1、智能小車系統  摘要 本設計采用兩塊單片機（89S52）作為自動控制小車的檢測控制、顯示計算核心。路面黑線檢測采用反射式紅外傳感器，車速和距離檢測使用了霍爾傳感器，金屬檢測使用了金屬接近開關。電源部分采用了強電流、弱電流分開。數字、模擬獨立供電，利用光電耦合器件避免了電動機對控制系統的干擾。同時利用了PWM技術動態的控制電動機的轉速，利用低密度PLD簡化電路提高硬件系統的可靠性，基于這些完備可靠的硬件設計，使用了一套獨特的軟件算法實現了小車在金屬的檢測，和在高速運動中的精確控制，達到了很好的效果！  本設計的主要特色：高效的H型PWM電路，提高電源的利用率。控制電路電源和電

2、動機電源隔離，信號通過光電耦合器傳輸。紅外檢測路面，軟件糾錯，免受路面雜質干擾。優化軟件算法，智能化的自動控制，反應迅速。前置式方向燈，行駛狀態一目了然。 一：系統設計及方案論證根據題目要求，系統可以劃分為幾個基本模塊，如圖1-1所示。對各模塊的實現，分別有以下一些不同的設計方案：                         

3、0;     1-11：電機驅動調速模塊方案一：采用繼電器對電動機的開或關進行控制，通過開關的切換對小車的速度進行調整。這個方案的優點是電路較為簡單，缺點是繼電器的響應速度慢，機械結構易損壞，壽命短，可靠性差。方案二：采用電阻網絡或數字電位器調整電動機的分壓，從而達到調速的目的。但是電阻網絡只能實現有級調速，而數字電阻元件價格昂貴，主要問題是一般電動機的電阻很小，但電流很大；分壓不僅會降低效率，而且實現很困難。方案三：采用由雙極性管組成的H型PWM電路。用單片機控制晶體管使之工作在占空比可調的開關狀態，精確調整電機轉速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模

4、式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡單地實現轉速和方向的控制；電子開關的速度很塊，穩定性也很高，是一種廣泛采用的PWM調速技術。基于上述理論分析，選用方案三。2：路面黑線探測模塊探測路面黑線的大致原理是：光線照射到路面并反射，由于黑線和白線的反射系數不同，可以根據接收到的反射光強弱判斷是否到達跑道邊側。方案一：可見光發光二極管與光敏二極管組成的發射-接收電路。這種方案的缺點在于其他環境光源會對光敏二極管的工作產生很大干擾，一旦外界環境條件改變，很可能造成誤判和漏判；雖然采取超高亮度發射管可以降低一定的干擾，但這勢必會增加額外的功率損耗。方案二：脈沖調制的反射式紅外發射-接收器。考慮到環境光干

5、擾主要是直流分量，如果采用有交流分量的調制信號可大幅度減少外界干擾；另外，紅外發射管的最大工作電流取決于平均電流，如果采用占空比小的調制信號，在平均電流不變的情況下，瞬時電流可以很大（50-100MA），這樣也可以大大提高信噪比。但電路較復雜且軟件工作量加大。方案三：不調制的反射式紅外發射-接收器。由于采用紅外管代替普通可見光管，可以降低環境光源干擾；如果直接用直流電壓對管子供電，限于管子的平均功率要求，工作電流在10MA左右。由于發射接收組件距離路面較近，切組件有外罩防止外界的干擾，所以我們采用了方案三。3：車輪測速及路程計算模塊方案一：采用霍爾元件，該器件內部由三片霍爾金屬板組成，當磁鐵正

6、對金屬片時，由于霍爾效應，金屬板發生橫向導通，因此可以在車輪上安裝磁鐵，而將霍爾器件安裝在固定軸上，通過對脈沖的計數進行車速測量。方案二：受鼠標的工作原理啟發，采用斷續式光電開關。由于該開關是溝槽結構，可以將其置于固定軸上，再在車輪上均勻的固定多個遮光條，讓其恰好通過溝槽，產生一個個脈沖。通過脈沖的計數對速度進行測量。上述方案二計數精度較高，但安裝不便且MCU計數負擔過重，影響小車速度的提升。方案一在工業上得到廣泛應用性能穩定切裝配容易，因此采用方案一。4：電源選擇方案一：所有器件采用單一電源，這樣供電比較簡單；但是由于電動機啟動瞬間電流很大，而且PWM驅動的電動機電流波動較大，會造成電壓不穩

7、定，有毛刺等干擾，嚴重時可能造成單片機系統掉電，缺點十分明顯。方案二：雙電源供電。將電動機驅動電源與單片機以及其周邊電路電源完全隔離，利用光電耦合器傳輸信號。這樣做雖然不如單電源方便靈活，但可以將電動機驅動所造成的干擾徹底消除，提高了系統穩定性。我們認為本設計的穩定性更為重要，故采用方案二。  二 系統的具體設計與實現系統組成及原理框圖如圖1-2所示。以下分為硬件和軟件具體分析。                

8、60;                     1-21：系統的硬件設計（1）       電動機PWM驅動模塊的電路設計與實現，具體電路圖見1-3，本電路采用的是基于PWM原理的H型驅動電路。該電路采用D772，B882大功率管，以保證電動機啟動瞬間的4A電流要求。      

9、                                1-3 我們采用了200HZ的周期信號控制，通過對其占空比的調整，對車速進行調節。最小脈寬為0.2ms速度分為5檔，可以滿足車速調整的精度要求。同時可以控制電動機的轉向。（2）   &#

10、160;   路面黑線檢測模塊的電路設計與實現，具體電路見1-4，為了檢測路面黑線，在車的前部安裝了四個反射式紅外傳感器，分成左右兩組，由傳感器先后通過黑線的順序可以知道小車現在跑道的位置，以便跑回原跑道。                               &

11、#160;     1-4（3）       單片機控制部分控制部分采用了主從結構，主控制器負責黑線檢測，金屬檢測，電機驅動等工作。從控制器負責顯示，路程計算，速度計算，運行時間計算等工作。主從之間采用波特率為19200的串行通信。具體電路見1-5。2：系統的軟件設計（1） 路面檢測程序 流程圖見1-6。外部四組紅外線檢測傳感器共用一個中斷源，進入中斷服務程序后查詢具體是哪一路傳感器遇到黑線。        

12、0;                            1-6 （2） 顯示程序 由主控CPU發送開始標志，slave mcu開始打開計數器開始計時間。當master mcu每檢測到霍爾元件翻轉一次便向slave mcu發送一個標志，slave mcu便累加一次計算之后送去顯示。速度檢測我們采用單位時間內計算共有多少個脈沖計算后即可得到速度值。 三 測試結果及誤差分析（1） 測試設備模擬跑道：總長度7M卷尺：精度1CM秒表：精度0.01S（2） 測試結果A最高速度測試將速度開至最大，測量其最高行駛速度，通過軟件將最大速度保存并顯示，測試長度7M，測試數據見表1-7次數1234實測速度1.41.51.41.41-7B路程測試模擬小車運行跑道一周，與實際值比較見1-8表次數1234顯示距離7137217