簡易智能電動車2

E4簡易智能電動車青島大學(xué)自動化工程學(xué)院：摘要本系統(tǒng)采用AT89C52為中心控制器，實(shí)現(xiàn)電動車的智能控制功能。整個電動車智能控制系統(tǒng)包括：上位機(jī)實(shí)時模擬系統(tǒng)，主控制系統(tǒng)和各種標(biāo)志的傳感器檢測系統(tǒng)三大部分。上位機(jī)實(shí)時模擬系統(tǒng)根據(jù)主控制系統(tǒng)傳送的行程、行駛時間、鐵片數(shù)目等各種參數(shù)實(shí)時模擬電動車的運(yùn)行狀況，實(shí)時監(jiān)控電動車的運(yùn)行情況。主控制系統(tǒng)的功能主要是啟動電動車、檢測并計數(shù)鐵片、測量行程、計時行駛時間、顯示所需的各種參數(shù)，并且負(fù)責(zé)和上位機(jī)、檢測控制系統(tǒng)通信。檢測控制系統(tǒng)通過各傳感器檢測引導(dǎo)線、障礙物和光源等控制信號，并送入單片機(jī)，單片機(jī)判斷、處理后，控制M0T0R1（左輪驅(qū)動電機(jī)）和M0T0R2（右輪驅(qū)動電機(jī)），以達(dá)到控制電動車行進(jìn)方向的目的，使電動車準(zhǔn)確進(jìn)入車庫，完成預(yù)定任務(wù)。且在完成了題目要求的各項任務(wù)的基礎(chǔ)上，加入了一些創(chuàng)新：如聲控功能和無線傳輸功能，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的實(shí)時模擬等。采用以AT89C52為中心控制器的智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電動車的智能控制功能。系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如下圖：檢測控制系統(tǒng)檢測控制系統(tǒng)控制過程：系統(tǒng)上電后，等待外部聲控啟動信號。主控制系統(tǒng)的麥克接收到聲控信號后，產(chǎn)生一高低電平變化，從而使主控制系統(tǒng)的單片機(jī)產(chǎn)生中斷。主控制系統(tǒng)的單片機(jī)在接收到該中斷后，通過P1.3為檢測控制系統(tǒng)的單片機(jī)提供啟動信號，檢測控制系統(tǒng)的單片機(jī)檢測到該信號后發(fā)出控制信號，給MOTOR1和MOTOR2通電，啟動電動車。同時主控制系統(tǒng)的單片機(jī)通過透射式光電傳感器測量行程，金屬感應(yīng)器檢測鐵片且在PCF8563秒脈沖的作用下計時并把各種參數(shù)在液晶顯示器上顯示出來，同時用無線收發(fā)模塊RF2000把這些參數(shù)發(fā)送到上位機(jī)，在上位機(jī)上模擬電動車的運(yùn)行情況。監(jiān)測控制系統(tǒng)有兩個在車下的紅外線傳感器用于檢測引導(dǎo)線，使電動車在A~C之間始終沿著引導(dǎo)線前進(jìn)。在C以后運(yùn)行中，電動車始終朝著光源前進(jìn)，當(dāng)在車前的紅外線測距傳感器檢測到障礙物后，電動車左轉(zhuǎn)避開障礙物，避開障礙物后，繼續(xù)朝著光源前進(jìn)，進(jìn)入車庫。當(dāng)在前的兩個紅外線傳感器檢測到黑線后，停止電動車，停止計時。

方案論證：計時由CB555組成的秒脈沖發(fā)生器RP?GNDVccTRDISCVoTHRDVco由CB555組成的秒脈沖發(fā)生器RP?GNDVccTRDISCVoTHRDVco55由PCF8563組成的秒脈沖發(fā)生器方案二：采用由PCF8563由PCF8563組成的秒脈沖發(fā)生器設(shè)定好PCF8563的CLKOUT輸出頻率控制字，即可輸出所需頻率的脈沖信號，在本設(shè)計中所用頻率為1Hz。單片機(jī)在該秒脈沖的作用下可實(shí)現(xiàn)計時、C點(diǎn)停留5S等功能。并且在給PCF8563送入初始的日歷信息后，PCF8563中的日歷就會自動運(yùn)行，經(jīng)單片機(jī)讀取、處理后就可以在液晶顯示器上顯示當(dāng)前日歷。而且該部分電路還加了掉電保護(hù)功能，在主供電系統(tǒng)意外斷電時，即Vcc為0V時,D1截止，3.6V備用電源通過D2繼續(xù)給PCF8563供電，保證8563的正常運(yùn)行。因此在本系統(tǒng)中采用方案二。

行程測量方案一：采用開關(guān)式霍爾元件將磁鐵固定在小汽車的車輪上,當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動時,磁鐵也跟著轉(zhuǎn)動,霍爾元件感應(yīng)到磁場的變化時,就會產(chǎn)生通斷效果,使單片機(jī)的定時器T0的輸入端產(chǎn)生高低電平的變化，從而使得TO計數(shù)小汽車車輪轉(zhuǎn)的圈數(shù),假設(shè)為N,并設(shè)車輪的周長為L,通過S=N*L，就可以計算出小汽車在一段時間內(nèi)的行程。這種測量方法的測量數(shù)據(jù)只能是車輪周長的整數(shù)倍，誤差較大。例如：小汽車的車輪半徑為lcm,那么這種測量方法的最小誤差就可達(dá)到6cm方案二：采用透光式光電傳感器，硬件電路如圖。1心透光式光電傳感器行程測量電路在小汽車的車輪上鉆若干小孔，設(shè)小孔的個數(shù)為n。在車輪轉(zhuǎn)動時，發(fā)光二極管發(fā)射的光被沒有孔的地方遮擋時，光敏三極管不能導(dǎo)通，光敏三極管的集電極輸出為高電平，經(jīng)CD4OlO6反相后，單片機(jī)定時器TO的輸入端為低電平。在有小孔的地方，發(fā)光二極管發(fā)射的光就會透過小孔照射到光敏三極管上，使光敏三極管導(dǎo)通，此時光敏三極管的集電極輸出為低電平。在經(jīng)CD40106反相后，單片機(jī)定時器TO的輸入為高電平。單片機(jī)定時器TO就會準(zhǔn)確記錄下這種高低電平的變化的次數(shù)，1心透光式光電傳感器行程測量電路即通過的小孔的個數(shù)。假設(shè)為N,并設(shè)車輪的周長與方案一的相同也是L,某段時間內(nèi)的行程計算公式為：S=N*L/n，可以看到這種測量方法的最小誤差為方案一的1/n，可較為精確地測量出小汽車的行程。并且可以進(jìn)行誤差控制，因?yàn)榭椎膫€數(shù)與誤差成反比，要想提高準(zhǔn)確度只要增加小孔的個數(shù)就可以。故采用方案電機(jī)控制由于電動車采用了前面使用萬向輪，兩個后輪各一個電機(jī)驅(qū)動的驅(qū)動方式，所以可使電動車旋轉(zhuǎn)360度，這樣即使光源在電動車的后方，電動車也可以通過在原地不斷旋轉(zhuǎn)的方式找到光源的準(zhǔn)確位置，從而完成尋找光源，入庫等功能。在電動機(jī)的控制上有兩種方案可供選擇。方案一:利用9012、2SC8050、及電機(jī)構(gòu)成驅(qū)動電路。如果單片機(jī)89C52控制口P1.7輸出高電平，9012截止，2SC8050截止，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。單片機(jī)89C52控制口P1.7輸出低電平時，9012導(dǎo)通，2SC8050導(dǎo)通，電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。該電路比較簡單，輸出功率足夠大，足以推動電機(jī)工作，并且電機(jī)工作時三極管性能非常穩(wěn)定。但該方案中單片機(jī)部分和電機(jī)供電部分沒有完全隔離，而電動機(jī)在切換時會產(chǎn)生巨大的反電動勢，經(jīng)常燒壞單片機(jī)。方案二：利用BA6219B及其外部輔助電路和電機(jī)構(gòu)成驅(qū)動電路。單片機(jī)控制口接BA6219B的兩個輸入控制端IN1,IN2°BA6219的兩個輸出端OUT1(2),OUT2(10)接電機(jī)。電機(jī)轉(zhuǎn)動狀態(tài)編碼：左電機(jī)右電機(jī)左電機(jī)右電機(jī)電動車運(yùn)行狀態(tài)1IN11IN22IN12IN21010正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)前行1001正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)1000正轉(zhuǎn)停以左電機(jī)為中心原地左轉(zhuǎn)0110反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)0010停正轉(zhuǎn)以右電機(jī)為中心原地右轉(zhuǎn)0101反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)后退根據(jù)上表可知，只要設(shè)定兩塊BA6219B的1IN1,1IN2,2IN1,2IN2四個控制端口的不同編碼，就可得到電動車的前進(jìn)，后退，旋轉(zhuǎn)等不同的運(yùn)行狀態(tài)；且BA6219B的最大輸出電流為2.2A，可使電動車快速運(yùn)行。故采用方案二。無線通信方案一：紅外光方式紅外通信只適用于室內(nèi)靜止或慢速移動中的點(diǎn)對點(diǎn)通信，方向性要求高，對于運(yùn)動中的小汽車傳輸過程中易產(chǎn)生誤碼，性能不穩(wěn)定。方案二：使用無線MODEM(RF2000)RF2000采用Nordic公司的nRF401芯片，它是一種RF無線收發(fā)芯片，一個RF2000模塊即可以接收數(shù)據(jù)也可以發(fā)送數(shù)據(jù)。但屬于半雙工工作方式。接收與發(fā)送方式選擇由TXEN控制。而且有兩個工作頻道可供選擇：工作頻道一：434.33MHz;工作頻道二：433.92MHz。

工作模式控制及工作頻道選擇：330mH—V+CS401RFC1^~C16DO330mH—V+CS401RFC1^~C16DO4.7u0.1uDI-—GND-PWR-TXEN1234567DI、DO分別接單片機(jī)的TXD、RXD。接主控制系統(tǒng)的RF2000始終為發(fā)射方。CS401,PWR,TXEN始終置0,1,1。也就是工作在工作頻道1-434.33MHZ，發(fā)射狀態(tài)。摸塊接腳諭人TT模城狀占1\|'、:=■;1■駅1半顓j『搏?狀態(tài)00門￡"?1211X0：：.-■主控制系統(tǒng)與RF2000的連接電路圖如圖。RF401RF2000與單片機(jī)連接電路圖上位機(jī)（COMPUTER）實(shí)時模擬系統(tǒng)與RF2000的連接電路圖RF17654321TXENPWRGND—TXD-^01.0uF1C271C28 VCC0.1u*L.17u RF17654321TXENPWRGND—TXD-^01.0uF1C271C28 VCC0.1u*L.17u —UT3 C1+VCCC1-V+V-C2+C2-GNDT2INT2OUTR2OUTR2INMAX232OF■RXD 9—Q16■2■6卜1.0uF」1.0uFvcc3TRS-232o■4■91.0uF—116TRF2000330uH接上位機(jī)的RF2000始終為接收方，CS401，PWR，TXEN始終置0,1，0。也就是工作在工作頻道1-434.33MHZ，接收狀態(tài)。使用RF2000設(shè)計比較簡單，且不受外界環(huán)境影響，具有較低的發(fā)射功率和較高的接收靈敏度，并且可工作在較低速率下如常用的單片機(jī)串口波特率9600bps。采用FSK調(diào)制方式，抗干擾能力強(qiáng)?；谝陨现T多優(yōu)點(diǎn)所以在本系統(tǒng)中無線通信部分采用了方案二的設(shè)計。運(yùn)行情況測試測試儀器清單：秒表，函數(shù)發(fā)生器，示波器，頻率計等測試過程及測試數(shù)據(jù)：在單項模塊測試完成之后，進(jìn)行組裝整體測試。組裝后的整車尺寸為28cm（長）*18cm（寬）*15cm（高）。首先按照題目要求制作場地如下：

—起跑線—起跑線場地內(nèi)全部敷設(shè)白色繪圖紙，并用透明膠帶固定。在白紙下面按要求放置4塊鐵片，其中最后一塊置于C點(diǎn)。然后用毛筆繪制邊線及引導(dǎo)線。首先將整車放于起點(diǎn)處，上電后通過聲音信號啟動運(yùn)行。小車正確感應(yīng)到鐵片，發(fā)出聲光指示信息。小車正常尋跡運(yùn)行到C點(diǎn)之后，在C點(diǎn)停留5秒，然后小車重新啟動，朝光源方向直線行使，直至檢