基于A(yíng)T89C51的智能型小車(chē)設計

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(gè)8位中央處理器(CPU)、一個(gè)256 B片內RAM及4 kB Flash ROM、21個(gè)特殊功能寄存器、4個(gè)8位并行I／O口、兩個(gè)16位定日寸／計數器、一個(gè)串行I／O口以及中斷系統等部分組成，各功能部件通過(guò)片內單一總線(xiàn)聯(lián)成一個(gè)整體，集成在單一芯片之上，如圖3所示。

AT89C51的端口結構，如圖4所示。

1．2 電動(dòng)機驅動(dòng)系統
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速，取得最大轉矩。另外，不同的齒輪箱減速比也可提供不同的轉速和力矩，就因齒輪箱的增速增矩特點(diǎn)，較大的提高了直流電機在自動(dòng)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(chēng)為齒輪電機。而減速電機一般是由專(zhuān)業(yè)的減速電機生產(chǎn)廠(chǎng)進(jìn)行集成拼裝后成套供貨。減速電機的運用，相比其他的驅動(dòng)件，最大的長(cháng)處是簡(jiǎn)化描繪，節約空間。減速電機的特點(diǎn)主要有：(1)減速電機是傳動(dòng)行業(yè)的技術(shù)結晶，具有較高的科技含量；(2)新式齒輪減速電機節約空間，牢靠經(jīng)用，可承受一定的過(guò)載能力，功率可滿(mǎn)足客戶(hù)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、節能高且選用優(yōu)質(zhì)鍛鋼資料；(4)顛末精細加工，包管定位精度，便構成了齒輪傳動(dòng)總成的齒輪減速電機裝備了各類(lèi)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、模塊化的設計，具有廣泛的適應性。同時(shí)可組合其他多種電機、裝置方位和布局計劃，并可按實(shí)際需求挑選任意轉速和各種布局方式。
1．3 平衡狀態(tài)檢測系統
采用角度傳感器，該集成芯片為專(zhuān)用的水平傾角測量芯片，其體積小、靈敏度高，并具有簡(jiǎn)單、可靠的工作性能等優(yōu)點(diǎn)，可高度滿(mǎn)足平衡度角的精確要求。
1．4 尋跡線(xiàn)探測系統
基于是探測路面黑色尋跡線(xiàn)的原理：光線(xiàn)照射到路面并反射，由于黑線(xiàn)和白紙的反射系數不同，可根據接受到反射光強弱由傳感器產(chǎn)生高低電平并最終通過(guò)單片機判斷是否到達黑線(xiàn)偏離跑道。文中采用集成斷續式光電開(kāi)關(guān)探測器，其具有集成度高、工作性能可靠的優(yōu)點(diǎn)，只須調節探頭上的一個(gè)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
顯示模塊采用6位LED7段共陰數碼管進(jìn)行動(dòng)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的上拉排阻驅動(dòng)數碼管顯示，位選信號從P2口輸出直接送數碼管顯示。同時(shí)采用數碼管動(dòng)態(tài)顯示方式，使硬件電路更為簡(jiǎn)單，顯示信息更加清晰。
1．6 電源選擇
采用雙電源供電，電動(dòng)機驅動(dòng)電源采用5節干電池，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(kāi)，這樣雖然不如單電源方便靈活，但可以將電動(dòng)機驅動(dòng)所造成的干擾徹底消除，提高了系統穩定性。

2 系統模塊設計
2．1 尋跡線(xiàn)探測電路
采用型號為E3F-DS30C4集成斷續式光電開(kāi)關(guān)探測器，該探頭輸出端有3根線(xiàn)(電源線(xiàn)、地線(xiàn)、信號線(xiàn))，只需將信號線(xiàn)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，當其為高電平時(shí)則檢測到白紙，當為低電平時(shí)則檢測到黑線(xiàn)區域。小車(chē)前進(jìn)時(shí)，始終保持黑線(xiàn)在車(chē)頭兩個(gè)傳感器之間，當小車(chē)偏離黑線(xiàn)時(shí)，探測器一旦探測到有黑線(xiàn)，單片機便會(huì )按照預先編定的程序發(fā)送指令給小車(chē)的控制系統，控制系統再對小車(chē)路徑予以糾正。當小車(chē)回到了軌道時(shí)，車(chē)頭兩個(gè)探測器均會(huì )檢測到白紙，則小車(chē)繼續直線(xiàn)行走，否則小車(chē)會(huì )持續進(jìn)行方向調整操作，直至恢復正常。
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(guò)對自身偏離水平角度的測量，對應線(xiàn)性輸出一定范圍內的電壓值。采用動(dòng)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，根據信號端的變化控制小車(chē)，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(mǎn)足要求。
2．3 電動(dòng)機驅動(dòng)電路
驅動(dòng)系統直接采用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，達到步進(jìn)電機所需的驅動(dòng)電流和電壓，以此驅動(dòng)步進(jìn)電機工作。