基于AT89C51的智能型小車設(shè)計
AT89C51是一種帶4 kB閃存、可編程、可擦除、只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。它由一個8位中央處理器(CPU)、一個256 B片內(nèi)RAM及4 kB Flash ROM、21個特殊功能寄存器、4個8位并行I/O口、兩個16位定日寸/計數(shù)器、一個串行I/O口以及中斷系統(tǒng)等部分組成,各功能部件通過片內(nèi)單一總線聯(lián)成一個整體,集成在單一芯片之上,如圖3所示。
AT89C51的端口結(jié)構(gòu),如圖4所示。
1.2 電動機驅(qū)動系統(tǒng)
采用直流減速電機,直流減速電機是在一般的直流電機的基礎(chǔ)上,加上配套的齒輪減速箱所組成的。其作用是提供較低的轉(zhuǎn)速,取得最大轉(zhuǎn)矩。另外,不同的齒輪箱減速比也可提供不同的轉(zhuǎn)速和力矩,就因齒輪箱的增速增矩特點,較大的提高了直流電機在自動化職業(yè)中的運用率。
減速電機是減速機和電機的集成體,該種集成體通??煞Q為齒輪電機。而減速電機一般是由專業(yè)的減速電機生產(chǎn)廠進(jìn)行集成拼裝后成套供貨。減速電機的運用,相比其他的驅(qū)動件,最大的長處是簡化描繪,節(jié)約空間。減速電機的特點主要有:(1)減速電機是傳動行業(yè)的技術(shù)結(jié)晶,具有較高的科技含量;(2)新式齒輪減速電機節(jié)約空間,牢靠經(jīng)用,可承受一定的過載能力,功率可滿足客戶需求;(3)新式齒輪減速電機能耗低、性能優(yōu)越、電機振蕩小、噪音低、節(jié)能高且選用優(yōu)質(zhì)鍛鋼資料;(4)顛末精細(xì)加工,包管定位精度,便構(gòu)成了齒輪傳動總成的齒輪減速電機裝備了各類電機,形成了機電一體化,徹底包管了產(chǎn)物的運用質(zhì)量特征;(6)減速電機采用了系列化、模塊化的設(shè)計,具有廣泛的適應(yīng)性。同時可組合其他多種電機、裝置方位和布局計劃,并可按實際需求挑選任意轉(zhuǎn)速和各種布局方式。
1.3 平衡狀態(tài)檢測系統(tǒng)
采用角度傳感器,該集成芯片為專用的水平傾角測量芯片,其體積小、靈敏度高,并具有簡單、可靠的工作性能等優(yōu)點,可高度滿足平衡度角的精確要求。
1.4 尋跡線探測系統(tǒng)
基于是探測路面黑色尋跡線的原理:光線照射到路面并反射,由于黑線和白紙的反射系數(shù)不同,可根據(jù)接受到反射光強弱由傳感器產(chǎn)生高低電平并最終通過單片機判斷是否到達(dá)黑線偏離跑道。文中采用集成斷續(xù)式光電開關(guān)探測器,其具有集成度高、工作性能可靠的優(yōu)點,只須調(diào)節(jié)探頭上的一個旋鈕即可控制探頭的靈敏度。此種探頭還能有效防止普通光源的干擾。
1.5 信息顯示系統(tǒng)
顯示模塊采用6位LED7段共陰數(shù)碼管進(jìn)行動態(tài)顯示。由AT89C51單片機產(chǎn)生的段選信號從P0輸出,經(jīng)大約1 kΩ的上拉排阻驅(qū)動數(shù)碼管顯示,位選信號從P2口輸出直接送數(shù)碼管顯示。同時采用數(shù)碼管動態(tài)顯示方式,使硬件電路更為簡單,顯示信息更加清晰。
1.6 電源選擇
采用雙電源供電,電動機驅(qū)動電源采用5節(jié)干電池,單片機及其外圍電路電源采用5 V電池供電,兩路電源完全分開,這樣雖然不如單電源方便靈活,但可以將電動機驅(qū)動所造成的干擾徹底消除,提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。
2 系統(tǒng)模塊設(shè)計
2.1 尋跡線探測電路
采用型號為E3F-DS30C4集成斷續(xù)式光電開關(guān)探測器,該探頭輸出端有3根線(電源線、地線、信號線),只需將信號線接至單片機的I/O口,再不停地對該I/O口進(jìn)行掃描檢測,當(dāng)其為高電平時則檢測到白紙,當(dāng)為低電平時則檢測到黑線區(qū)域。小車前進(jìn)時,始終保持黑線在車頭兩個傳感器之間,當(dāng)小車偏離黑線時,探測器一旦探測到有黑線,單片機便會按照預(yù)先編定的程序發(fā)送指令給小車的控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)再對小車路徑予以糾正。當(dāng)小車回到了軌道時,車頭兩個探測器均會檢測到白紙,則小車?yán)^續(xù)直線行走,否則小車會持續(xù)進(jìn)行方向調(diào)整操作,直至恢復(fù)正常。
2.2 平衡狀態(tài)檢測電路
在平衡檢測電路中,運用了高精度角度傳感器,此傳感器通過對自身偏離水平角度的測量,對應(yīng)線性輸出一定范圍內(nèi)的電壓值。采用動態(tài)尋找平衡的方式,用分壓電路和電壓比較器制作信號電路,根據(jù)信號端的變化控制小車,使角度傳感器的電壓輸出保持在2.45~2.55 V,經(jīng)測試,該電路滿足要求。
2.3 電動機驅(qū)動電路
驅(qū)動系統(tǒng)直接采用ULN2003芯片。由單片機產(chǎn)生的脈沖序列和方向控制信號從P3.0~P3.3口輸出,并直接送入ULN2003芯片進(jìn)行功率放大,達(dá)到步進(jìn)電機所需的驅(qū)動電流和電壓,以此驅(qū)動步進(jìn)電機工作。
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