數理與資訊工程學院
課程設計
( 2006.6 )
設計題目簡易智慧型電動車設計報告
數理與資訊工程學院電腦科學與技術
056班 05191143
俞承永餘水寶，陳希
2006.6.30
目錄第1節引言1
第2節方案比較、選擇與論證2
第3節系統總體方案設計3
3.1系統總體結構設計及說明3
第4節系統硬體設計4
4.1系統硬體詳細設計、理論分析4
4.2 系統硬體計算、詳細電路圖4
第5節系統軟體設計8
第6節軟硬體除錯9
6.1 階段除錯9
6.2 聯合除錯9
第7節系統除錯與測試結果分析10
7.1測試儀器與測試試驗方法10
7.2測試資料及測試結果分析計算10
結束語11
參考文獻12
附錄13
數理與資訊工程學院專公升本056班俞承永
第1節引言
本系統按要求製作了乙個簡易智慧型電動車，它能實現的功能是：從起跑線出發，沿引導線到達 b 點。在此期間檢測到鋪設在白紙下的薄鐵片，並同時發出聲光指示資訊，實時儲存、顯示在「直道區」檢測到的薄鐵片數目。
電動車到達 b 點以後進入「彎道區」，沿圓弧引導線到達 c 點，能夠檢測 c 點下正方形薄鐵片，並在 c 點處停車 5 秒，停車期間發出斷續的聲光資訊。之後繼續行駛，在光源的引導下，利用超聲感測器傳來的訊號通過障礙區進入停車區並到達車庫。最後，電動車完成上述任務後能夠立即停車，全程行駛時間小於 90 秒。
並附加其他功能 。
另外系統中感測器電路額外加入了微控制器便於 89c51微控制器在之後的執行中檢測四周電路，減小89c51負擔。
軟體方面：因為，會，利用感測器在檢測到某物體時輸出訊號發生特定變化這種規律，讓微控制器只對此類訊號有所反應，大大減少了處理資料，演算法，從而加快了系統的反應速度。
第2節方案比較、選擇與論證
根據題目要求，有兩種解決方案。
1 、精確定時法
這種方案主導思想是在對電動車直線、轉彎行駛速度以及行程的準確把握基礎上利用微控制器定時來使電動車順利通過直道區、彎到區、障礙區並且最終到達車庫。
缺點 ：供電電壓不穩定，易導致小車車速不穩定，則距離不好控制；另外路線固定不變，不能應對意外事件，而且想要準確跑完全程對於電動車的起始位置、直線行進引數、轉彎半徑進行精密測量和計算，智慧型化差。
2 、感測器引導法
這種方法核心是微控制器通過對感測器訊號檢測來控制制動電機和電機轉向的動作，智慧型化大大增強， 可以用下圖形象的表示出來：
我們把任務分為了直道 + 彎道區、障礙區和停車區，劃分依據是：三個部分所用到的感應器不同，實現方法也存在差別。
直道 + 彎道區主要用黑白檢測光電感測器和金屬探測接近開關。
障礙區則是用到了超聲波感測器。（帶顯示）
停車區考慮車庫放置了光源，因此選擇了光電感測器引導小車進入車庫。
比起前一種方案來說，這種方案應用面更廣，也更接近實用化，智慧型化。重要的是微控制器可以通過對感應器訊號的檢測來控制電機運作，從而大大提高了執行過程中的實時性，準確性、使得電動車能夠輕鬆的完成整個過程。
綜上所述，本系統設計選用方案 2 。
第3節系統總體設計
3．1 系統總體方案設計
系統總體結構設計及說明
圖一系統總體結構框圖
該系統實現了電動車的自動行駛、躲避障礙物、探測金屬、計數、報警、光電引導功能、測量距離、數碼顯示、電機控制等功能。
微控制器檢測出來感應器輸出訊號從而輸出控制訊號，控制電機工作，在直道區，考慮引導線是黑顏色，不宜反光，決定利用這一特性選用反射式光電感測器，當其輸出訊號照射到黑色引導線上是輸出乙個非常微弱的低電平。這個過程是乙個負跳變的過程通過對此訊號高低電平的檢測就可以使電動車沿著直道區和彎道區的引導線行進。
當地下有金屬時，金屬探測器發出乙個高電平，用微控制器進行檢測。
沿引導線到達 c 點，將從金屬探測接近開關傳送來的訊號作為乙個外部終端訊號處理，執行停車並發出斷續的聲光訊號，同時進行 5 秒定時計數工作。
在車頭安裝有超聲感測電路對障礙物進行檢測。（有效距離 30 厘公尺）
光電感測器接收部分用於採集光訊號，通過比較輸出訊號向車庫行駛。（始終朝在輸出訊號最強的方向行駛）
以上就是完成這個題目的大體思路和方法。
第4節系統硬體設計
4．1 系統硬體詳細設計、理論分析
根據系統要求，硬體電路包括 :電源部分，微控制器最小系統、超聲波測距電路、金屬探測電路、光電感測器、黑白探測感測器、
電機控制電路、顯示電路，電動車整體圖示如下：
圖二電機控制電路、顯示電路、電動車整體圖
4．2 系統硬體計算、詳細電路圖
（1）電源部分
隨著微電子技術的不斷進步，系統電源的設計在微控制器應用系統設計中顯得越來越重要，它對微控制器系統是否正常工作起著至關重要的作用。由於電動車本身為六節 1.5v電池供電,根據系統要求，選擇7805穩壓管將直流9v電壓轉成5v輸出。
7805直流穩壓電路圖：
圖三 7805直流穩壓電路圖
電動機和金屬感器部分用原有的 9v電壓訊號，其他電路、感測器都為5v電壓供電。
（2）微控制器最小系統
利用微控制器最小系統實驗電路板完成感測器與電動機的連線和控制。 微控制器選用89c51，其內部有4k位元組的flash rom，電路設計簡單。具體為89c51的18、19腳接6mhz，40腳輸入訊號為5伏，20腳接地，ea腳接高電平。
圖四微控制器89c51設計圖
（3）金屬探測電路
由電路圖可以得出，當有金屬被其探測到時，輸出端輸出乙個高電平，即發生乙個正向跳變，將這個正向跳變訊號用微控制器檢測出來，藉此控制電動機產生相應的動作。
以下是金屬接近開關外驅動電路：
圖五金屬接近開關外驅動電路
（4） 顯示電路
在微控制器應用系統中，顯示器顯示常用兩種方法：靜態顯示和動態掃瞄顯示。靜態顯示占用微控制器資源小。
可以提供單獨鎖存的 i/o介面電路很多，這裡我們組選擇最常用的的串並轉換電路74ls164。 利用微控制器序列傳送接收埠，外接4片74ls164作為4位led顯示器的靜態顯示介面，把89c51的rxd作為資料輸出線，txd作為移位時鐘脈衝。74ls164為ttl單向8位移位暫存器，可實現序列輸入，並行輸出。
圖六顯示電路
（5）系統總圖
圖七系統總圖
第五節系統軟體設計
根據方案設定的三個部分重點解決問題，可以將微控制器大量工作集中在訊號檢測和精確定時計數上。
具體實現方法：
因為這是乙個對實時性要求很高的系統，所以大量資料訊號都要在盡量短的時間內完成。
具體思路如下：
利用微控制器查尋法程式設計，不斷的檢測外部感測器訊號，並及時輸出顯示。程式設計關鍵實時輸出。除了感測器本身延時外，還與優化程式程度和電機控制度有關。
圖八程式設計框圖
第6節軟硬體除錯
6．1 階段除錯
我們按照前面的方案同樣將除錯分為了三個階段：
第一階段：首先是直道區 + 彎道區的除錯
通過兩邊固定的光電感測器對引導線檢測來實現電動車沿著引導線到達指定的地點。
根據題目要求，在行進線路上需要檢測金屬片，因此，我們又加上了金屬接近開關用於實現這個要求。
利用原來作過的靜態顯示電路板和試驗用過的子程式，我們將顯示功能又加在了系統當中。
第二階段：障礙區的除錯
在障礙區主要解決的問題是如何躲避障礙物，我們根據題目在車頭安裝了乙個超聲波傳送接收模組，當檢測到有障礙物時進行轉向。
第三階段：停車區的除錯
檢測光電接收器的輸出訊號，來尋找光訊號最強的方向。
6．2 聯合除錯
在分步除錯全部通過的基礎上，我們開始了整個系統的協調除錯，協調金屬感測器、黑白光電感測器、超聲波感測器、光電感測器的配合工作。
第7節系統除錯與測試結果分析
7.1 測試儀器與測試試驗方法
開發、實驗及測試儀器
實驗：顯示電路實驗、電機長時間執行試驗、模擬場地試執行試驗、超聲波發射接收以及測距試驗、光電接收試驗、電機控制試驗
測試儀器 ：示波器，多功能穩壓電源，電壓表，秒錶。
7.2 測試資料及測試結果分析計算
全程行進時間： 24s （誤差 2s ）
行進距離： 11.2m （誤差 30~50cm ）
感測器工作電壓： 金屬接近開關— 9v
光電感測器— 5v
超聲波感測 —5v
黑白光電感測器— 5v
感測器輸出訊號：金屬接近開關— 4.8v
光電感測器— 4.78v
超聲波感測 —5.0v
黑白光電感測器— 5v
結束語該設計在軟體和硬體上運用了一些巧妙方法：
硬體方面：超聲感測器電路部分額外加入了微控制器擴充套件了此模組功能，並且是的輸出訊號有規律可循，便於 89c51 微控制器在之後的執行中檢測四周電路，減小 89c51 負擔，同時大大提高了電動車載應對障礙物時候的反應時間。
軟體方面：因為感測器在檢測到某物體時，輸出訊號會發生特定變化，利用這種變化規律，讓微控制器只對此類規律的訊號有所反應，大大減少了處理資料，演算法，從而加快了系統的反應速度，大量使用類似於 jb/jnb 命令對相應埠進行查詢，並且簡化程式**，避免使用繁瑣複雜的終端控制，確保系統的高精確度。另外，整個執行過程中通過採用等分時埠查詢思想，只要分時足夠小，電動車就會對外界因素有充足的反映空間，即達到了接近實時的訊號檢測處理效果，又可通過最終等分時數目準確計算出行駛距離，一舉兩得。
電動車知識
據其使用環境與使用頻率的不同，形式也不同。不同形式的電機其特點也不一樣。國標關於電動車電機的命名標準如下 派生代號，用大寫漢語拼音字母表示 效能引數代號，用二位阿拉伯數字表示 產品名稱代號，用大寫漢語拼音字母表示機座號，以機殼外徑 mm 表示 產品名稱代號 syt 鐵氧體永磁式直流伺服電動機 syx...
電動車維修
轉把目前電動自行車中使用的調速轉把大多是由霍爾元件實現的，霍爾元件分開關型霍爾及線性霍爾兩種。開關型霍爾一般用於電子剎把 無刷電機內部位置感測器。線性霍爾一般用於轉把,其輸出電壓是隨磁場線性變化的，輸出電壓為1.0v 4.2v或4.8v 霍爾轉把有三個引腳 綠或藍 訊號 紅 電源 黃或黑 地線 與澳...
電動車維護常識
1.電機 電機是電動車的關鍵部件。由於電動車所帶的能源有限，作為全天候的交通工具，更要求電機能耐受較惡劣的環境，可靠性要高。電機在機構上，分為有刷電機和無刷電機 有刷電機是傳統產品，效能比較穩定。應該是電動車的首選電機。無刷電機是新產品，其壽命效能比有刷電機好。但其控制電路比較複雜，對元件的老化篩選...