基于单片机的智能电动小车设计毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的智能电动小车设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

电平跳变信号。 当小车在白色地面行驶时，装在车下的红外发射管发射红外线信号， 经白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信号，输出低电平，经LM306电压比较器送单片机控制。 当小车行驶到黑色引导线时，红外线信号被黑色吸收后，光敏三极管截止，输出高电平，从而实现了通过红外线检测信号的功能。 将检测到的信号送到单片机I/O口，当I/O口检测到的信号为高电平时，表明红外光被地上的黑色引导线吸收了，表明小车处在黑色的引导线上；同理，当I/O口检测到的信号为低电平时，表明小车行驶在白色地面上。 即当小车底部的某边红外线收发对管遇到黑带时输入电平为高电平，反之为低电平[5]。 轨迹探测电路图为了保证小车沿黑线行驶，采用了两个检测器并行排列，左右方向都可以进行控制，控制精度得以提高。 在小车行走过程中，结合查询方式，通过程序控制小车行走轨迹。 如果左方向偏离黑线，则右侧的探头就会检测到黑线，把信号传送到单片机，进行处理校正。 控制其向右转；如果右方向偏离黑线，则左侧的探头就会检测到黑线，把信号传送到单片机，进行处理校正。 控制其向左转。 从而保证小车沿黑线行驶。 电路中的可调电阻可调节灵敏度，以满足小车在不同光度的环境中能够寻迹。 由于接收对管装在车底，发射距离的远近较难控制，调节可调电阻，灵敏度不高，因此采用在对管上套一塑料管，屏蔽外界光的影响，灵敏度将大幅提升。 在该电路中，加比较器LM306的目的是使模拟量转化为开关量，便于处理。 检测金属片电路电感式接近开关由三大部分组成：LC振荡器、开关电路及放大输出电路。 它的工作原理是外界的金属性物体对它的高频—振荡器产生非接触式感应作用。 振荡器即是由缠绕在铁氧体磁芯上的线圈构成的LC振荡电路。 振荡器通过传感器的感应面，在其前方产生一个高频交变的电磁场。 当外界的金属性导电物体接近这一磁场，并到达感应区时，在金属物体内产生涡流效应，这个涡流反作用于接近开关，从而导致LC振荡电路振荡能力衰减，振幅变小，内部电路的参数发生变化，即称之为阻尼现象。 这一振荡的变化，即被开关的后置电路放大处理并转换为一确定的输出信号，触发开关并驱动控制器件，从而达到非接触式目标检测之目的。 这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体。 感应头Lc振荡器晶体开关放大电路金 输出属 电源 物体 接近开关原理框图在车底中部安装一个金属检测传感器，将其检测面对准运行路面，当小车通过金属铁块时，输出端输出一个高电平信号，将这个高电平信号通过74LS04反相器，将信号用单片机检测出来，借此控制电动机产生相应的动作，并声光提示。 检测金属铁片电路原理图 检测障碍物电路采用超声波传感器探测障碍物。 超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，其频率超过20KHz，分横向振荡和纵向振荡两种，超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。 它有折射和反射现象，且在传播过程中有衰减。 利用超声波的特性，可做成各种超声波传感器，结合不同的电路，可以制成超声波仪器及装置，在通讯、医疗及家电中获得广泛应用。 作为超声波传感器的材料，主要为压电晶体。 压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，故它分为发送器和接收器。 超声波传感器有透射型、反射型两种类型，常用于防盗报警器、接近开关、测距及材料探伤、测厚等。 本设计应用反射式超声波探测电路探测障碍物。 该电路分为超声发射电路，超声接收电路和信号处理电路[6]。 (1) 超声发射电路超声发射电路由时基电路555组成，555振荡电路的频率可以调整，调节电位器RP1可以将接受超声传感器的输出电压调至最大，通常可调至40kHz。 超声波发射电路该电路用到时基电路LM555。 LM555 时基电路内部由分压器、比较器、触发器、输出管和放电管等组成，是模拟电路和数字电路的混合体。 其各个引脚的功能如下：6脚为阀值端（TH），是上比较器的输入。 2脚为触发端（TR），是下比较器的输入。 3脚为输出端（OUT），有0和1两种状态，它的状态由输入端所加的电平决定。 7脚为放电端（DIS），是内部放电管的输出，它有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定。 4脚为复位端（R），叫上低电平（ ）时可使输出端为低电平。 5脚为控制电压端(CV )，可以用它来改变上下触发电平值。 8脚为电源（VCC），1脚为地（GND）。 一般可以把 LM555 电路等效成一个大放电开关的RS 触发器。 这个特殊的触发器有两个输入端：阀值端（TH）可看成是置零端 R，高电平有效；触发端（TR）可看成是置位端S，低电平有效。 它只有一个输出端OUT，OUT可等效成触发器的Q 端。 放电端（DIS）可看成由内部放电开关控制的一个接点，放电开关由触发器的反Q端控制：反Q=1时DIS 端接地；反Q=0时DIS端悬空。 此外这个触发器还有复位端 R，控制电压端CV，电源端VCC和接地端GND。 等效的触发器和它的功能真值表这个特殊的RS 触发器工作原理：① 两个输入端的触发电平要求一高一低：置零端R即阀值端TH要求高电平，而置位端S即触发端TR则要求低电平。 ② 两个输入端的触发电平，是使它们翻转的阀值电压值也不同，当CV端不接控制电压时，对TH（R）端来讲，大于2/3VCC是高电平1，小于2/3VCC是低电平0；而对 TR（S）端来讲，大于1/3VCC是高电平1，小于1/3VCC是低电平0。 如果在控制端CV加上控制电压VC，这时上触发电平就变成VC值，而下触发电平则变成 1/2VC。 可见改变控制端的控制电压值可以改变上下触发电平值。 (2) 超声波接收电路超声波接收电路使用超声波接收传感器，当它接收到超声波信号（为正弦波信号）后输入到集成比较器LM393进行处理。 LM393输出的是比较规范的方波信号。 将此方波信号输出到信号处理电路。 超声波接收和处理电路 (3) 信号处理电路 信号处理电路使用集成电路LM2907N，它原是测量转速用的IC，其内部有F/V转换器和比较器、充电泵、高增益运算放大器，它的输出要求有一定频率的信号，能将频率信号转换为直流电压信号。 LM2907N具有以下特点：① LM2907N进行频率倍增时只需使用一个RC网络；② 以地为参考点的转速计（频率）输入可直接从输入管脚接入；③ 运算放大器／比较器采用浮动三极管输出；④ 最大50mA的输出电流可驱动开关管、发光二极管等；⑤ 内含的转速计使用充电泵技术，对低纹波有频率倍增功能；⑥ 比较器的滞后电压为30mV利用这个特性可以抑制外界干扰；⑦ 输出电压与输入频率成正比，线性度典型值为177。 %；⑧ 具有保护电路，不会受高于Vcc值或低于地参考点输入信号的损伤；⑨ 在零频率输入时，LM2907N的输出电压可根据外围电路自行调节；⑩ 当输入频率达到或超过某一给定值时，可将输出用于驱动继电器、指示灯等负载。 ，LM2907N的引脚功能如下： ① 脚（F）和11脚（IN）为运算放大器／比较器的输入端；② 脚接充电泵的定时电容（C1）；③ 3脚接充电泵的输出电阻和积分电容（R1/C2）； ④ 4脚（IN+）和10脚（UF1）为运算放大器的输入端；⑤ 5脚为输出晶体管的发射极（U0）；⑥ 8脚为输出晶体管的集电极，一般接电源（UC）； ⑦ 9脚为正电源端（VCC）； ⑧ 12脚为接地端（GND）； ⑨ 6，7，13，14脚未用。 LM2907N原理框图将LM2907N的8脚接到单片机输入口。 ，LM290N7的10脚电压Vop=6V，这是内部比较器的参考电压。 内部比较器的4脚电压为Vop+输入电压，它是电阻R（51KΩ）上的电压，这个电压和频率有关的。 当Vop+大于Vop时，比较器输出为“1”，LM2907N内部三极管导通（或饱和）输出为“0”，则发光二极管LED点亮。 因此，当超声发射电路由LM555产生40KHz方波来起振超声波发射探头，使其发射超声波，如智能电动小车前方遇到障碍物时，此超声波信号被障碍物反射回来，超声波接收电路接收到超声波信号（为正弦波信号）后输入到比较器LM393使其调整为方波输出到LM2907N，LM2907N芯片会把此方波信号的频率转化为对应电压值，当此电压值大于由4号引脚输入的门电压时，LM2907N的8号引脚输出低电平，LED处于发光状态。 即当有障碍物时LED处于发光状态，LM2907N的8号引脚输出低电平，同时通过8脚将信号送给单片机，使单片机该根据信号控制小车转向，从而实现避开。