如何使用AT89C51单片机设计电动车跷跷板的论文资料免费下载

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标签:AT89C51(349)控制系统(1882)电动车(1040)传感器(12354)

  为使电动车在跷跷板上按要求准确运行采用了单片机AT89C51最小系统作为电动车的检测和控制系统。通过红外发射接收一体探头检测路面黑色寻迹线,使小车按预定轨道行驶,根据角度传感器检测

  本设计为使电动车在跷跷板上按要求准确运行采用了单片机AT89C51最小系统作为电动车的检测和控制系统。通过红外发射接收一体探头检测路面黑色寻迹线,使小车按预定轨道行驶,根据角度传感器检测跷跷板的平衡状态控制电动车使其在跷跷板上达到动态平衡。再加上基于AT89C51单片机的键盘、液晶显示电路,构成了整个系统的硬件总电路。最后通过软件设计,实现了按预定轨道行驶、保持平衡等功能。

  根据题目的基本要求,设计任务主要完成电动车在规定时间内按规定路径稳定行驶,并能具有保持平衡功能,同时对行程中的有关数据进行处理显示。为完成相应功能,系统可以划分为以下几个基本模块:电动机驱动模块、寻迹线探测模块、平衡状态检测模块、信息显示模块。

  1.1寻迹线探测模块

  探测路面黑色寻迹线的原理:光线照射到路面并反射,由于黑线和白纸的反射系数不同,可根据接受到反射光强弱由传感器产生高低电平并最终通过单片机判断是否到达黑线偏离跑道。

  方案一:由可见光发光二极管与光敏二极管组成的发射-接收电路。该方案成本较低,易于制作,但其缺点在于周围环境光源会对光敏二极管的工作产生很大干扰,一旦外界光亮条件改变,很可能造成误判和漏判;如果采用超高亮发光管和高灵敏度光敏管可以降低一定的干扰,但又将增加额外的功率损耗。

  方案二:自制红外探头电路。此种方法简单,价格便宜,灵敏度可调,但易受到周围环境影响,特别是较强光照对检测信号的影响,会造成系统不稳定。再加上时间有限,制作分立电路较繁琐。

  方案三:集成式红外探头。可以采用集成断续式光电开关探测器,它具有集成度高、工作性能可靠的优点,只须调节探头上的一个旋钮即可以控制探头的灵敏度。此种探头还能有效地防止普通光源(如日光灯等)的干扰。(其实物图见附录)

  基于上述考虑,为了提高系统信号采集检测的精度,我们采用方案三。

  1.2平衡状态检测模块

  方案一:断续式光电开关。在跷跷板两头的地面上各放置一个,调节灵敏度使其在一定范围内接收不到反射光产生低电平,从而认为达到平衡状态,由单片机控制小车运动状态使跷跷板达到动态平衡。然而此方案平衡控制不灵敏,难以调节,还需有线与单片机传输信号,使小车失去独立性。

  方案二:采用角度传感器。该集成芯片为专用的水平倾角测量芯片,其体积小,灵敏度高,简单、可靠的工作性能等优点,可高度满足该题对平衡度角的精确要求。

  经过以上两个方案比较,方案二明显优于方案一,故采用方案二。

  1.3 电动机及其驱动模块的选择

  根据题目中小车行驶全程的时间要求,可知小车的行驶速度很慢,普通的电机很难满足此速度要求,而直流减速电机可以满足此要求,并且其具有很大的转动力矩,不会在倾斜面出现堵转情况。故我们采用直流减速电机。

  在选用驱动模块方面由以下两种方案:采用专用驱动芯片。该芯片集成度高,占用空间小,主要应用于电机调速场合。采用分立三极管驱动电路。经分析此电动车所要求的功能比较简单,不需复杂的调速,用电动机专用集成驱动电路可以达到预期的目标。故我们最后决定用后方案。

  1.4 信息显示模块

  采用LED,缺点是占用单片机接口太多,显示信息量少,需要循环显示,占用太多程序资源。采用LCD,只占用6个单片机接口,同时显示信息量大,灵活多变显示多种信息。因此,我们拟采用后者。

  1.5 电源选择

  方案一:所有器件采用单一电源(5节五号电池)。这样供电比较简单,但是由于电动机启动瞬间电流很大,会造成电压不稳、有毛刺等干扰,严重时可能会造成单片机系统掉电,使之不能完成预定行程。

  方案二:双电源供电。电动机驱动电源采用5节五号电池,单片机及其外围电路电源采用5V钮扣电池供电,两路电源完全分开,这样做虽然不如单电源方便灵活,但可以将电动机驱动所造成的干扰彻底消除,提高了系统稳定性。

  我们认为本设计的稳定可靠性更为重要,故拟采用方案二。

  经过一番仔细的论证比较,我们最终确定的系统详细方框图如下:

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