往返小车的制作

往返小车的制作 一 摘要 本设计以单片机为核心，以光电检测获得外部信号，采用PWM对小车的制动进行控制，以LED对行程和所用的时间进行显示。 二 关键字 光电检测 串行静态显示 电刹车 三 案比较及论证 一：采用纯数字电路 该方案外部检测采用光电转换，系统控制部分采用数字电路译码对小车电动机两端电压调整，来控制小车的运行。时间和行程用加法器进行记数。此种系统的设计将会使电路过于复杂，调试时需要改变硬件电路，机动性差。 方案二：用单片机控制 用光电检测不同的信号，并经单片机对其进行处理，控制继电器的断开和吸合，从而切换555产生的不同的脉宽信号来控制电动机的正反转和刹车。通过单片机内部计数器/定时器进行定时、记数，再用单片机串行输入/输出口进行显示控制。此种方案电路成熟、工作稳定、容易实现控制。 为能更好的实现题目的各种设计，所以我们选用第二种方案。用单片机控制。其工作框图如下： 四 主要电路设计 1． 89C2051单片机基本系统 此系统以89C2051为核心，通过单片机内部计数器/定时器进行定时、记数，再用单片机串行输入/输出口RXD，TXD进行显示控制。P0口作为外部中断响应口。P1口为电动机状态控制口。 2．光电检测部分： 我们采用反射式光电检测电路对跑道上的黑线进行检测，并用两个遮光管套住发光管和接收管以一定的角度紧贴跑道，这样可以消除外界光线的干扰。为了加强可靠性采用槽型光耦检测轮子转动行程。用LM358电压比较器输出高低电平检测信号。如图示： 3．电源部分 由于电动机工作电流大，需要选用内阻小，供电电流强，质量轻，可反复使用的经济型电池，我们选用镍铬电池组。为使单片机工作稳定，避免电动机开机关机和其转动时对其电源电压的影响，在此用2个电池组和稳压块分别为89C2051和电动机驱动显示部分供电。并紧靠每个芯片的电源端加1uF的电容。这样可以有效的消除各模块之间的工作干扰。 4．PWM部分 根据题目要求小车需要有加速和限速两种不同的工作状态，采用调压电路工作不稳定，并且对调压块的要求较高，通过实验调压块容易烧坏。而采用调脉宽的方式控制电动机的转速，后级采用三极管D882推动工作很稳定，并且用555产生的调脉宽电路，其占空比可在0%~99%之间任意调整，精度高。特别是在低速段调整，不宜停车。如图示： 5．小车的状态控制 此设计是用继电器的动作切换电动机两端的电压占空比，在非限速区脉宽调到最大，小车全速向前，到限速区时调整脉宽使小车的速度控制在2÷8=0.25m/s以下。为了定位准确，小车的刹车控制很重要。由于小车上带的负载较多，小车的惯性较大，让小车自由停车会和终点位置相差太大。本设计采用了两种方案：一是采用机械刹车，二是采用电刹车。（电刹车：利用直流电机的再生发电制动理论，即将电动机的转子两端短路，完成制动）。经过讨论，机械刹车不易制作，并且其效果差，故障率高；电刹车效果好，容易制作，控制简单，技术成熟。如图示： 6。显示电路部分 显示电路要求显示小车的行驶路程和行驶这一路程的时间。在这一设计上我们拿出了三个方案：一LED动态显示，二LED静态显示。为了提高CPU的利用率节省CPU资源，我们采用静态显示，串行静态显示的优点是：显示稳定，仅仅在需要更新显示内容时CPU才执行一次显示更新程序，这样大大的节省了CPU的时间，提高了CPU的工作效率。显示板为移位寄存74LS164，一秒钟刷新一次显示 四 安装与调试 自动小气车为玩具遥控小气车的改装品，在改装的过程中最重要的是考虑设计两个光电检测管的位置，检测黑线的光电管放在车体的中央，用遮光管将其以一定反射角度用弹簧压到跑道上，贴地口打磨光滑防止刮纸。路程检测用槽型光耦，放在小车的从动轮上。轮子的周长为20厘米，在轮子上用了两个通光孔，即其行程精度为10厘米。并且为了小车碰到墙壁不至于停车，我们在小车的四角上都加上了导向轮，导向轮用随身听上的压带轮制作即可。其它电路板用铜支架层叠式固定。 在组装之前对每一个电路模块进行调制，以保证外部硬件电路的无误，有利于最后的统调。调整是以点到线，最后到整体的调整方法。在调整的过程中我们发现了许多问题，如响应中断的次数的调整等。 五 实验数据 在限速区的用时为10S 速度为2÷9=0.222m/s 非限速区的速度可达4m/s 由于场地的限制我们用了8米的跑道，往返用时34S。达到了设计要求。 六 软件部分 根据题目要求，我们设计的软件为，上电使用时必须对所有控制寄存器初始化，在跑到中途停十秒时，为防止外部干扰，我们采用关中断的方式。跑完全程后让CPU进入死循环，小车停止不再启动。 其软件流程如下： 参考文献：《单片机＆DSP外围数字IC技术手册》 李朝青主编 北京航空航天大学出版社 2003.1 《单片微型机》 张友德 赵志英 涂时亮 编 复旦大学出版社 2000.11 附录： start:org 0000h ajmp MAIN ORG 0003H AJMP PINT0 ORG 000BH AJMP PTF0 ORG 0013H AJMP PINT1 ORG 001BH AJMP PTF1 MAIN:CLR A MOV 30H,A MOV 31H ,A MOV 32H ,A MOV 33H ,A MOV 34H ,A MOV 35H ,A MOV 36H ,A MOV 37H ,A MOV 38H ,A MOV 39H ,A MOV 3AH ,A MOV 3BH ,A MOV R7 ,A MOV R0 ,A MOV TCON,#45H MOV IE,#9DH MOV TMOD,#11H MOV P1,#0F3H MOV SP,#6FH MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H MOV 39H,#14H FH:MOV R4,#0FFH TZ:MOV R5,#0FFH TY:NOP DJNZ R5,TY DJNZ R4,TZ LCALL XS CJNE R7,#0CH,FH MOV IE,#1DH MOV TCON,#05H ZXH:AJMP XH NOP XH:AJmP ZXH PINT0:INC R7 CJNE R7,#03H,C4 CLR P1.1 RETI C4:CJNE R7,#04H,C6 SETB P1.1 RETI C6:CJNE R7,#06H,C9 mov P1,#06H LCALL YS10S RETI C9:CJNE R7,#09H,C10 MOV P1,#0H RETI C10:CJNE R7,#0AH,C12 MOV P1,#02H RETI C12:CJNE R7,#0CH,LK MOV P1,#04H LK:RETI PINT1:INC 37H MOV A,37H CJNE A,#0AH,TC MOV 37H ,#0H INC 36H MOV A,36H CJNE A,#0AH,TC MOV 36H ,#0H INC 35H MOV A,35H CJNE A,#0AH,TC MOV 35H,#0H INC 34H MOV A,34H CJNE A,#0AH,TC MOV 34H ,#0H TC: RETI XS:MOV R6,#08H MOV R0,#37H DL0:MOV A,@R0 ADD A,#0BH MOVC A,@A+PC MOV SBUF,A DL1:JNB TI,DL1 CLR TI DEC R0 DJNZ R6,DL0 RET SEGTAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH DB 77H,7CH,39H,5EH,79H DB 71H,40H,73H,1CH,00H PTF1:ORL TL1,#0B0H MOV TH1,#03CH DJNZ 39H,PTFOR MOV 39H,#14H INC 33H MOV A,33H CJNE A,#0AH,PTFOR MOV 33H ,#0H INC 32H MOV A,32H CJNE A,#0AH,PTFOR MOV 32H ,#0H INC 31H MOV A,31H CJNE A,#0AH,PTFOR MOV 31H ,#0H INC 30H MOV A,30H CJNE A,#0AH,PTFOR MOV 30H ,#0H PTFOR:RETI YS10S:MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH MOV TCON,#55H MOV IE,#9FH MOV 3AH,#14H RET PTF0:ORL TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH DJNZ 3AH,TOT MOV 3AH,#14H INC 3BH MOV A,3BH CJNE A,#0AH,TOT MOV P1,#02H MOV TCON,#45H MOV IE,#9DH TOT:RETI PAGE 8