自动往返电动小汽车

自动往返电动小汽车

一、任务

设计并制作一个能自动往返于起跑线与终点线间的小汽车。允许用玩具汽车改装，但不能用人工遥控（包括有线和无线遥控）。

跑道宽度0.5m，表面贴有白纸，两侧有挡板，挡板与地面垂直，其高度不低于20cm。在跑道的B、C、D、E、F、G各点处画有2cm宽的黑线，各段的长度如图1所示。

二、要求

1．基本要求

（1）车辆从起跑线出发（出发前，车体不得超出起跑线），到达终点线后停留10秒，然后自动返回起跑线（允许倒车返回）。往返一次的时间应力求最短（从合上汽车电源开关开始计时）。

（2）到达终点线和返回起跑线时，停车位置离起跑线和终点线偏差应最小（以车辆中心点与终点线或起跑线中心线之间距离作为偏差的测量值）。

（3）D～E间为限速区，车辆往返均要求以低速通过，通过时间不得少于8秒，但不允许在限速区内停车。

2．发挥部分

（1）自动记录、显示一次往返时间（记录显示装置要求安装在车上）。

（2）自动记录、显示行驶距离（记录显示装置要求安装在车上）。

（3）其它特色与创新。

1 自动小汽车的整体设计方案

整体设计方案见图1.采用单片机AT89C52为主控制器.采用C 语言进行软件编程实现各种算法和逻辑控制1 红外光电检测到的开关信号作为中断源, 送入AT89C52 中断源INT1 ; AT89C52 再对中断请求做出响应, 并在P111及P110口输出控制驱动电路的脉冲; 驱动电路控制直流电机的转速和转向; 显示模块以Intel8279 为核心, 对记录的结果进行显示.

图1 整体设计方案图

2 模块电路的实现及设计

2.1 信号检测模块

采用反射式光电开关来识别轨迹上的黑线标记信号，如图3 所示。这种光电开关的红外发射管和接收管位于同一侧，光敏三极管只能接收反射回的红外光。 当车身下面是黑线时，由于黑线吸收部分光，光敏三极管接收到的红外光不能使光敏三极管导通，光电开关输出高电平，经非门输出低电平。 反之，当车身下面是白色的地面时，红外发射管发射的光经其反射后，被接收管接受，光电开关输出低电平，经非门整形后输出高电平。 将非门的输出接至CPU 的INT1输入端.车在前进和后退过程中，小车每过一道黑线，便产生一次中断申请，从而调用相应的子程序，随着小车的不断行驶，相应的程序依次被调用执行，使小车在跑道上按设计要求时快、时慢、时前进、时后退.

2.2、电机速度检测

标志线的红外检测信号 速度测量信 单片机 AT89C52 接口电路直流电机驱动模块 显示电路

直流电机

该部分功能主要由安装在变速齿轮

上的一组透射式光电管实现。经计算得

知：小车车轮每转过一圈，光电管便会

相应产生16个脉冲信号，再经单片机计

数最终实现小车速度检测（电路如图3

所示）。

在调速系统中，转速检测是提高精

图3 电机速度检测电路

度的关键。测速的方法有M法、T法和

M/T法。M法是在某一定时间间隔内测取数字测速器的脉冲个数，再送到CPU软件进行折算，这种方法在低速段误差较大，除非所取时间间隔很大。例如，若转速很低，以至于测速器的两个时间间隔大于采样周期T S，有可能测得的结果为零。T法是测量数字测速器输出的脉冲间隔，然后进行折算。这种方法在高速段误差较大。因为高速时测速器两脉冲时间间隔小，而计算机及电路动作需要时间，带来误差。M/T是一种取两者的优点的方法，兼顾低速和高速状态下检测精度。按照M/T法，所取时间间隔(采样周期T S)总是测速器输出脉冲时间间隔的整数倍，提高了低速检测精度。这样大的T S，对高速测量来说，可以忽略计算机的操作时间，提高了高速检测精度。因此，M/T法对高速和低速都有很高的检测精度

2.3调速部分

根据本设计要求，对车速控制要求很高，准确的定位以及慢速要求，只有靠转速可调才能准确控制。为减少硬件开销，考虑采用软件脉宽调制。

PWM调制器原理如图5 (a) 。当开关接通时, 电源E 加到电机上; 当开关断开时, 电源与电机断开, 电机两端的电压近似为零1 如此反复循环, 电机两端的电压波形如图5 (b) 所示。好象是电源电压E 在一段时间(T - Ton) 内被斩断后形成的, 故称斩断器。电机得到的平均电压为Vd = tonE/ T =δE式中, T 为开关元件的开关周期; ton为开关元件开通时间; δ= ton/ T 为开关占空比1 这种在开关元件频率不变的条件下, 通过改变开关的导通时间来控制平均输出电压大小的方法称为脉冲宽度调制(PWM) 。

在此设计中采用脉宽调制(PWM) 的方式控制电机, 直流电机的转速Vd 由驱动脉冲的宽度决定:Vd = D ×Vmax =N/100 ×Vmax 式中D = t/ T 称为占空比, N 为脉宽长度, Vmax 为电机的最高速度1D 越大Vd就越高; 反之则反1 直流电机的调速过程是, 让它启动一段

时间, 然后切断电源, 电机因惯性而降速转动, 当转速降到一定限度时, 电源再次接通, 电机因此再加速1 不断的给电枢两端送入脉冲电压就可以使电动机转速控制在指定的速度范围内

2.3电机驱动部分

P WM全控桥式DC-DC变换电路由主电路、基极驱动电路和保护电路三部分组成，如图5所示。主电路由四只功率晶体管GTR1~GTR4构成H型双极性PWM DC-DC变换器，开关器件分为：GTR1、GTR4为一组，GTR2、GTR3为另一组。用一组来控制小车的前进，而用另一组来实现小车的后退。若开关为理想开关，同一桥臂的两只开关不同时接通。图中与各GTR反并联的二极管D1~D4为续流二极管。基极驱动电路由基极驱动电源和功率放大两部分组成。因为驱动GTR（电力晶体管），需要一定的驱动功率，因而经电压比较器、同向驱动等进行变换。最后再经过负载和电枢电感的平滑滤波作用，使电枢电流始终连续并且平稳。（如图5所示）