智能电动小车

1引言随着汽车工业快速进展，能源日趋紧张、环境压力加重，加上全世界对环境爱惜定法的不断完善，以后汽车的最新进展方向确实是要通过燃料电池、纯电动等能源，实现零排放，零污染。正因为如此，进展以燃料电池和纯电动为动力的“汽”车成为以后汽车的主流。燃料电池电动汽车是一种能够将燃料中的化学能直接转化为电能的能量转扮装置，通过车载氢气罐直接输送氢气，氢气在燃料电池内发生电化学反映，转化为电能。缺点是造价太高，存在必然的平安隐患（如运氢车，加氢站意外爆炸）。而目前从石油中制氢的作法更无助于解决我的石油缺口问题。而且以后低价高效太阳能电池板技术取得冲破的话，还可在纯电动汽车上安装太阳能电池板直接充电，加倍省事。因此为了节约汽油，减少污染，人们将更多地利用电动汽车、太阳能汽车等。为使汽车更平安、方便、快捷，以后的智能汽车将占据市场的主流。智能汽车里有很多传感器和自动装置，可用雷达、激光探测仪等检测车前车后的物体，保证不发生撞车。汽车卫星导向仪能为汽车选择正确线路，用“电子眼”识别道路环境，由自动驾驶系统代司机驾车。本章要紧介绍智能电动车的设计，在现有玩具电动车的基础上，加装光电检测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处置，然后由单片机依照所检测的各类数据实现对电动车的智能操纵。这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时操纵，操纵灵活、靠得住，精度高。本设计是利用单片机的大体作用来实现的，单片机微型运算机是微型运算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型运算机简称单片机，专门适用于操纵领域，故乂称为微操纵器。本设计采纳MCS-51系列中的80c51单片机，80C51采纳CHOMS工艺，功耗很低。80c51是一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大利用者的好评，它是第三代单片机的代表。以80c51为操纵核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，操纵电动小汽车的自动避障，快慢速行驶，和自动停车，并能够自动记录时刻、里程和速度，自动寻迹和寻光功能。2单片机简介单片机进展史初期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因为简单靠得住而性能不错取得了专门大的好评。尔后在8031上进展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到此刻还在普遍利用。随着工业操纵领域要求的提高，开始显现了16位单片机，但因为性价比不睬想并未取得很普遍的应用。90年代后随着消费电子产品大进展，单片机技术取得了庞大的提高。随着INTELi960系列专门是后来的ARM系列的普遍应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，而且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也取得了飞速提高，处置能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用途理器，而一般的型号出厂价钱跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。今世单片机系统已经再也不只在裸机环境下开发和利用，大量专用的嵌入式操作系统被普遍应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和电话核心处置的高端单片机乃至能够直接利用专用的Windows和Linux操作系统。MCS51单片机引脚功能MCS51系列单片机是美国Intel公司于1980年推出的一种8位单片机系列。该系列的大体型产品是805一、8031和8751o这3种产品之间的区别只是在片内程序存储器方面。8051的片内程序存储器(ROM)是掩膜型的，即在制造芯片时已将应用程序固化进去；8031片内没有程序存储器；8751内部包括有效作程序存储器的4KB的EPROM。由于8051的编程需要制造商的支持，8751的价钱昂贵，因此8031取得了更为普遍的利用。以8051单片机为例讲解单片机的引脚及相关功能；单片机引脚图P1.0140JIfeuP1.1239F9.0/MDOP1.2558JN.l/ADlP1.3W37F0.2/AI2P1,4556K.3/AIGP1,5655JKLWAWP1.67HI.5/AI6P1.78803153JHI.6/AI6RST/Vpig52KI.7/AD7WF3.010805151TO/FB.1ii30AU/PHiGma/K212873129nni/F5.3152SF2.7/A15TO5.4id27JP2.6/A1ch|SchlibZ.Lib|图L298驱动电路表输入功能Ven=HC=H;D=LForwardC=H;D=LReverseC=DFastMotorStopVen=LC=X;D=XFreeRunningMotorStopL298的要紧参数是：许诺驱动电压Vs=50V；许诺操纵电压Vss=50V；直流许诺输出电流I。(MAX)=2A：直流最大许诺尖峰电流lo(peak)=3A(HlOOus)；许诺采样电压VSENSE=-12.3V；许诺功耗Ptot=25W(TCASE=75)。注意到L298每一路输出能够正常提供1A的电流，峰值电流(100ns之内)可达3A。将每一个L298芯片的两路输出并联后驱动电机，那么能够输出2A的电流，图为L298的输出并联方式。这时，每一片L298单独驱动一个直流电机。图L298输出并联方式L298的外围电路和操纵都比较简单，需要认真考虑的是采样电阻Rs的选择。以下几个因素是必需考虑的：电阻本身可能达到的功耗；L298的许诺采样电压是，超过这一幅度芯片会自动爱惜；L298的许诺电流和许诺功率限制。依照现有的电源条件,锲氢电池）,可选U=（两节电池串联）或U=（3节电池串联）。假设选U=,IMAX几乎能够许诺达到最大值2A,令Rs=1。已经能够知足要求（因为实际电机电流不可能达到2A）；假设选U=,那么为了爱惜芯片，必需强制IMAX二，如此选择Rs=2Q是比较稳妥的。实际实验选择Rs=Q也还能够正常工作;令Rs=1C时，一旦转速过快，芯片会烧毁。最后，不论Rs=1Q仍是Rs=2Q,电阻的功耗PR（MAX）二Rs2XIMAX都会比较大。实际利历时，以选择5W系列的电阻为宜,不然会致使整个电路驱动能力的下降。图为用L298驱动直流电机的整体电路图，其中PWM（脉宽输入）和Direction（转动方向）由操纵电路给出。图L298驱动直流电机整体电路5超声波避障系统时刻差测距法系统中采纳的传感器是UCM40T/R,采纳声波反射原理，在测量进程中声波信号由传感器发出。在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰着障碍物就当即反射回来，超声波接收器收到反射波就当即停止计时。因此能够采历时刻差测距法，依照计时器记录的时刻就能够够计算动身射点距障碍物的距离/即S=V*AT/2(1)式中V为超声波在空气中的传播速度,该值与温度有关,经计算其在常温下近似为340m/s。ZXT为发射，接收信号的时刻差，系统中在小汽车车前左，右双侧别离放置一对超声波传感器，可别离测量出小汽车距离双侧障碍物的距离，依照这两个距离的远近决定小汽车的转向，同时由这两个距离差及小汽车的时速决定转向的时刻系统结构该系统由8051单片机，超声波发射电路接收放大电路比较电路及显示电路组成。40KHz振荡器产生40KHz的频率信号用来驱动超声波传感器，每次发射包括20个脉冲。当第一个超声波脉冲发射后，单片机中的计数器开始计数，在检测到第一个回波脉冲的刹时计数器停止计数，由/XT可计算出距离双侧障碍物的距离,然后利用这两个距离的比较结果及小汽车的当前时速操纵汽车的转向及转向时刻。80c51单片机的用行口RXD,TXD别离与显示电路的RXD,TXD相连，组成串行显示电路。按时/计数器TO、T1与40KHz振荡器的操纵端相连，在40KHz振荡器发触发脉冲的同时开启TO、T1。、各通过一个开关二极管IN4148与比较器LM424的基准电压产生电路操纵端连接，发射超声波时置、为“1”，输出的电平能够抑制比较器的翻转，从而能有效地抑制发射器发射的超声波直接辐射到接收器而致使错误的检测。发射终止后、置为“0”。现在通过扫描与比较器输出端连接的、，依照、的输入状态判定是不是接收到回波，收到回波当即关闭TO、Tlo这时TO、T1的值为超声波走过的时刻。、接电动车左前轮，右前轮转向操纵电路。超声波发射及驱动电路A发射信号（自 P1.0 口）图超声波发射及驱动电路由CD4069组成的四个反相器用于驱动超声波发生器TX,之因此利用两两并联的方式是为了让TX在发射超声波时取得足够的功率。两个三极管2SC1815起到电平匹配的作用，将单片机I/O的高电平+5V提高至CD4069所需要的输入高电平+9V左右。与非门CD4011将输入的方波信号分解出一个反向信号，这一正一反的信号都由反相器CD4069驱动后，通过电容C1的相移作用产生了180度的相差，于是正反信号叠加成一个具有正负电平的脉冲信号作为超声波发射器的发射信号。通过图的驱动电路脉冲信号以超声波的形式发射出去。超声波同意及回波检测电路同意换能器UCM40R同意超声信号，由于超声波在空气中传播时，其能量的衰减程度与传播距离成正比，因此超声波传感器的同意信号一样在Imv-lv之间，因此，同意电路要提供很高的放大增益。本系统选用两片LM833N组成的两级放大电路，对接收到的超声波进行放大处置。信号经放大以后，输入到LM358N的正端，与基准电压相较较。当输出端（与单片机的、连接）输出高电平，停止计时。接帏号（送卸1.2口）6小车寻迹寻光原理黑线检测双侧对称放置两个红外接近开关（型号为E18-DS10NA,输出TTL电平，能够直接与单片机的I/O口相连）两开关之间的距离为。当输出低电平“0”时,检测到的为黑线；当输出高电平“1”时，检测到的不是黑线。检测的时候分析两个接近开关的电平，依照不同逻辑确信小车的不同动作,具体算法如表所列。表小车动作逻辑电平状态号开关1（左）开关2（右）相应动作A11直进B01左转C10右转D01左转E10右转F00错误提示后退考虑各传感器会对单片机产生必然的干扰，因此采纳电压比较器LM324对信号进行隔离，保证系统工作的稳固性。实测数据选取高凫度放光二极管和光敏电阻。光敏电阻用于检测黑、白线，高亮度放光二极管用于照克以抗击自然光线的干扰，提高传感器的灵敏度。传感器检测电路中A点电压送入电压比较器的反相输入端V-并与同相端的电压V+作比较，电压比较器输出低电平常传感器位于黑线上，输出高电平常传感器位于白线上。表是两个传感器的实测数据，为了准确地域分黑纸和白纸，提高精度，应为每一个传感器选取适合的同相端电压V+,一样为传感器位于黑白纸所测两个电压的平值。传感器1可取V+=，传感器2可取V+=，依照丫+4七”位1+12）*口2可选取适合的1一、R2o因为元件参数的离散性，表1中实测数据不同较大，因此依实测数据为每一个传感器选取分压电阻，或串联周密电位器进行实际调整。为了提高传感器的灵敏度，制作传感器时可将发光二极管和光敏电阻外衣塑料管。表实测数据传感器位置UA传感器1黑纸白纸传感器2黑纸白纸为保证电动车沿黑线来回行驶，在电动车的前、后的中心线双侧等距离安装两个传感器，两个传感器之间的距离应略大于寻迹线的宽度。传感器与地面的距离不同时，测出的数据也不同，离地面越近，位于白纸与黑纸时测出的电压差越大，精度越高。光源检测电为了将光信号转换为电信号，咱们在小车前端放置3个光电池。将测得的电信号通过比较器后输入到单片机中进行处置。依照比较器1和比较器2的输出信号，调整小车前进方向，使小车沿光源方向行进。咱们在光电池上套上必然长度的热缩管，有效地幸免了其他光源的干扰，达到了较好地操纵成效。停车传感器及行车距离检测停车传感器的结构如图所示，喇叭口与灯光成一个角度，使光敏传感器只有在接近光源处才能被照射到，实现停车。光敏传感器图停车传感器测距原理：将光栅安装在电机轴上，当电机转动时，光栅也随之转动，同时安装在光栅一侧的红外发光二极管点兜，在光栅的另一侧设有红外三极管，用于接收红外发光二极管发出的红外线信号。由于光栅随电机高速转动，那么红外线三极管接收到的确实是一系列脉冲信号将该信号传输到80c51单片机的内部计数器计数，依照预先实测的数据换算关系即可计算出电动机车的行车距离。由于红外检测具有反映速度快，定位精度高，靠得住性强。和可见光传感器所不能比拟的优势，故采纳红外光电码盘测速方案。具体电路同图行车距离检测电路所示。图行车距离检测7程序流程本设计采纳模块化结构，山引导线测试程序，障碍物测试程序，传感器和谐程序组成。图程序流程图结论在本设计中，基于80c51单片机的智能电动小车操纵系统结构简单,本钱较低,利用经济,而且运行平稳靠得住,抗干扰能力强,经实验论证能够知足设计初衷，同时也为以后更深更细的研究智能电动车奠定良好的理论基础。这次设计锻炼了自己独立试探的能力，促使自己将所学的专业知识综合起来，去解决实际问题。同时对单片机结构，编程及传感器等知识有了更深的了解，为以后的工作和学习打下了基础。参考文献(1)吴作好；2020(2);智能电动车操纵系统设计2007(3) 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JVanMierlol,GMaggettolVehiclesimulationprogram:atooltoevaluatehybridpowermanagementstrategiesbasedonaninnovativeiterationalgorithmProfessionalEngineeringPublishing2001引导线测试子程序MAIN:MOVPl,#OFFHACALLDELAYISCLRCC1:JNB,CC2CLRAJMPCC1CC2:JNB,CC3CLRAJMPCC2CC3:AJMPCC1DELAY1S;MOVR3,#50DI:MOVR4,#20D2:MOVR5,248DJNZR5,$DJNZR4,D2DJNZR3,D1RET障碍物测试子程序MAIN:MOVPK#0FFHACALLDELAYISSS:CLRNOPDD1:JNB,DD1SETBNOPNOPNOPNOPNOPNOPACALLDELAYCLRACALLDELAY5SSETBCLRCLRACALLDELAY5SACALLDELAY5SACALLDELAY5SMOVP1,#OFFHAJMPSSDD3:JNB,DD3SETBNOPNOPNOPNOPNOPNOPCLRACALLDELAY5SSETBCLRCLRACALLDELAY5SMOVP1,nOFFHAJMPDD2DELAY1S:MOVR3,#50DI:MOVR4,#20D2:M0VR5,248DJNZR5,$DJNZR4,D2DJNZR3,D1RETDELAY5S:MOVR3,#5D3:MOVR4,#20D4:M0VR5,248DJNZR5,$DJNZR4,D4DJNZR3,D3RETDELAY:NOPNOPNOPNOPNOPRETDD2:NOPNOPNOPNOPNOPEND传感器和谐子程序MAIN:MOVTMOD,#50HMOVTH1.#00HMOVTHO,#00HMOVPl,#OFFHACALLDELAYISCLRAJMPLINEMOV4OH,#00HMOV41H,#00HMOV42H,nOOHMOV43H,#OOHMOV50H,#40HACALLBCDACALLDISPMOV40H,50HGOFORWARDSS1:JB,SSOACALLMEATALAJMPSSISSO:JNB,SS2;LINEAJMPLINE;SS2SS2:JNB,SS3AJMPGUAIWANSS3:AJMPSSIMEATAL:DD1:JNB,DD1MOV40H,50HMOVA,40HADDA,#O1HINC40HMOVA,4OHDAAMOV40H,AMOV41H,#OOHMOV42H,#OOHMOV43H,#OOHMOV50H,40HACALLBCDACALLDISPACALLDELAYISMOV40H,50HAJMPSSIDISP:MOVSCON,#OOHMOVRO,#40HMOVR2,#O4HL00C9:M0VSBUF,ROLOOCB:JNBtl,$CLRT1INCRODJNZR2,L00C9RETBCD:MOVRO,#40HMOVR2,#04HMOVDPTR,#TABLTAB:MOVA,ROMOVCA,A+DPTRMOVRO,AINCRODJNZR2,TABRETTABL:DBOCOH0F9H0A4HOBOH99H92H82H0F8H80H90HLINE:SETBSETBSETBNOPCLRREJUD:JB,CONTRJB,GUAIWANAJMPREJUDCONTR:CLRACALLDELAY9SJB,GUAIWANSETBNOPJB,GUAIWANNOPNOPJBGUAIWANNOPNOPNOPCLRACALLDELAY8SJB,GUAIWANSETBJB,GUAIWANAJMPREJUDAJMPSSIGUAIWANCLRCLRACALLDELAY6SSETBACALLDELAY6SSETBACALLDELAY1SCLRACALLDELAY6SSETBEE1:JB,EE1SETBACALLDELAYCLRACALLDELAY25SMOVPl,ttOFFHACALLDELAYISACALLDELAYISACALLDELAYISACALLDELAYISACALLDELAYISCLRFF1:JNB,FF1MOVPl,#0FFHACALLDELAYCLRACALLDELAYISACALLDELAY5SSETBACALLDELAYISCLRCLRACALLDELAYISACALLDELAY5SACALLDELAY25SSETBACALLDELAYCLRACALLDELAYISSETBACALLDELAYISACALLDELAY5SGGI:SETBACALLDELAYJNB,GG2CLRACALLDELAYISACALLDELAYISAJMPQQGG2:CLRACALLDELAYCLRACALLDELAY5SSETBACALLDELAY25SAJMPGG1QQ:MOVP1,#OFFHEND