基于80C51控制的智能电动小车系统的设计与实现

摘  要： 根据智能电动小车的设计要求，提出了基于单片机控制的智能电动小车的设计方案。在现有玩具电动车的基础上以80C51单片机、光电、红外线、超声波传感器及金属探测器为主要器件，从硬件和软件两方面实现了对电路的设计。经过实际测试，电路达到了最初的设计要求。
关键词： 智能电动小车；80C51；传感器
       近年来，随着汽车行业的迅猛发展，对智能小车的研究也越来越广泛。在现实生活中智能小车具有非常重要的意义，它可以代替人类完成一些工作。由此希望开发一种具有由单片机控制的智能功能的系统[1]。
1 设计要求及方案设计
     智能电动小车的主要技术要求有：显示时间、速度、里程；具有自动寻迹、寻光、避障功能；可程控行驶速度、准确定位停车。
     基于以上要求，在设计思路上考虑以80C51单片机为核心，以现有玩具电动车为基础，加装光电、红外线、超声波传感器及金属探测器，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理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制，从而实现智能化控制的目的。
2 硬件电路设计
2.1 单片机及其外围电路
     80C51单片机由微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器等部分组成[2]。将它们通过片内单一总线连接，其基本结构与传统结构模式相同，不同之处在于对各种功能部件采用特殊功能寄存器集中控制方式。由于80C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，由它构成的最小系统简单﹑可靠。
2.2 检测电路
2.2.1 障碍检测电路
     识别障碍的首要问题是传感器的选择[3]，本设计采用T/R-40-12小型超声波传感器作为探测前方障碍物体的检测元件，它通过向目标发射超声波脉冲，计算其往返时间来判定距离。检测电路图如图1所示。
   
   2.2.2 行车状态和距离检测电路
     本系统采用反射式红外线光电传感器用于检测路面的起始、终点，玩具车底盘上沿起始终点线放置一套，以适应起始的记数开始和终点的停车需要。采用光敏三极管接收灯泡发出的光线来实现光线跟踪。当光敏三极管感受到光线照射时，c-e间的阻值下降，检测电路输出高电平，经LM393电压比较器和施密特触发器整形后送单片机控制[4]。电动车的方向检测电路和行车循迹检测电路如图2所示。
   
       此套红外光电传感器固定在底盘前沿，贴近地面。正常行驶时，发射管发射红外光照射地面，光线经白纸反射后被接收管接收，输出高电平信号；电动车经过起始点时，发射端发射的光线被吸收，接收端接收不到反射光线，传感器输出低电平信号后送80C51单片机处理，判断执行哪一种预先编制的程序来控制玩具车的行驶状态。前进时，驱动轮直流电机正转，进入减速区时,由单片机控制进行PWM变频调速，通过软件改变脉冲调宽波形的占空比,实现调速。最后经反接制动实现停车。前行与倒车控制电路的核心是桥式电路和继电器。对继电器开闭的控制即可控制电机的开断和转速方向进而达到控制玩具车前行与倒车的目的，实现随动控制系统的纠偏功能[5]。图3所示为前行与倒车控制电路图。
   
       由于红外检测具有反应速度快、定位精度高、可靠性强等优点，故本系统采用红外光电码盘测速方案。