基于AT89C51单片机智能电动小车设计_郭巧惠

2009年第10期福建电脑

基于AT89C51单片机智能电动小车设计

郭巧惠

（仰恩大学计算机与信息学院福建泉州362014）

【摘要】：本设计采用AT89c51单片机对电机进行控制，采用PWM脉宽调制方式实现对直流电机转速的控制，采用H型驱动电路控制电机转向。通过IO口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片L293D驱动步进电机实现智能小车的方向控制。整个系统的电路结构简单，可靠性能高，为工厂的智能控制化做好铺垫。

【关键词】：AT89C51单片机，PWM，L293D

一、前言

随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。特别在智能控制方面，小车按固定的轨道运行（寻迹）以及遇见紧急情况（行人）可以避开（避障），在工厂里的智能控制方面非常重要。因此智能电动小车的设计也越来越重要。下面我们就从智能电动小车的设计展开论述。

二、总体设计框图及控制原理

本智能电动小车设计采用AT89C51作为控制器，开始由手动启动小车，并复位，当经过规定的起始黑线，由超声波传感器和红外光电传感器检测，通过单片机控制小车开始避障、调速；系统的自动避障功能通过超声波传感器正前方检测和红外光电传感器左右侧检测，由单片机控制实现；在电动车进驶过程中，采用双极式H型PWM脉宽调制技术，以提高系统的静动态性能。

系统控制框图如图1所示：

图1系统控制框图

三、分部硬件设计

1、小车本体选择

为了方便我们选用四轮式行走机构，它具有以下特点：结构简单、运动平稳、移动速度快、易于控制。车体框架，基于方便，我们以对称结构为基础设计。电动小车整体图如图2所示。

图2样车图

图3AT89C51单片机最小系统

2、单片机小系统避障设计

AT89C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。用AT89C51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图3所示。

3、避障电路设计

避障系统采用的是超声波检测。接收电路的输出端接单片机的外部中断源输入口。系统定时发射超声波，在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器，利用定时器的技术功能记录超申博发射的时间和接收到发射波的时间。但收到超声波的反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在单片机的外部中断源输入口产生一个中断请求信号，单片机相应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离。避障电路如图4所示。

图4超声波避障

4、小车寻迹电路设计

利用红外线在黑线和白纸对光的反射系数不同的特点，在小车在行驶过程中不断向地面发射红外光，根据接收到的反射光强弱来判断是否是黑线。利用这个原理，可以控制小车行走的路迹。当红外发射管发射红外线信号，经白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信号，光敏三极管导通，比较器输出低电平，而红外线信号经黑色吸收后，光敏三极管截止，比较器输出高电平，这就实现了通过红外检测信号的功能。将检测到的信号送到单片机进行分析处理。然后将处理后的结果发送到电机驱动模块，进行校正。为了保证小车沿黑线行驶，我们采用了四个线外探测头进行并行排列，进行两级方向纠正控制，这样控制精度得以提高。在小车行走过程中，若向左方向偏离黑线，则右侧的探头就会检测到黑线，把信号传送到单片机。进行处理校正。控制其向右转，反之，向左转。电路如图5.在该电路中，加比较器LM339的目的，是使模拟量转化为开关量，便于处理。为使发射有一定的功率，发射回路要求不小于20mA的电流

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2009年第10期

福建电脑（上接第122页）

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图5寻迹电路5、电机驱动电路设计

智能小车行走功能的实现依靠电机的驱动和调速。一个电动车整体的运行性能，首先取决于它的电池系统和电机系统。通常使用的电机类型：步进电机和直流电机。直流电机：功率大，速度快需要齿轮减速器，电流通常大，控制（PWM ），体形较小，操作方便。

我们采用L293D 芯片，其驱动电路如图6所示。使用电机驱动芯片L293D ，不仅可以大大简化驱动电路，而且功率容量大，有利于电机转速的稳定。L293D 在电机控制中可以灵活的应用，如对电机输出能力的控制，在单片机中可以进行脉宽调制（PWM ），实现对电机转速的精确控制。

图6电机驱动电路

四、测试数据及实物图

1、测试数据（1）寻迹模块：

寻迹模块硬件数据测试，当红外对管下是白色和黑色时所对应的电压值如下表。

表4.1红外发射对管输出电压调试数据表

所测对应电压值为正常范围。（2）避障模块：

避障模块硬件数据测试，用示波器对输出端进行测试，所得波形如图7所示。

图7超声波接收头输出波

所测波形属正常范围。

（3）电机驱动模块：电动机能正常运转。2、实物图及结论

智能电动小车实体如图8所示，小车总体的运行情况比较良好，能够按照设定的路线进行寻迹，能够进行简单的避障，但是性能方面还有待进一步进行提高，能够应用于实际现场中，提高工厂中的智能控制化。

图8智能电动小车实物图

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