基于單片機(jī)的自動(dòng)往返行駛小汽車的設(shè)計(jì)-精品

1、基于單片機(jī)的自動(dòng)往返行駛小汽車 的設(shè)計(jì) （硬件設(shè)計(jì)） 系 別： 專 業(yè) 班： 姓 名： 學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)于各種工具的要求越來(lái)越高，自動(dòng)化越高就越受歡迎，對(duì)于交通工具的要求也是這樣，人們希望汽車可以根據(jù)主人的想法，自動(dòng)開(kāi)往目的地，而不需要人的操作。雖然科學(xué)家正在研制這種汽車，但在近幾年還不能普及，所以人們想見(jiàn)正真的全自動(dòng)汽車還不可能，但我們完全可以用單片機(jī)做為控制核心來(lái)制作一輛全自動(dòng)的小車模型。本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)；顯示系統(tǒng)采用3個(gè)LED數(shù)碼管顯示里程數(shù)，4個(gè)LED數(shù)碼管顯示一次往返的時(shí)間；電機(jī)正反轉(zhuǎn)采用橋式驅(qū)動(dòng)控制，2檔電壓調(diào)速；里程記錄采

2、用霍爾傳感器；跑道標(biāo)志線采用光敏管檢測(cè)并使用軟件整形消抖措施；單片機(jī)、電機(jī)采用獨(dú)立穩(wěn)壓電源供電。自動(dòng)往返小汽車是指小車能夠在跑道上自動(dòng)往返行駛，無(wú)須人的操作。小車從起跑線出發(fā)后自動(dòng)行駛到終點(diǎn)，并能在終點(diǎn)停車一段時(shí)間，然后返回起點(diǎn)。同時(shí)小車可以在要求區(qū)域內(nèi)自動(dòng)加速和減速等功能。最后，小車還具有實(shí)時(shí)里程顯示功能，可以通過(guò)數(shù)碼管將里程顯示出來(lái)。單片機(jī)的產(chǎn)生使得我們的電子世界變得豐富多彩，原本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)和想法而逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。本設(shè)計(jì)也是以單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，主要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，黑線檢測(cè)電路和顯示模塊組成。本小車模型的設(shè)計(jì)可以提高我們對(duì)單片機(jī)的理解和掌握，將理論知識(shí)應(yīng)用與實(shí)踐，是非常有意義的

3、。關(guān)鍵字：AT89C52單片機(jī) 自動(dòng)往返小汽車Abstract With the development of science and technology, there is growing demand for all kinds of tools, automation becomes more popular, the same is true for transport requirements, people hope that the automobile can according to master idea, automatically to the destination

4、, without human operation. Although scientists are developing the car, but in recent years is not popular, so people want to see is true full automatic car is not possible, but we can use single chip microcomputer as control core to make a full automatic car model. The designed control system using

5、AT89C52 microcontroller; display system using 3 LED digital tube display mileage, 4 LED digital tube display time a round trip; motor adopts bridge drive control, 2 speed voltage control; mileage recorded by Holzer sensor; track mark line using photosensitive tube detection and using software shapin

6、g. Shake measure; microcontroller, motor adopts independent regulated power supply. Automatic round-trip car is a car capable of automatically driving back and forth on the runway, without human operation. The car on the starting line after the automatic running to the end, and can stop for a period

7、 of time in the end, and then return to the starting point. At the same time the car can require regional automatic acceleration and deceleration function. Finally, the car also has real-time mileage display function, can be displayed through the digital tube length. SCM makes the electronic world w

8、e become rich and colorful, idea and design was unable to realize gradually become a reality. This design is based on SCM as control core of the whole system, mainly by the motor drive circuit, the detection circuit and a display module. The design of the car model can improve our understanding of S

9、CM and master, apply theoretical knowledge and practice, is of great significance. Keywords: automatic cars from AT89C52 single chip microcomputer 目錄摘要Abstract緒論11. 設(shè)計(jì)任務(wù)及方案介紹2 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)2 1.2 可行性方案的介紹及確定32. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)5 2.1 系統(tǒng)元器件的選擇與介紹5 2.1.1 AT89C52芯片6 2.1.2 霍耳傳感器（HD3020）9 2.1.3 LED顯示器10 2.1.4 電源管理 2.

10、1.5 發(fā)光二極管和光敏二極管12 2.2 單元電路的設(shè)計(jì)13 2.2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路14 2.2.2 電機(jī)調(diào)速電路15 2.2.3 傳感脈沖檢測(cè)電路16 2.2.4 顯示電路18 2.2.6 穩(wěn)壓電路183.總結(jié)194.致謝20參考文獻(xiàn)21附錄：元器件清單和硬件原理圖22緒 論單片機(jī)的產(chǎn)生使得我們的電子世界變得豐富多彩，原本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)和想法而逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。自動(dòng)往返小汽車是指小車能夠在跑道上自動(dòng)往返行駛，無(wú)須人的操作。小車從起跑線出發(fā)后自動(dòng)行駛到終點(diǎn)，并能在終點(diǎn)停車一段時(shí)間，然后返回起點(diǎn)。同時(shí)小車可以在要求區(qū)域內(nèi)自動(dòng)加速和減速等功能。最后，小車還具有實(shí)時(shí)里程顯示功能，可以通過(guò)數(shù)碼管將里程

11、顯示出來(lái)。此論文的題目是自動(dòng)往返小汽車。要求設(shè)計(jì)一個(gè)能自動(dòng)往返于起跑線與終點(diǎn)線間的小汽車。車輛從起跑線出發(fā)到達(dá)終點(diǎn)線后停留10秒，然后自動(dòng)返回起跑線。在要求的跑道范圍內(nèi)完成快行、慢行、停車等功能。停車后自動(dòng)顯示一次往返的時(shí)間和路程。本設(shè)計(jì)也是以單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，基于上述要求將設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)模塊：AT89C52、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電機(jī)調(diào)速、里程檢測(cè)、跑道標(biāo)志檢測(cè)、數(shù)碼顯示模塊。控制系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)；顯示系統(tǒng)采用3個(gè)LED數(shù)碼管顯示里程數(shù)，4個(gè)LED數(shù)碼管顯示一次往返的時(shí)間；電機(jī)正反轉(zhuǎn)采用橋式驅(qū)動(dòng)控制，2檔電壓調(diào)速；里程記錄采用霍爾傳感器；跑道標(biāo)志線采用光敏管檢測(cè)并使用軟件整形消

12、抖措施；單片機(jī)、電機(jī)采用獨(dú)立穩(wěn)壓電源供電。1. 設(shè)計(jì)任務(wù)及方案介紹1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)利用所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)確定課題的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)一個(gè)能自動(dòng)往返于起跑線與終點(diǎn)線間的小汽車，能在如圖所示的跑道上自動(dòng)往返行駛。在跑道B,C,D,E,F和G處設(shè)有2cm寬的黑線。小車從起跑線出發(fā)（出發(fā)前，車體不得超出起跑線），到達(dá)終點(diǎn)線后停留10秒，然后自動(dòng)返回起跑線停止；到達(dá)終點(diǎn)線和返回起跑線時(shí)，停車位置離起跑線和終點(diǎn)線偏差應(yīng)最?。ㄒ孕≤囍行狞c(diǎn)與終點(diǎn)線或起跑線中心線之間距離作為偏差的測(cè)量值）；DE間為限速區(qū)，小車往返均要求以低速通過(guò)，在限速區(qū)行駛時(shí)間要求大于8秒，但不允許在限速區(qū)內(nèi)停車；并要求車子能自動(dòng)記錄時(shí)間與

13、里程并在車上顯示。其中對(duì)于各個(gè)階段的速度要求如下：BD段：小車全速前進(jìn)。DE段：首先以最快的速度減速，并同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，降至慢速度后保持基本恒速前進(jìn)，當(dāng)接近8秒時(shí)，開(kāi)始加速并沖出此段區(qū)間。EF段：小車全速前進(jìn)。FG段：首先以最快的速度減速，并且保持最低速度前進(jìn)，當(dāng)小車中間的傳感器探測(cè)出黑線時(shí)便立即停車1.2 可行性方案的介紹方案一：系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C52作為核心器件實(shí)現(xiàn)小車行駛的自動(dòng)控制?？刂七^(guò)程是利用反射式光電檢測(cè)器采集的數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件完成對(duì)小車在不同路段的行駛速度實(shí)時(shí)控制，用數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)對(duì)指定行程和所用時(shí)間顯示，同時(shí)利用紅外數(shù)據(jù)傳輸方式將在限速區(qū)、終點(diǎn)區(qū)和返回到起點(diǎn)區(qū)后的時(shí)間和距離數(shù)據(jù)向

14、手持顯示裝置單相傳送。鍵盤設(shè)置在小車中，對(duì)速度的控制調(diào)整更加方便、精確。方框圖如1-1所示。數(shù)據(jù)采集1線標(biāo)志檢測(cè)數(shù)據(jù)采集2 圈數(shù)檢測(cè) 單 片 機(jī) A T 8 9 C 5 1顯示結(jié)果電動(dòng)機(jī)控制紅外發(fā)射鍵盤輸入紅外接收單 片 機(jī) A T 8 9 C 5 1 速度、時(shí)間、里程顯示鍵盤輸入 圖1-1方案二：自動(dòng)往返行駛小汽車的控制系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)；顯示系統(tǒng)采用3位數(shù)碼管顯示里程數(shù)，4位LED數(shù)碼管顯示一次性往返的時(shí)間；電機(jī)正反轉(zhuǎn)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，電機(jī)調(diào)速；里程記錄采用霍爾傳感器；跑道標(biāo)志線采用光電管檢測(cè)并使用軟件整形消抖措施；采用4個(gè)靠輪解決小汽車與擋板之間的碰擦問(wèn)題；單片機(jī)，電機(jī)采用獨(dú)立

15、電源穩(wěn)壓電源供電。如圖1-2所示： 里程檢測(cè)AT89C52數(shù)碼顯示電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)速跑道標(biāo)志檢測(cè) 圖1-2從上述方案可知：而方案一應(yīng)用了相同的兩塊芯片作為控制部分，應(yīng)用起來(lái)比較煩瑣，也很不經(jīng)濟(jì)；所以從應(yīng)用和實(shí)際生產(chǎn)方面考慮，選用方案二。2. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).2.1 系統(tǒng)元器件的選擇與介紹下面介紹AT89C52芯片、霍耳傳感器、LED顯示器等元器件.2.1.1 AT89C52芯片特點(diǎn)： 與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 8K字節(jié)可重擦寫(xiě)FLASH閃存 1000次擦寫(xiě)周期 全靜態(tài)操作：0Hz-24MHz 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 256X8字節(jié)內(nèi)部RAM 32個(gè)可編程I/O口線 3個(gè)16位定時(shí)/

16、計(jì)數(shù)器 8個(gè)中斷源 可編程串行UART通道 低功耗空閑和掉電模式功能特性概述：AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)FLASH閃存，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。圖2-1 AT89C52的芯片管腳圖引腳功能說(shuō)明：VCC電源電壓GND地P0口P0口

17、是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口P0寫(xiě)“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1口P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸出口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳

18、被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX），參見(jiàn)表2.2.1。FLASH編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。P2口P2是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口P2寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址

19、數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVXRI指令）時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。FLASH編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。P3口P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-1所示。表2-1 P1.0和P1.1的第二功能引腳號(hào)功能特性P1.0T2（定時(shí)/計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)脈沖輸入），時(shí)鐘輸出P1.1T2EX（定時(shí)/計(jì)數(shù)2捕獲/重

20、裝載觸發(fā)和方向控制）表2-2 端口三的功能介紹端口引腳第二功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INTO(外中斷0)P3.3INT1(外中斷1)P3.4TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)P3.5T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG當(dāng)訪問(wèn)外部程存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1

21、/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無(wú)效。PSEN程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

22、，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。EA/VPP外部訪問(wèn)允許，欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。2.1.2 霍耳傳感器（HD3020）霍耳傳感器是利用半導(dǎo)體的磁電效應(yīng)中的霍耳效應(yīng)，將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換成霍耳電勢(shì)。(1)、霍耳效應(yīng)：將一載流體置于磁場(chǎng)中靜止不動(dòng)，若次載流體中的電流方向與磁場(chǎng)方向不相同時(shí)，則在此載流體

23、中平行于由電流方向和磁場(chǎng)方向所組成的平面上將產(chǎn)生電勢(shì)，此電勢(shì)稱為霍耳電勢(shì)，此現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)?；舳妱?shì) U=BbI/neb式中：B外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度： I通過(guò)基片的電流； n基片材料中的載流子濃度； e電子電荷量； b基片寬度； d基片厚度。 (2)、 霍耳元件一般采用具有N型的鍺、銻化銦和砷化銦等半導(dǎo)體單晶材料造成。銻化銦元件的輸出較大，但受溫度的影響也較大。鍺元件的輸入雖小，但它的溫度性能和線性度卻比較好。砷化銦元件的輸出信號(hào)沒(méi)有銻化銦元件大，但是受溫度的影響卻比銻化銦要小，而且線性度也較好，因此，采用砷化銦做霍耳元件的材料受到普遍重視。一般地，在高精度測(cè)量中，大多采用鍺和砷化銦元件；作為

24、敏感元件時(shí)，材料采用銻化銦元件。 霍耳元件的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，它由霍耳片、引線和殼體組成?；舳且粔K矩形半導(dǎo)體薄片。在長(zhǎng)邊的兩個(gè)端面上焊上兩根控制電流端引線，在元件短邊的中間以點(diǎn)的形式焊上兩根霍耳輸出端引線，在焊接處要求接觸電阻小，而且呈純電阻性質(zhì)。霍耳片一般用非磁性金屬、陶瓷或環(huán)氧樹(shù)脂封裝。2.1.3 LED顯示器 LED顯示器是由發(fā)光二機(jī)管構(gòu)成的最為常用的顯示器，數(shù)字LED顯示器利用7個(gè)發(fā)光二機(jī)管顯示數(shù)字，通常被稱為七段LED顯示器或數(shù)碼管，另外數(shù)碼管中還有一個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二機(jī)管，用于顯示小數(shù)點(diǎn)。LED顯示器有共陽(yáng)極接法和共陰極接法的。共陽(yáng)極接法的發(fā)光二機(jī)管的陽(yáng)極連在一起構(gòu)成公共陽(yáng)極，使用時(shí)，公

25、共陽(yáng)極接+5V電壓，在陰極輸入低電平，發(fā)光二機(jī)管導(dǎo)通發(fā)光；共陰極接法的發(fā)光二機(jī)管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時(shí)，公共陰極接地，在陽(yáng)極兩端輸入高電平時(shí)，發(fā)光二機(jī)管就導(dǎo)通發(fā)光。LED導(dǎo)通電壓為1.5V，工作電流每段約為100MA，直接接+5V電平上會(huì)使數(shù)碼管發(fā)亮導(dǎo)致?lián)p壞，需接一個(gè)100300的限流電阻。LED數(shù)碼管具有：低耗能、低損耗、低壓、壽命長(zhǎng)、耐老化、防曬、防潮、防火、防高低溫，對(duì)外界環(huán)境要求低易于維護(hù)，同時(shí)其精確度比較高，操作簡(jiǎn)單。2.1.4 電源管理采用雙電源供電方式。將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源與單片機(jī)以及周邊電路電源完全隔離。這樣做雖然不如單電源方便靈活，但可以將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所造成的干擾徹底消

26、除，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能，故采用12V蓄電池為L(zhǎng)298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片供給電源電壓2.1.5 發(fā)光二極管和光敏二極管1、發(fā)光二極管發(fā)光二極管是一種直接能把電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿陌雽?dǎo)體器件。與其它發(fā)光器件相比，具有體積小、功耗低、發(fā)光均勻、穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種電子儀器、音響設(shè)備、計(jì)算機(jī)等作電流指示、音頻指示和信息狀態(tài)顯示等。    a.發(fā)光原理    光二極管的管芯結(jié)構(gòu)與普通二極管相似，由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成。當(dāng)在發(fā)光二極管PN結(jié)上加正向電壓時(shí)，空間電荷層變窄，載

27、流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大于漂移運(yùn)動(dòng)，致使P區(qū)的空穴注入N區(qū)，N區(qū)的電子注入P區(qū)。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)會(huì)釋放出能量并以發(fā)光的形式表現(xiàn)出來(lái)。小功率的發(fā)光二極管正常工作電流在10 30mA范圍內(nèi)。通常正向壓降值在1.5 3V范圍內(nèi)。發(fā)光二極管的反向耐壓一般在6V左右。    發(fā)光二極管的伏安特性與整流二極管相似。為了避免由于電源波動(dòng)引起正向電流值超過(guò)最大允許工作電流而導(dǎo)致管子燒壞，通常應(yīng)串聯(lián)一個(gè)限流電阻來(lái)限制流過(guò)二極管的電流。由于發(fā)光二極管最大允許工作電流隨環(huán)境溫度的升高而降低，因此，發(fā)光二極管不宜在高溫環(huán)境中使用。2、光敏二極管光敏二極管也叫光電二極管。當(dāng)光線照射PN結(jié)時(shí)，可以使

28、PN結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，使少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。因此可以利用光照強(qiáng)弱來(lái)改變電路中的電流。光敏二極管是光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體器件，與光敏電阻相比具有靈敏度高、高頻性能好、可靠性好、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)人射光子在基區(qū)及集點(diǎn)電區(qū)被吸收而產(chǎn)生電子空穴對(duì)時(shí)，變形成光生電壓。由此生成的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到了一個(gè)放大了的信號(hào)電流。 在設(shè)計(jì)中發(fā)光二極管和光敏二極管組成一部分來(lái)完成跑道標(biāo)志檢測(cè)。發(fā)光二極管檢測(cè)到白紙發(fā)光，當(dāng)小車檢測(cè)到黑線時(shí)，發(fā)光二極管會(huì)熄滅，光源的變化反射到光敏二極管并驅(qū)動(dòng)電路完成一次黑線檢測(cè)，系統(tǒng)中斷一次。2.2系統(tǒng)主要硬

29、件電路設(shè)計(jì) 總體硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示里程顯示 黑線檢測(cè)模塊單片機(jī)系統(tǒng)電機(jī)模塊控制模塊采用Atmel公司的AT98C52單片機(jī)作為主控制器。AT98C52是一款低功耗，高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)含有8KB的Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，256 Bytes的RAM，32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，2層中斷嵌套中斷等。價(jià)格便宜，使用方便。編程實(shí)現(xiàn)難度低，適合用來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能。以下將介紹電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電機(jī)調(diào)速、傳感脈沖檢測(cè)和顯示電路.2.2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路本系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用兩對(duì)互補(bǔ)三極管，利用單片機(jī)16、17腳電位的高低去控制三極管的截止和導(dǎo)通狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)

30、小汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)功能。為了防止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)單片機(jī)的干擾影響，提高單片機(jī)的穩(wěn)定性，本電路在電機(jī)的兩端加了抗干擾電容，其電路圖2-1。圖2-1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用直流減速電機(jī)。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便，電機(jī)內(nèi)部裝有減速齒輪組，所以并不需要考慮調(diào)速功能，很方便的就可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)單片機(jī)對(duì)直流減速電機(jī)前進(jìn)、后退、停止等操作。2.2.2 電機(jī)調(diào)速電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓由AT89C52單片機(jī)的P1.7和P1.6分別控制。當(dāng)P1.7為0，P1.6為1時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓為+7.5V，小車進(jìn)入高速行駛狀態(tài)；當(dāng)P1.7為1，P1.6為0時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓為+4.3V，小車進(jìn)入低速行駛狀態(tài)。

31、當(dāng)P1.0為高電位時(shí)，電機(jī)供電三極管D880截止，關(guān)閉電機(jī)電源實(shí)現(xiàn)停車功能；當(dāng)P1.0為1時(shí)，D880輸出電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓，小車按單片機(jī)的指令執(zhí)行各種功能。如圖2-2所示：圖2-2 電機(jī)調(diào)速電路小車運(yùn)行過(guò)程中要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié),調(diào)速范圍根據(jù)負(fù)載的要求而定。由公式1 1n :電樞轉(zhuǎn)速, U :電機(jī)端電壓, I :電機(jī)端電流,R :電樞電阻, Ce :常數(shù), :每極總磁通可以看出,調(diào)速可以有三種方法:（1）改變電機(jī)端電壓U,即改變電樞電源電壓;（2）改變磁通,即改變激磁回路的調(diào)節(jié)電阻Rj以改變激磁電流Ij;（3）在電樞回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻Rtj。此時(shí)的轉(zhuǎn)速公式2為: 2 在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，

32、改變電機(jī)的磁通或調(diào)節(jié)樞回路中串聯(lián)調(diào)節(jié)電阻Rtj并不方便、實(shí)用。因此，主要選擇通過(guò)改變電機(jī)兩端電壓的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速2.2.3 傳感脈沖檢測(cè)電路電動(dòng)小車在行進(jìn)過(guò)程中需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)小車車路轉(zhuǎn)速、里程及黑線檢測(cè)。當(dāng)小車偏離跑道時(shí)啟用偱線程序，使小車做出微調(diào)，保持直線行走。每當(dāng)檢測(cè)到標(biāo)志黑線即作出相應(yīng)動(dòng)作反應(yīng)，如降速、停車、倒車返回等動(dòng)作。通過(guò)測(cè)速傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)小車運(yùn)行速度、里程，這些都離不開(kāi)傳感器的設(shè)計(jì)。 檢測(cè)電路由霍爾元件里程檢測(cè)、跑道標(biāo)志光電管檢測(cè)兩部分組成，如下圖2-3和2-4。用于里程累計(jì)的脈沖信號(hào)由霍爾元件檢測(cè)?；魻栐惭b在后左輪，車輪每轉(zhuǎn)一周就由其產(chǎn)生一個(gè)低電平脈沖，使單片機(jī)外部中斷1產(chǎn)生中斷，從而使里程脈沖數(shù)累計(jì)一次。根據(jù)本小車輪子的周長(zhǎng)，每轉(zhuǎn)6周為1米，所以每累計(jì)6個(gè)脈沖就是1米。 用于檢測(cè)跑道標(biāo)志的脈沖信號(hào)由光敏二極管、發(fā)光二極管電路組成。當(dāng)小車在白紙上時(shí)，輸出為高電平；當(dāng)遇到黑線時(shí)，輸出低電平脈沖，作中斷計(jì)數(shù)判斷用。圖2-3 里程檢測(cè)電路圖2-4 跑道標(biāo)志檢測(cè)電路2.2.4 顯示電路采用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。本系統(tǒng)采用7位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描的方式進(jìn)行顯示。前三位數(shù)碼管顯示的