基于AT89C51的智能型小車設計

AT89C51是一種帶4 kB閃存、可編程、可擦除、只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。它由一個8位中央處理器(CPU)、一個256 B片內RAM及4 kB Flash ROM、21個特殊功能寄存器、4個8位并行I／O口、兩個16位定日寸／計數器、一個串行I／O口以及中斷系統等部分組成，各功能部件通過片內單一總線聯成一個整體，集成在單一芯片之上，如圖3所示。

AT89C51的端口結構，如圖4所示。

1．2 電動機驅動系統
采用直流減速電機，直流減速電機是在一般的直流電機的基礎上，加上配套的齒輪減速箱所組成的。其作用是提供較低的轉速，取得最大轉矩。另外，不同的齒輪箱減速比也可提供不同的轉速和力矩，就因齒輪箱的增速增矩特點，較大的提高了直流電機在自動化職業中的運用率。
減速電機是減速機和電機的集成體，該種集成體通常可稱為齒輪電機。而減速電機一般是由專業的減速電機生產廠進行集成拼裝后成套供貨。減速電機的運用，相比其他的驅動件，最大的長處是簡化描繪，節約空間。減速電機的特點主要有：(1)減速電機是傳動行業的技術結晶，具有較高的科技含量；(2)新式齒輪減速電機節約空間，牢靠經用，可承受一定的過載能力，功率可滿足客戶需求；(3)新式齒輪減速電機能耗低、性能優越、電機振蕩小、噪音低、節能高且選用優質鍛鋼資料；(4)顛末精細加工，包管定位精度，便構成了齒輪傳動總成的齒輪減速電機裝備了各類電機，形成了機電一體化，徹底包管了產物的運用質量特征；(6)減速電機采用了系列化、模塊化的設計，具有廣泛的適應性。同時可組合其他多種電機、裝置方位和布局計劃，并可按實際需求挑選任意轉速和各種布局方式。
1．3 平衡狀態檢測系統
采用角度傳感器，該集成芯片為專用的水平傾角測量芯片，其體積小、靈敏度高，并具有簡單、可靠的工作性能等優點，可高度滿足平衡度角的精確要求。
1．4 尋跡線探測系統
基于是探測路面黑色尋跡線的原理：光線照射到路面并反射，由于黑線和白紙的反射系數不同，可根據接受到反射光強弱由傳感器產生高低電平并最終通過單片機判斷是否到達黑線偏離跑道。文中采用集成斷續式光電開關探測器，其具有集成度高、工作性能可靠的優點，只須調節探頭上的一個旋鈕即可控制探頭的靈敏度。此種探頭還能有效防止普通光源的干擾。
1．5 信息顯示系統
顯示模塊采用6位LED7段共陰數碼管進行動態顯示。由AT89C51單片機產生的段選信號從P0輸出，經大約1 kΩ的上拉排阻驅動數碼管顯示，位選信號從P2口輸出直接送數碼管顯示。同時采用數碼管動態顯示方式，使硬件電路更為簡單，顯示信息更加清晰。
1．6 電源選擇
采用雙電源供電，電動機驅動電源采用5節干電池，單片機及其外圍電路電源采用5 V電池供電，兩路電源完全分開，這樣雖然不如單電源方便靈活，但可以將電動機驅動所造成的干擾徹底消除，提高了系統穩定性。

2 系統模塊設計
2．1 尋跡線探測電路
采用型號為E3F-DS30C4集成斷續式光電開關探測器，該探頭輸出端有3根線(電源線、地線、信號線)，只需將信號線接至單片機的I／O口，再不停地對該I／O口進行掃描檢測，當其為高電平時則檢測到白紙，當為低電平時則檢測到黑線區域。小車前進時，始終保持黑線在車頭兩個傳感器之間，當小車偏離黑線時，探測器一旦探測到有黑線，單片機便會按照預先編定的程序發送指令給小車的控制系統，控制系統再對小車路徑予以糾正。當小車回到了軌道時，車頭兩個探測器均會檢測到白紙，則小車繼續直線行走，否則小車會持續進行方向調整操作，直至恢復正常。
2．2 平衡狀態檢測電路
在平衡檢測電路中，運用了高精度角度傳感器，此傳感器通過對自身偏離水平角度的測量，對應線性輸出一定范圍內的電壓值。采用動態尋找平衡的方式，用分壓電路和電壓比較器制作信號電路，根據信號端的變化控制小車，使角度傳感器的電壓輸出保持在2．45～2．55 V，經測試，該電路滿足要求。
2．3 電動機驅動電路
驅動系統直接采用ULN2003芯片。由單片機產生的脈沖序列和方向控制信號從P3.0～P3.3口輸出，并直接送入ULN2003芯片進行功率放大，達到步進電機所需的驅動電流和電壓，以此驅動步進電機工作。