【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）基于80C51單片機(jī)的電動車的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制-光電檢測

盛方單片機(jī)整理 作者：不詳 I 摘 要 80的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。這里介紹的是如何用 80設(shè)計(jì)是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題。本系統(tǒng)以設(shè)計(jì)題目的要求為目的，采用 80用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，控制電動小汽車的自動避障，快慢速行駛，以及自動停車，并可以自動記錄時(shí)間、里程和速度，自動尋跡和尋光功能。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性能高。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果滿足要求，本文著重介紹了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法及測試結(jié)果分析。 采用 的技術(shù)主要有： （ 1） 通過編程來控制小車的速度； （ 2） 傳感器的有效應(yīng)用； （ 3） 新型顯示芯片的采用 . 關(guān)鍵詞 80電檢測器、 動小車 盛方單片機(jī)整理 作者：不詳 an 0is a 8 0of 0It in a a or It or of is is of (1) by (2) of (3) of 80 盛方單片機(jī)整理 作者：不詳 錄 第一章 前 言 . 1 第二章 方案設(shè)計(jì)與論證 . 3 一 直流調(diào)速系統(tǒng) . 3 二 檢測系統(tǒng) . 4 三 顯示電路 . 9 四 系統(tǒng)原理圖 . 9 第三章 硬件設(shè)計(jì) . 10 一 80. 10 二 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 11 三 前向通道設(shè)計(jì) . 12 四 后向通道設(shè)計(jì) . 15 五 顯 示電路設(shè)計(jì) . 17 第四章 軟件設(shè)計(jì) . 20 一 主程序設(shè)計(jì) . 20 二 顯示子程序設(shè)計(jì) . 24 三 避障子程序設(shè)計(jì) . 25 四 軟件抗干擾技術(shù) . 26 五 “看門狗”技術(shù) . 28 六 可編程邏輯器件 . 29 第五章 測試數(shù)據(jù)、測試結(jié)果分析及結(jié)論 . 30 致 謝 . 31 參 考 文 獻(xiàn) . 32 附錄 A 程序清單 . 33 附錄 B 硬件原理圖 . 41 盛方單片機(jī)整理 作者：不詳 1 第一章 前 言 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究 ?？梢娖溲芯恳饬x很大。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的，指導(dǎo)教師已經(jīng)有充分的準(zhǔn)備。本題目是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題。設(shè)計(jì)的智能電動小車應(yīng)該能夠?qū)崟r(shí)顯示時(shí)間、速度、里程，具有自動尋跡、尋光、避障功能，可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車。 根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動車的基礎(chǔ)上，加裝光電、紅外線、超聲波傳感器及金屬探測器，實(shí)現(xiàn)對電動車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對電動車的智能控制。 這種方案能實(shí)現(xiàn)對電動車的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí) 控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。本設(shè)計(jì) 采用 列中的 80片機(jī)。以 80控制核心，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，控制電動小汽車的自動避障，快慢速行駛，以及自動停車，并可以自動記錄時(shí)間、里程和速度，自動尋跡和尋光功能。80一款八位單片機(jī)，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。它是第三代單片機(jī)的代表。 第三代單片機(jī)包括了 司發(fā)展 列的新一代產(chǎn)品，如 8 0B 80B 8 8 包括了 0 80容的單片機(jī)。新一代的單片機(jī)的最主要的技術(shù)特點(diǎn)是向外部接口電路擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn) 善的控制功能為己任，將一些外部接口功能單元如 A/D 編程計(jì)數(shù)器陣列 ) 視定時(shí)器 )高速 I/O 口計(jì)數(shù)器的捕獲 /比較邏輯等。這一代單片機(jī)中，在總線方面最重要的進(jìn)展是為單片機(jī)配置了芯片間的串行總線，為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 提供了更加靈活的方式。 司還為這一代單片機(jī) 80列 8 片機(jī)引入了具有較強(qiáng)功能的設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線 新一代單片機(jī)為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴(kuò)展與配置打下了良好的基礎(chǔ)。 本設(shè)計(jì)就采用了比較先進(jìn)的 80控制核心， 80用 藝，功耗很低。該設(shè)計(jì)具有實(shí)際意義，可以應(yīng)用于考古、機(jī)器人、醫(yī)療器械等許多方面。尤其是 在足球機(jī)器人研究方面具有很好的發(fā)展前景；在考古方面也應(yīng)用到了超聲波傳 感器進(jìn) 盛方單片機(jī)整理 作者：不詳 2 行檢測。所以本設(shè)計(jì)與實(shí)際相結(jié)合，現(xiàn)實(shí)意義很強(qiáng)。 盛方單片機(jī)整理 作者：不詳 3 第二章 方案設(shè)計(jì)與論證 根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動車的基礎(chǔ)上，加裝光電檢測器，實(shí)現(xiàn)對電動車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對電動車的智能控制。 這種方案能實(shí)現(xiàn)對電動車的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。 一 直流調(diào)速系統(tǒng) 方案一：串電阻調(diào)速系統(tǒng)。 方案二：靜止可控整流器。簡稱 方案三： 脈寬調(diào)速系統(tǒng)。 旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動直流電動機(jī)實(shí)現(xiàn)變流，由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變勵磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以 系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺與調(diào)速電動機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺勵磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。且技術(shù)落后，因此擱置不用。 可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半 控、全控等類型，可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。 不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。它的另一個(gè)缺點(diǎn)是運(yùn)行條件要求高，維護(hù)運(yùn)行麻煩。最后，當(dāng)系統(tǒng)處于低速運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設(shè)備。 采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電壓加到電動機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動機(jī)斷開，電動機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖寬度調(diào)制（ 簡稱 沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過改變脈沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)速。 與 （ 1）由于 速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá) 1： 10000 左右。由于電流波形比 統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小。 （ 2）同樣由于開關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機(jī)相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的 盛方單片機(jī)整理 作者：不詳 4 頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗擾能力強(qiáng)。 （ 3）由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。 根據(jù)以上綜合比較，以及本設(shè)計(jì)中受控電機(jī)的容量和直流電機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向，本設(shè)計(jì)采用了 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡稱 脈寬調(diào)速也可通過單片機(jī)控制繼電器的閉合來實(shí)現(xiàn)，但是驅(qū)動能力有限。為順利實(shí)現(xiàn)電動小汽車的前行與倒車，本設(shè)計(jì)采用了可逆 逆 型、 們在設(shè)計(jì)中采用了常用的雙極式 是由 4個(gè)三極電力晶體管和 4個(gè)續(xù)流二極管組 成的橋式電路。 二 檢測系統(tǒng) 檢測系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)光電檢測，即利用各種傳感器對電動車的避障、位置、行車狀態(tài)進(jìn)行測量。 1行車起始、終點(diǎn)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(diǎn)（ 2的黑線），玩具車底盤上沿黑線放置一套，以適應(yīng)起始的記數(shù)開始和終點(diǎn)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(dāng)感受到光線照射時(shí)，其 測電路輸出高電平，經(jīng) 壓比較器和 74 本系統(tǒng)共設(shè)計(jì)兩個(gè)光電 三極管，分別放置在電動車車頭的左、右兩個(gè)方向，用來控制電動車的行走方向，當(dāng)左側(cè)光電管受到光照時(shí)，單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向左轉(zhuǎn)；當(dāng)右側(cè)光電管受到光照時(shí)，單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向右轉(zhuǎn)；當(dāng)左、右兩側(cè)光電管都受到光照時(shí)，單片機(jī)控制直行。見圖 動車的方向檢測電路 (a)。 行車方向檢測電路（見圖 動車的方向檢測電路 (b)）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(gè)紅外發(fā)光二極管、一個(gè)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(qiáng)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(dǎo)通，發(fā)出一個(gè)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(shí)，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(shí)，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，傳感器輸出低電平信號后送 80斷執(zhí)行哪一種預(yù)先編制的程序來控制玩具車的行駛狀態(tài)。前進(jìn)時(shí)，驅(qū)動輪直流電機(jī)正轉(zhuǎn) ,進(jìn)入減速區(qū)時(shí) ,由單片機(jī)控制進(jìn)行 頻調(diào)速 ,通過軟件改變脈沖調(diào)寬波形的占空比 ,實(shí)現(xiàn)調(diào)速。最后經(jīng)反接制動實(shí)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(shè)置有兩組開關(guān)，一組常閉，另一組常開。 盛方單片機(jī)整理 作者：不詳 5 圖 動車的方向檢測電路 (a) 圖 動車的方向檢測電路 (b) 電橋一端接電源，另一端接了一個(gè)三極管。三極管導(dǎo)通時(shí)，電橋通過三極管接地，電機(jī)電樞中有電流通過；三極管截止時(shí)，電橋浮空，電機(jī)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(jī)供電。通過對繼電器開閉的控制即可控制電機(jī)的開斷和轉(zhuǎn)速方向進(jìn)而達(dá)到控制玩具車前行與倒車的目的，實(shí)現(xiàn)隨動控制系統(tǒng)的糾偏功能。行與倒車控制電路所示。 盛方單片機(jī)整理 作者：不詳 6 圖 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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、價(jià)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(dá)到一定的精度，但有時(shí)仍不能滿足某些特殊要求。例如，在測量本設(shè)計(jì)中的光電檢測信號時(shí)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(dāng)強(qiáng)的抑制能力。這種情況下須采用差動放大電路，并應(yīng)設(shè)法減小溫漂。但在實(shí)際操作中，往往滿足了高共模抑制比的要求，卻使運(yùn)算放大器輸出飽和；為獲得單片機(jī)能識別的制共模干擾。 方案三：電壓比較器方案。電壓比較器的功能是比較兩個(gè)電壓的大小，例如將一個(gè)信號電壓 系統(tǒng)正常工作時(shí)，程序每隔 060進(jìn)行掃描一次，分頻且永無記滿輸出信號。如系統(tǒng)工作不正常（如程序跑飛、死循環(huán)等），程序?qū)?4060發(fā)不出掃描信號，分頻器記滿輸出一脈沖號使 位。 (2)參數(shù)選擇 4060的振蕩頻率 大于 般取 0 100果 50， 5， f=10060的振蕩頻率和 Qi(i=6,7,8,9,10,12,13,14)的選擇要根據(jù)情況確定。 (3)幾個(gè)原則 看門狗電路必須由硬件邏輯組成，不宜由可編程計(jì)數(shù)器充當(dāng)，因?yàn)?能會修改可編程器件參數(shù)，使看門狗失效。 4060的 為掃描輸入信號是 此信號變“ 1”后，由于干擾，程序亂飛，微分電路只能讓上跳沿通過，不會封死 4060，看門狗仍能計(jì)數(shù)起作用。若沒有微分電路，掃描輸入信號上的“ 1”狀態(tài)封死 4060，使之不能記數(shù)，看門狗不起作 用 盛方單片機(jī)整理 作者：不詳 29 圖 程序中發(fā)掃描信號的地方不能太多。否則，正好在哪里有死循環(huán)，看門狗就不產(chǎn)生記滿輸出信號，不能重新啟動 4060的記滿輸出信號不但要接到 且還應(yīng)接到其它芯片的 為程序亂飛后，其它具有 須全部復(fù)位。 六 可編程邏輯器件 可編程邏輯器件 件。它采用更為靈活的可編 I/O 結(jié)構(gòu)，并采用了先進(jìn)的 藝，數(shù)秒內(nèi)即可完成芯片的擦除和編程過程，并可反復(fù)改寫，是產(chǎn)品開發(fā)研制的理想器件之一。 （ 1）電可擦除工藝 可重編程單元 100成品率 可重配置邏輯 （ 2）高性能 藝 低功耗： 4535高速度： 15 25快存取速度 （ 3） 8個(gè)輸出邏輯單元 對于復(fù)雜邏輯設(shè)計(jì)具有最大靈活性 0條引腳的 有功能 / 熔絲圖 /參數(shù)的完全兼容性 （ 4）預(yù)置、加電復(fù)位全部寄存器 （ 5）具有保密單元 、電子標(biāo)簽 （ 6）數(shù)據(jù)保持超過 20年。 800抖 (延時(shí) 20軟件延時(shí)完成。 盛方單片機(jī)整理 作者：不詳 30 第五章 測試數(shù)據(jù)、測試結(jié)果分析及結(jié)論 測試方法與儀器： 1、 測試儀器 測試儀器包括秒表、數(shù)字萬用表、信號發(fā)生器、示波器、 真機(jī)、直流穩(wěn)壓電源等。 2、測試方法 數(shù)字萬用表主要用來測試分立元件的電阻、壓降、漏電流、截止 /導(dǎo)通狀態(tài)等參數(shù)； 信號發(fā)生器與示波器用于測試各光電傳感器信號的接收與傳輸； 直流穩(wěn)壓電源在測試期間為 各待測系統(tǒng)供電； 秒表用于產(chǎn)品測試，按照任務(wù)書的基本要求對制成的電動車進(jìn)行產(chǎn)品測試。 測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析： 計(jì)時(shí)精度分析 計(jì)時(shí)系統(tǒng)采用了新型顯示芯片。理論上的誤差不到 1秒 /年。 測距精度分析 測速系統(tǒng)采用了電機(jī)軸光電碼盤檢測技術(shù)。電機(jī)軸與車輪軸之間采用了齒輪箱二級減速，變比 1/16。車輪周長 135電碼盤與電機(jī)軸安裝在一起，電機(jī)軸每一轉(zhuǎn)產(chǎn)生 2 個(gè)脈沖，車輪每轉(zhuǎn)產(chǎn)生 32 個(gè)脈沖，理論測量 精度可達(dá)1352= 定位精度分析 本設(shè)計(jì)采用實(shí)際測量與軟件補(bǔ)償技術(shù)，理論上可使定位精度提高到誤差 10 3、結(jié)論 歷時(shí)三個(gè)月的設(shè)計(jì)過程中，我首先邊查資料，邊在實(shí)驗(yàn)室焊接小車的線路板。在焊接過程中，我感覺到即使是一個(gè)簡單的電路，要想很輕松的焊好，也不是很容易的事情。有時(shí)是“虛焊”的原因，有時(shí)可能是阻值選錯(cuò)。在焊接顯示電路時(shí)，我就錯(cuò)將680歐的電阻焊成了 使我深深感受到理論與實(shí)際間的差距。通過這樣的設(shè)計(jì)，提高了我的動手能力。每天 在實(shí)驗(yàn)室除了焊接線路板，還可以上機(jī)編程，使我軟件調(diào)試知識也提高了。 本設(shè)計(jì)采用的是 80主要是因?yàn)樵搯纹瑱C(jī)的穩(wěn)定性比較好。還可以采用其它系列的單片機(jī)。比如采用陵陽單片機(jī)，就可以簡化編程，但其穩(wěn)定性不是很好。 盛方單片機(jī)整理 作者：不詳 31 致 謝 歷時(shí)三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)告一段落。經(jīng)過自己不斷的搜索努力以及白老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫助，本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成。在這段時(shí)間里，白老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱忱的工作作風(fēng)令我十分欽佩，他的指導(dǎo)使我受益非淺。同時(shí) 本系 120 實(shí)驗(yàn)室的開放也為我的設(shè)計(jì)提供了實(shí)習(xí)場地。在此對白文峰老師和牛曉升老師表示深深的感謝。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深刻地認(rèn)識到學(xué)好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實(shí)際的含義，并且檢驗(yàn)了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果。雖然在這次設(shè)計(jì)中對于知識的運(yùn)用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。這三個(gè)月的設(shè)計(jì)是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。 由于自身水平有限，設(shè)計(jì)中一定存在很多不足之處，敬請各位老師批評指正。 盛方單片機(jī)整理 作者：不詳 32 參 考 文 獻(xiàn) 1 何立民 ,單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) ,北京：航天航空大學(xué)出版社 ,2 5,46 50 2 李廣弟 ,單片機(jī)基礎(chǔ) ,北京：北京航空航天大學(xué)出版社 ,2001,56 64 3 何希才 ,新型實(shí)用電子電路 400例 ,電子工業(yè)出版社 ,2000年 ,60 65 4 趙負(fù)圖 ,傳感器集成電路手冊 ,第一版 ,化學(xué)工業(yè)出版社 ,2004,590 591 5 陳伯時(shí) ,電力拖動自動控制系統(tǒng) ,第二版 ,北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2000年 6月 ,127130 6 張毅剛 ,彭喜元 ,新編 片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) ,第一版 ,哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 ,2003,25 27,411 417 盛方單片機(jī)整理 作者：不詳 33 附錄 A 程序清單 30h ;厘米位 31h ;秒位 32h ;分米位 33h ;分秒位 34h ;米位 35h ;分位 36h ;小數(shù)點(diǎn)位 37h ;十米位 38h ;十分位 39h ;速度控制 3記時(shí)開始 3bh 3ch 3eh 3fh 4