1、1E4 简易智能电动车摘要本系统采用 AT89C52 为中心控制器，实现电动车的智能控制功能。整个电动车智能控制系统包括：上位机实时模拟系统，主控制系统和各种标志的传感器检测系统三大部分。上位机实时模拟系统根据主控制系统传送的行程、行驶时间、铁片数目等各种参数实时模拟电动车的运行状况，实时监控电动车的运行情况。主控制系统的功能主要是启动电动车、检测并计数铁片、测量行程、计时行驶时间、显示所需的各种参数，并且负责和上位机、检测控制系统通信。检测控制系统通过各传感器检测引导线、障碍物和光源等控制信号，并送入单片机，单片机判断、处理后，控制 MOTOR1（左轮驱动电机）和MOTOR2（右轮驱动电机）
2、 ，以达到控制电动车行进方向的目的，使电动车准确进入车库，完成预定任务。且在完成了题目要求的各项任务的基础上，加入了一些创新：如声控功能和无线传输功能，实现上位机的实时模拟等。2采用以 AT89C52 为中心控制器的智能控制系统，实现电动车的智能控制功能。系统总体设计框图如下图：控制过程：系统上电后，等待外部声控启动信号。主控制系统的麦克接收到声控信号后，产生一高低电平变化，从而使主控制系统的单片机产生中断。主控制系统的单片机在接收到该中断后，通过 P1.3 为检测控制系统的单片机提供启动信号，检测控制系统的单片机检测到该信号后发出控制信号，给MOTOR1 和 MOTOR2 通电，启动电动车。
3、同时主控制系统的单片机通过透射式光电传感器测量行程，金属感应器检测铁片且在 PCF8563 秒脉冲的作用下计时并把各种参数在液晶显示器上显示出来，同时用无线收发模块 RF2000 把这些参数发送到上位机，在上位机上模拟电动车的运行情况。监测控制系统有两个在车下的红外线传感器用于检测引导线，使电动车在 AC 之间始终沿着引导线前进。在 C 以后运行中，电动车始终朝着光源前进，当在车前的红外线测距传感器检测到障碍物后，电动车左转避开障碍物，避开障碍物后，继续朝着光源前进，进入车库。当在前的两个红外线传感器检测到黑线后，停止电动车，停止计时。主控制系统单片机显示无线通信单片机铁片检测行程测量MOTO
4、R2检测控制系统MOTOR1引导线检测光源检测障碍物检测实时模拟系统3方案论证：计时方案一：在需用秒脉冲时，大部分设计采用 555 定时器组成秒脉冲多谐振荡器。电路图如图所示：这种设计有一定的优势，只需硬件设计好，无需软件设定，该电路即可输出恒定的秒脉冲。但该电路功耗较大,且只能提供简单的脉冲信号。方案二：采用由 PCF8563 日历时钟芯片组成的电路提供秒脉冲。该部分硬件电路如图：设定好 PCF8563 的 CLKOUT 输出频率控制字，即可输出所需频率的脉冲信号，在本设计中所用频率为 1Hz。单片机在该秒脉冲的作用下可实现计时、C 点停留 5S 等功能。并且在给 PCF8563 送入初始的
5、日历信息后, PCF8563 中的日历就会自动运行，经单片机读取、处理后就可以在液晶显示器上显示当前日历。而且该部分电路还加了掉电保护功能，在主供电系统意外断电时，即 Vcc为 0V 时，D1 截止， 3.6V 备用电源通过 D2 继续给 PCF8563 供电,保证 8563的正常运行。因此在本系统中采用方案二。由 PCF8563 组成的秒脉冲发生器由 CB555 组成的秒脉冲发生器C20.01uC110uR147KR347KR22K GND1TR2 Vo3RD4Vcc 8DISC 7TH 6Vco 5RP?CB555VCC4行程测量方案一：采用开关式霍尔元件将磁铁固定在小汽车的车轮上,当车轮
6、转动时,磁铁也跟着转动,霍尔元件感应到磁场的变化时,就会产生通断效果,使单片机的定时器 T0 的输入端产生高低电平的变化,从而使得 T0 计数小汽车车轮转的圈数 ,假设为 N,并设车轮的周长为L,通过 S=N*L,就可以计算出小汽车在一段时间内的行程。这种测量方法的测量数据只能是车轮周长的整数倍，误差较大。例如：小汽车的车轮半径为 1cm，那么这种测量方法的最小误差就可达到 6cm方案二：采用透光式光电传感器，硬件电路如图。在小汽车的车轮上钻若干小孔，设小孔的个数为 n。在车轮转动时，发光二极管发射的光被没有孔的地方遮挡时，光敏三极管不能导通，光敏三极管的集电极输出为高电平，经 CD40106
7、 反相后，单片机定时器 T0 的输入端为低电平。在有小孔的地方，发光二极管发射的光就会透过小孔照射到光敏三极管上，使光敏三极管导通，此时光敏三极管的集电极输出为低电平。在经 CD40106 反相后，单片机定时器 T0的输入为高电平。单片机定时器 T0 就会准确记录下这种高低电平的变化的次数，即通过的小孔的个数。假设为 N, 并设车轮的周长与方案一的相同也是 L，某段时间内的行程计算公式为：S=N*L/n，可以看到这种测量方法的最小误差为方案一的 1/n，可较为精确地测量出小汽车的行程。并且可以进行误差控制，因为孔的个数与误差成反比，要想提高准确度只要增加小孔的个数就可以。故采用方案二。电机控制
8、由于电动车采用了前面使用万向轮，两个后轮各一个电机驱动的驱动方式，所以可使电动车旋转 360 度，这样即使光源在电动车的后方，电动车也可以通过在原地不断旋转的方式找到光源的准确位置，从而完成寻找光源，入库等功能。在电动机的控制上有两种方案可供选择。方案一:利用 9012、2SC8050 、及电机构成驱动电路。如果单片机 89C52 控制口 P1.7 输出高电平，9012 截止，2SC8050 截止，电机停止运转。单片机 89C52 控制口 P1.7 输出低电平时，9012 导通，2SC8050 导通，电机开始运转。该电路比较简单，输出功率足够大，足以推动电机工作，并且电机透光式光电传感器行程测
9、量电路5工作时三极管性能非常稳定。但该方案中单片机部分和电机供电部分没有完全隔离，而电动机在切换时会产生巨大的反电动势，经常烧坏单片机。方案二：利用 BA6219B 及其外部辅助电路和电机构成驱动电路。12J2MOTOR112345678910J4BA6219BZ1+5 CD1104 1IN11IN2+9VNC1100uRC13 CD2104CM10.33u单片机控制口接 BA6219B 的两个输入控制端 IN1,IN2。BA6219 的两个输出端 OUT1(2),OUT2(10)接电机。电机转动状态编码：左电机 右电机1IN1 1IN2 2IN1 2IN2左电机 右电机 电动车运行状态1 0
10、 1 0 正转 正转 前行1 0 0 1 正转 反转 左转1 0 0 0 正转 停 以左电机为中心原地左转0 1 1 0 反转 正转 右转0 0 1 0 停 正转 以右电机为中心原地右转0 1 0 1 反转 反转 后退根据上表可知，只要设定两块 BA6219B 的 1IN1,1IN2,2IN1,2IN2 四个控制端口的不同编码，就可得到电动车的前进，后退，旋转等不同的运行状态；且BA6219B 的最大输出电流为 2.2A，可使电动车快速运行。故采用方案二。无线通信方案一：红外光方式红外通信只适用于室内静止或慢速移动中的点对点通信，方向性要求高，对于运动中的小汽车传输过程中易产生误码，性能不稳定
11、。方案二：使用无线 MODEM（RF2000）RF2000 采用 Nordic 公司的 nRF401 芯片，它是一种 RF 无线收发芯片，一个 RF2000 模块即可以接收数据也可以发送数据。但属于半双工工作方式。接收与发送方式选择由 TXEN 控制。而且有两个工作频道可供选择：工作频道一：434.33MHz;工作频道二：433.92MHz。6工作模式控制及工作频道选择：主控制系统与 RF2000 的连接电路图如图。DI、 DO分别接单片机的TXD、RXD。接主控制系统的RF2000始终为发射方。CS401，PWR，TXEN 始终置 0，1，1。也就是工作在工作频道1-434.33MHz ，发
12、射状态。上位机（COMPUTER）实时模拟系统与RF2000的连接电路图C2 -5VCC 16C2+4 V-6R2 IN 8R2 OUT9C1 -3 V+ 2C1+1GND 15T2 IN10 T2 OUT 7U13MAX232TXDRXDVCC162738495J1RS-232C12 1.0uFC13 1.0uF C141.0uFC251.0uFC261.0uF1234567RF1RF2000V+CS401TXDRXDPWRTXENGNDC270.1u C284.7uL1330uHVCC接上位机的RF2000始终为接收方， CS401，PWR，TXEN始终置0，1，0。也就是工作在工作频道1
13、-434.33MHz ，接收状态。使用 RF2000设计比较简单，且不受外界环境影响，具有较低的发射功率和较高的接收灵敏度，并且可工作在较低速率下如常用的单片机串口波特率9600bps。采用 FSK调制方式，抗干扰能力强。基于以上诸多优点所以在本系统中无线通信部分采用了方案二的设计。RF2000 与单片机连接电路图1234567RFRF401V+CS401DODIPWRTXENGNDC160.1uC154.7uL1330mHVCC7运行情况测试测试仪器清单：秒表，函数发生器，示波器，频率计等测试过程及测试数据：在单项模块测试完成之后，进行组装整体测试。组装后的整车尺寸为28cm(长 )*18c
14、m(宽)*15cm( 高) 。首先按照题目要求制作场地如下：场地内全部敷设白色绘图纸，并用透明胶带固定。在白纸下面按要求放置4 块铁片，其中最后一块置于 C 点。然后用毛笔绘制边线及引导线。首先将整车放于起点处，上电后通过声音信号启动运行。小车正确感应到铁片，发出声光指示信息。小车正常寻迹运行到 C 点之后，在 C 点停留 5 秒，然后小车重新启动，朝光源方向直线行使，直至检测到前方出现障碍物。在检测到障碍物之后，小车左转 90 度行驶，绕过障碍物，继续向光源方向行驶，直至进入车库后检测到黑色边线，停止运行。小车在经过 C 点之后的路线如图所示。下表为连续十次的运行时间：障碍物1障碍物21m 1m 2mR=0.8mCB5cm起跑线1.2m2.3m0.4m5cm5cm2cm5cm5cm2cm停车区0.4m12cm光源1.45m0.4m0.3m直道区弯道区2mO50cm障 碍 区引导线车库0.2m0.4m15cm12.5cm12.5cm5cm行使路线8次数 1 2 3 4 5运行时间 75s 68s 69s 74s 60s次数 6 7 8 9 10运行时间 62s 74s 65s 70s 64s由上表数据可知，本系统完全可以在 90 秒之内完成题目所要求的各项任务，并实现无线传输，声控等创新功能。
