和P1.6分別控制,P1.0為電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)關(guān)電壓,利用兩個(gè)穩(wěn)壓管與三極管構(gòu)成的電路實(shí)現(xiàn)小車(chē)的變速功能。2.3公里計(jì)數(shù)控制將霍爾器件安裝在小車(chē)后左輪,小塊磁鐵鑲嵌在車(chē)輪內(nèi)側(cè)。小車(chē)行駛時(shí)霍爾器件輸出高電平,當(dāng)車(chē)輪內(nèi)側(cè)的磁鐵靠近霍爾元件平面時(shí)使得霍爾器件輸出低電平,車(chē)輪每轉(zhuǎn)一周就由其產(chǎn)生一個(gè)低電平脈沖,使單片機(jī)外部中斷1(P3.3)產(chǎn)生中斷,從而使里程脈沖數(shù)累計(jì)一次。車(chē)輪旋轉(zhuǎn)過(guò)程中,A3144E輸出端將快速產(chǎn)生高低電平跳變,從而實(shí)現(xiàn)小車(chē)?yán)锍逃?jì)數(shù)功能。根據(jù)本小車(chē)輪子的周長(zhǎng),每轉(zhuǎn)6周為1m,所以每累計(jì)6個(gè)脈沖就是1m。2.4電壓濾波器c8為了使系統(tǒng)更加穩(wěn)定,本電路采用雙電源供電,一路為電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路供電,另一路則通過(guò)三端穩(wěn)壓器7805為單片機(jī)、傳感器供電。電路中的濾波電容C7可以改善輸出的電壓波紋。C8是當(dāng)負(fù)載電流突變時(shí)為改善電源的動(dòng)態(tài)特性而設(shè)的,取值約為100～470uF。C7、C8均為電解電容,在結(jié)構(gòu)上它們是由兩個(gè)電容極板中間加絕緣介質(zhì)卷繞而成的。因此,對(duì)電源中的高頻分量,電解電容均含有電感,而集成穩(wěn)壓器內(nèi)部帶有負(fù)反饋,在高頻下,通過(guò)C7、C8的耦合,可能會(huì)使穩(wěn)壓器的輸出端產(chǎn)生有害振蕩。C6、C5正是為抑制這種振蕩或消除電網(wǎng)串入的高頻干擾而設(shè)置的,通常情況下C6、C5取值為0.1～0.33uF。D2為電源指示燈。2.5按關(guān)鍵設(shè)備作《啟動(dòng)》采用共陰型數(shù)碼管,單片機(jī)的P0口與數(shù)碼管的8個(gè)筆端依次相連。P0口正常工作時(shí)需加上拉電阻,而后將8個(gè)電阻接上電源。數(shù)碼管要想顯示還需將其公共端與單片機(jī)的P2口相連,但由于是共陰三極管且動(dòng)態(tài)顯示,P2口正常工作需接限流電阻,這樣提供給數(shù)碼管的電流就會(huì)減小,不能使數(shù)碼管點(diǎn)亮,所以要在每個(gè)公共端接上PNP型三極管,將7個(gè)三極管的基極接限流電阻,發(fā)射極接7個(gè)公共端,然后將集電極接地。三極管將P2口輸出的電流放大后再提供給數(shù)碼管,這時(shí)單片機(jī)內(nèi)程序運(yùn)行數(shù)碼管就會(huì)點(diǎn)亮。D1集成數(shù)碼管由右向左依次計(jì)數(shù),顯示小車(chē)行駛路程;同時(shí)D2管也會(huì)點(diǎn)