简易自动控制小车.

封装纸

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简易自动控制小车（D题）

摘要

本系统以AT89C51单片机作为自动小车的检测和控制核心，对小车的整个行驶过程进行实时监控。采用一体化反射接近开关LTH-1650-01为数据采集部件，用马达控制驱动芯片LG9110驱动小车的前进与停车，小车可以在行进的同时计算里程，并在到达预设终点停车时交替显示路程与速度，这样就组成了一个比较完整的自动测控系统。该系统基于可靠的硬件设计和软件的浮点运算，实现了小车在行进和检测过程中的精确控制,整个系统的电路结构简单，可靠性高。实验测试结果满足要求。本系统的创新点是用声控方法控制小车的启动并在停车后能显示平均时速。

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一、方案论证与比较：

根据题目要求，该系统可以由几个基本模块构成，如图1所示。

图1

对该系统各个模块的实现，分别有以下一些不同的设计方案。

1、电动机驱动模块

方案一：采用继电器对电动机的启动或停止进行控制，通过开关的切换对电机的转向进行控制。这个方案是电路简单，但是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命短、可靠性不高。

方案二：在小车电机的控制部分利用8050、8550、等不同三极管的组合,构造一个"桥路",实现对电机转向的控制。实现了对驱动电机的控制，电机驱动电路如图2所示,其控制过程如下(P1.1为正反转控制端,P1.2为启动停止控制端):

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图2

方案三：用马达控制驱动芯片LG9110来驱动电机，电机驱动电路如图3所示:

图3

通过比较以上三种方案的比较并且结合实际情况，选择方案二与方案三，方案二的“桥路”的优点是原理简单、易控制、带载能力强，在单片机的配合下，使该系统完成基本要求的过程变得简单易行，因而采用方案二来驱动前轮电机；方案三使用LG9110既电路简单价格低廉，并且输出电流大，只须控制LG9110芯片的第6和第7管脚的电平就可控制电机的正转、反转及停止，所以我们利用方案三来驱动后轮电机的转动。

2、引导黑线检测模块

引导黑线的原理：光线照射到路面并反射，由于黑线跟白线的反射系数不同，可根据接收到的反射光强弱判断小车是否沿引导线行走。

方案一：可见光发光二极管与光敏二极管组成的发射-接收电路。这个方案的缺点在于其他环境光源会对光敏二极管的工作产生很大干扰，一旦外界光亮条件改变，很可能造成误判，这样小车就会偏离引导线，无法实现沿直线行走。

方案二：采用颜色传感器。目前颜色传感器的应用，越来越广泛，效果也还可以。但就是几百元的价格及相对复杂的处理电路，并且还需要光源，所以也不是一个很好的选择。

方案三：采用左右的两个红外发射接收对管。该器件处理电路（如图4所示）

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简单易行，实际使用效果也很好，能很顺利地引导小车到达指定的目的地。

图4

基于上述比较，该检测部分我们采用方案三，通过单片机的识别，有效的保证发送与接收，很容易鉴别黑线，能顺利保证小车直线前进。

3、速度与路程计算模块

方案一：采用霍尔集成块。该器件内部由三片霍尔金属板组成，当磁铁正对金属板时，由于霍尔效应，金属板发生横向导通，因此可以在车轮安装磁片，而将霍尔集成片安装在固定轴上，通过对脉冲的计数进行速度及路程测试。

方案二：采用了左右的两个红外发射接收对管，将其安装在一块车轮的挡板上，由于该管是沟槽结构，可直接固定在小车的底板上，再在车轮上均匀分10个遮光条，让车子行走恰好通过沟槽，产生一个个脉冲，通过对脉冲的计数，实现对小车的速度和路程进行测量。

以上两种方案都可行，尤其是霍尔元件，在工业上得到广泛应用，在本题中，小车的车轮较小，方案一的磁片密集安装非常困难，容易产生相互干扰。方案二适用于精度较高的场合，可在车轮上加较多的遮光条来满足脉冲计数的精密要求，因此我们采用了方案二。

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二

、系统

实现

方框

图及

软硬

件部

图5

系统组成及原理如图5所示

1系统硬件的设计

1.1电机驱动

1.1.1 驱动芯片LG9110来驱动后轮电机(如图3)

LG9110是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成芯片，其外围器件成本降低，整机可靠性提高。该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入，

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具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的正反转，它具有较大的电流驱动能力，每个通道允许通过750-800mA的持续电流，峰值电流时可达1.5-2.0A；同时它具有较低的输出饱和压降；内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管时安全可靠。LG9110被广泛应用于玩具汽车电机驱动、步进电机驱动和开关管等电路上。

其控制方法是：第7脚控制电机的正转，第6脚控制电机的反转。当第7脚为高电平，第6脚为低电平时，电机为正转；当第7脚为低电平，第6脚为高电平时，电机为反转。这样就很容易从单片机的任意两个I/O口来控制电机的正反转了。

1.1.2 应用“桥”电路来驱动前轮电机实现前轮的左右摆动(如图2)

（1）P1.2为高电平时

(a) 当P1.2为低电平时,由单片机发出的控制信号加到Q10基极,Q10基极为低电平,由Q4构成的反相器使Q4集电极为高电平。于是,Q6、Q5、Q7导通,Q9、Q10、Q11截止。其中Q6为激励级,Q5、Q7为功放级。电流从+6V经Q5到电机"+"端再到"-"端,最后经Q54入地端,电机正转。

(b) 当P1.2为高电平时,则反之, Q9、Q10、Q11导通, Q6、Q5、Q7截止,电机反转。

(2) P1.3为低电平时

由单片机发出的控制信号通过D7、D8的阴极，这时D7、D8阴极为低电平阳极为高电平，D7、D8接正向偏置而导通。于是，Q4集电极和Q10基极均为低电平，电机停止转动。

1.2 数据采集部分（引导线标志与车轮的圈数的检测（如图4）

采集引导的黑线采用两对红外接收管左右来回检测是否偏离出黑线；而路程的检测用左右的两个红外发射接收对管，为了检测路面黑线，在车底的前部和中部安装了两个反射式外红传感器。为减少环境光源干扰，增加信噪比，采用脉冲调制的发射与接收电路。

发射、接收的具体电路如图4所示，发射部分采用单片机定时产生10Hz、占空比为1:5的方波脉冲信号，通过Q1的放大来驱动红外发射管，实现路面检测系

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