基于sc89c51单片机的智能电动小车设计

基于sc89c51单片机的智能电动小车设计

随着科学技术的快速发展，电子商务也进入了快速发展阶段。本研究设计的智能电动小车能实时显示时间和里程,并可程控行驶速度及准确定位停车。1电机驱动电压的控制采用以STC89C51单片机为核心的控制系统,该系统可分为单片机控制电路、电机控制电路、寻迹检测电路、里程检测电路、LED显示电路、声光指示电路及电源电路。其整机框图如图1所示。采用STC89C51单片机作为整机的控制单元,当小车行驶时,利用单片机的14、15脚电位的高低控制三极管的截止和导通状态,从而实现小车驱动电机的正反转功能。电机驱动电压由STC89C51单片机的P1.1和P1.2分别控制,当P1.1为1、P1.2为0时,电机驱动电压为+5V,小车进入高速行驶状态;当P1.1为0、P1.2为1时,电机驱动电压为+3V,小车进入低速行驶状态。当P1.0为高电位时,电机供电三极管D880截止,关闭电机电源实现停车功能;当P1.0为低电平时,D880输出电机驱动电压,小车按单片机的指令执行各种功能。2寻迹检测功能当小车在白色平板上行驶时输出为高电平,当检测到黑线时输出即改为低电平,使单片机的P3.2口发生高低电平跳变,经放大整形后送入单片机进行分析处理,单片机运行程序后实现小车的寻迹检测功能。小车行驶时霍尔器件输出高电平,当车轮内侧的磁铁靠近霍尔器件平面时,霍尔器件就会输出低电平,这时车轮每转一周就由其产生一个低电平脉冲,使单片机外部中断1产生中断,从而使里程脉冲数累计一次,实现里程计数并通过数码管显示。单片机中程序正常运行时通过P2口和P0口驱动数码管点亮,P2口正常工作时需接限流电阻,电流减小后不足以点亮数码管,需经三极管放大送入数码管的公共端点亮数码管,同时显示小车行驶时间和路程。2.1接收管光电极的设计寻迹检测电路主要用于检测跑道黑线标志。采用红外发射管和接收管制作光电寻迹传感器,红外发射管发出红外线,当发出的红外线照射到白色的平面后反射。若红外接收管能接收到反射回来的光线时说明检测出白线继而输出低电平,反之则说明检测出黑线继而输出高电平。其中的发射管是一个砷化镓红外发光二极管,而接收管则是一个高灵敏度的硅平面光电三极管。用于检测跑道标志的脉冲信号由光敏二极管和光敏三极管电路组成,电路如图2所示。当红外线遇到白色物体时会发生强烈漫反射,被装在小车上的接收管接收后即输出高电平“1”;而当遇到黑线时则红外光被吸收,这时小车上的接收管收不到红外光,输出的则是低电平“0”。单片机是以能否接收到反射回来的红外光为依据来确定黑线位置和小车将要行走的路线。当小车在白色平板上行驶时输出为高电平,Q6发射极对地,Q6导通,+5V经R1为Q6提供集电极偏置电压,Q7基极为高电平,发射极对地,使Q7导通,Q7集电极输出高电平送入单片机的P3.2口。当小车行驶至黑线时输出为低电平,Q6发射极对地,Q6截止,Q6集电极输出低电平到Q7基极,+5V经集电极电阻R2给Q7提供偏置电压,使Q7截止。Q7输出低电平送入单片机P3.2口,从而使单片机P3.2口的输入脉冲发生高低电平变化,低电平用作中断计数判断。2.2电机的正/偏转功能设计本系统的电机驱动电路采用两对推挽式放大电路,利用单片机的P3.4和P3.5口电位的高低变化来控制三极管的截止和导通状态,从而实现小车驱动电机的正/反转功能。为了防止电机转动时对单片机的干扰,提高单片机的稳定性,本电路在电机的两端装有抗干扰电容。其电路组成如图3所示。输入电压+5V同时加在两个三极管Q12和Q13的发射极上,先使Q12导通,产生的基极电流流过R6给Q10提供集电极偏置电压。当P3.5为高电平、P3.4为低电平时,电压经R10为Q10提供基极偏置电压,产生基极电流,使Q10导通,经Q10的发射极电阻R8给Q9提供基极电流,Q9导通,Q12集电极电流流进电机一端,电机的另一端流向Q9集电极,Q9发射极等效对地,构成回路。当P3.5为低电平、P3.4为高电平时,电压经R6给Q6提供基极电压,+5V电压加到Q2发射极上使Q2导通,产生的基极电流经R7流入Q11集电极,使Q11导通,Q11发射极输出的电流经R9流进Q8基极,Q8导通,Q13集电极输出的电流流进电机一端,另一端流入Q8集电极,Q8发射极等效对地,构成回路。从而实现电机的正/反转功能。电机驱动电压由STC89C51单片机的P1.7和P1.6分别控制,P1.0为电机驱动的开关电压,利用两个稳压管与三极管构成的电路实现小车的变速功能。2.3公里计数控制将霍尔器件安装在小车后左轮,小块磁铁镶嵌在车轮内侧。小车行驶时霍尔器件输出高电平,当车轮内侧的磁铁靠近霍尔元件平面时使得霍尔器件输出低电平,车轮每转一周就由其产生一个低电平脉冲,使单片机外部中断1(P3.3)产生中断,从而使里程脉冲数累计一次。车轮旋转过程中,A3144E输出端将快速产生高低电平跳变,从而实现小车里程计数功能。根据本小车轮子的周长,每转6周为1m,所以每累计6个脉冲就是1m。2.4电压滤波器c8为了使系统更加稳定,本电路采用双电源供电,一路为电机及驱动电路供电,另一路则通过三端稳压器7805为单片机、传感器供电。电路中的滤波电容C7可以改善输出的电压波纹。C8是当负载电流突变时为改善电源的动态特性而设的,取值约为100～470uF。C7、C8均为电解电容,在结构上它们是由两个电容极板中间加绝缘介质卷绕而成的。因此,对电源中的高频分量,电解电容均含有电感,而集成稳压器内部带有负反馈,在高频下,通过C7、C8的耦合,可能会使稳压器的输出端产生有害振荡。C6、C5正是为抑制这种振荡或消除电网串入的高频干扰而设置的,通常情况下C6、C5取值为0.1～0.33uF。D2为电源指示灯。2.5按关键设备作《启动》采用共阴型数码管,单片机的P0口与数码管的8个笔端依次相连。P0口正常工作时需加上拉电阻,而后将8个电阻接上电源。数码管要想显示还需将其公共端与单片机的P2口相连,但由于是共阴三极管且动态显示,P2口正常工作需接限流电阻,这样提供给数码管的电流就会减小,不能使数码管点亮,所以要在每个公共端接上PNP型三极管,将7个三极管的基极接限流电阻,发射极接7个公共端,然后将集电极接地。三极管将P2口输出的电流放大后再提供给数码管,这时单片机内程序运行数码管就会点亮。D1集成数码管由右向左依次计数,显示小车行驶路程;同时D2管也会点