基于AT89S51单片机自动往返小车系统设计 第2页
二、系统原理框图
系统原理框图如图1所示。
本设计采用AT89S51单片机作为自动往返小汽车的检测和控制核心。路面线条测使用反射式红外开关传感器，检测小车的行驶路段；车速和距离检测使用光电编码器，利用PWM技术动态控制电动机的转速，通过软件完成对电动小汽车在不同路段的行驶速度实时控制；用单片机驱动数码管实现对指定行程和所用时间显示；采用双外部电源供电，保证系统工作更加稳定，可靠。
本设计的主要特色有：
● 高效的H型PWM电路，提高电源利用率；
● 串口数码显示，行驶状态一目了然；
● 优化的软件算法，智能化的自动控制，定位精确；
● 前轮导向装置，减少了挡板的摩擦。
第二章 主要电路设计
1、光电检测的设计
为了检测到地上的黑线，根据小车所处的位置改变行驶状态，采用64型光电检测器采集外部信息传给IOB2作为外部中断源，遇到黑线将产生一个中断，通过对中断的计数确定小车位置，并对行驶状态做出相应的反映。764型光电检测器输出形式为晶体管集电极开路输出，接4.7K的上拉电阻。光电管的测量最大范围为1.5－18.5cm，实际安装距地面为 2cm。发射管发出红外线光电信号，接收管接收到反射的光信号以后输出低电平, 接收管没有接收到反射的光信号时输出高电平，输出电平直接送IOB2做外部中断的信源。红外光电检测器连接电路如图2所示。
2．主控电路的设计
（1）、继电器驱动电路的设计
由于单片机I/O口提供的电流太小，不能直接驱动继电器。在这里采用8050来提供一个开关电压，实现I/O口对继电器的驱动，由于继电器的吸合只需5V电压，能够保证它的工作，用IN4007去掉继电器断开时线圈产生的反向电流，保护8050。如图3。
（2）、速度控制电路的设计
本设计方案较为简单，即通过大功率电阻消耗功率来实现，通过对R1、R2的选择能提供八种速度，可根据路面摩擦力大小来调节R1、R2的大小，使小车处于最佳行使状态。具体电路图如图4，其中J1、J2由IOA0控制，J3、J4由IOA1控制，J5、J6分别由IOA2和IOA3控制。
3、路程计数的设计
按题要求显示全程速度，可以通过检测车轮转过的转数乘上车轮的周长来计算，霍尔元件就是一种很好的可用于车轮转数计数的元件。霍尔元件基本原理是：在普通转盘计数的仪表中加装霍尔元件和磁铁，即可构成基于磁电转换技术的传感器。霍尔元件固定安装在计数转盘附近，永磁铁安装在计数盘（例如0.01立方米）位上，当转盘每转一圈，永磁铁经过霍尔元件一次即在信号端产生一个计量脉冲。在普通转盘计数的仪表中加装霍尔元件和磁铁，即可构成基于磁电转换技术的传感器。本系统中霍尔元件固定安装在计数转盘附近，永磁铁安装在计数盘位上，当转盘每转一圈，永磁铁经过霍尔元件一次即在信号端产生一个计量脉冲。由于霍尔电压很微弱(mV级)，需用霍尔集成电路进行处理，如图5所示。无论信号转子的哪个叶片通过空气间隙时，霍尔信号发生器都将产生一个电位由高到低的脉冲信号,直接送IOB3作外部中断源，信号转子通过霍尔元件将产生一个中断，对中断进行计数，此中断的个数即为车轮转过的
转数.
4、显示电路的设计
本系统采用共阴极数码管四个进行动态显示，轮流显示时间和路程，这有利于节省I/O口。显示时间的精度为1S，显示路程的精度为0.01m。用IOB8—IOB11口作为位选控制， IOA8—IOA11口传输要显示的数据，数据线和位选线直接接AT89S51单片机的I/O口即可，因为I/O口输出电流很小不会对LED造成损坏，它的电压值却足以驱动LED，这不像别的单片机还要外接驱动电路和电阻，采用AT89S51单片机大大减化了设计过程和硬件电路。硬件电路如图6所示
5、语音播报电路的设计
AT89S51是16位单片机，具有DSP功能，有很强的信息处理能力，最高时钟可达到49M，具备运算速度高的优势等等，这为语音的播放、录放、合成及辨识提供了条件。另外AT89S51单片机具有32k闪存，事先把所需要的语音信号录制好，整个语音信号经AT89S51压缩算法压缩只占有13.2K存储空间，对AT89S51单片机的存储系统来说绰绰有余。AT89S51单片机自带双通道DAC音频输出，DAC1、DAC2转换输出的模拟量电流信号分别通过AUD1和AUD2管脚输出，DAC输出为电流型输出，经LM396音频放大，即可驱动喇叭放音，放大电路如图5(只列出了DAC1,DAC2类似)。在DAC1、DAC2后面接一个简单的音频放大电路和喇叭就能实现语音报功能，这为单片机的音频设计提供了极大方便，音频的具体功能主要通过程序来实现。
6、电源部分
电源部分采用四节碱性电池对单片机、数码管等供电，采用九节碱性电池对继电器及电机进行供电，为减少耗电量，数码管未采用全程供电，而是等小车停止后显示所用时间和行驶距离；采用双电源供电消除电动机运转时产生的干扰，保证单片机正常工作。
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