試論智能電動(dòng)玩具小汽車的控制

摘 要：隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，智能電動(dòng)小汽車越來(lái)越受到人們的歡迎，它不僅可以給人們帶來(lái)娛樂(lè)，還可以為人類完成一些工作，給人們的生活提供更多的便捷，所以對(duì)于智能電動(dòng)玩具小汽車的研究是十分有意義的。智能電動(dòng)玩具小汽車的主要技術(shù)有速度、避障、尋光、可編里程等，本文主要介紹了智能電動(dòng)玩具小汽車的主要硬件結(jié)構(gòu)：如驅(qū)動(dòng)器、傳感器、控制器等，還簡(jiǎn)單介紹了它的軟件程序。

關(guān)鍵詞：智能小汽車；技術(shù)；控制

中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2013） 20-0000-01

一、智能電動(dòng)玩具小汽車的硬件結(jié)構(gòu)

（一）傳感器模塊。智能電動(dòng)小汽車的傳感器模塊采用反射式光電開關(guān)傳感器，考慮到實(shí)際路面平整度的限制，為避免錯(cuò)誤的接收信息，以及最大限度增加控制距離，采用紅外線管代替可見光管來(lái)檢測(cè)地面。通過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)得出結(jié)果：當(dāng)距離地面1厘米時(shí)，在白色路面的輸出電壓為4伏特，黑色路面的輸出電壓為0.2伏特，將其進(jìn)行兩級(jí)反相整形后，白色路面輸出電壓為5伏特，黑色路面的輸出電壓為0伏特。通過(guò)示波器對(duì)小汽車通過(guò)黑線時(shí)速度情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)，小汽車過(guò)黑線時(shí)，示波器出現(xiàn)一個(gè)矩形波，表示在黑線前是高電平，黑線上是低電平，黑線后迅速變?yōu)楦唠娖健?/p>

（二）MCS控制器。智能電動(dòng)小汽車選擇由8位單片機(jī)組成的MCS89C51控制器，此控制器有4組并行I/O口和兩個(gè)外中斷，兩個(gè)定時(shí)器和一個(gè)串行中斷。存儲(chǔ)器選擇128B的RAM和4KB的ROM，存儲(chǔ)容量能夠滿足智能小汽車的需要，無(wú)需擴(kuò)展，此外，采用專用擦寫器還可以將運(yùn)行和匯編后的BIN文件寫入到ROM當(dāng)中去。紅外信號(hào)的輸入口選擇TO，當(dāng)外部輸入負(fù)變時(shí)，計(jì)數(shù)器加1，單片機(jī)的三個(gè)口經(jīng)過(guò)一級(jí)反相接L298作為控制信號(hào)，串行口P3.0和P3。1為顯示的串行連接的信號(hào)出口，如圖1所示。

（三）驅(qū)動(dòng)模塊。智能電動(dòng)小汽車的后輪提供動(dòng)力，起推動(dòng)作用，前輪來(lái)控制方向驅(qū)動(dòng)要經(jīng)過(guò)一個(gè)性能優(yōu)越的直流小電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)減速過(guò)程。準(zhǔn)備一個(gè)雙全橋式集成芯片作為智能小汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，此種芯片具有高電壓、強(qiáng)電流性能，驅(qū)動(dòng)電感負(fù)載，如繼電器、進(jìn)步機(jī)和直流馬達(dá)等。集成芯片L298的驅(qū)動(dòng)性能優(yōu)越，每個(gè)橋的驅(qū)動(dòng)能力有2A/50V，而且L298還具有飽和電壓低的特點(diǎn)。為了避免溫度過(guò)高造成小汽車驅(qū)動(dòng)異常，集成芯片還有過(guò)熱保護(hù)裝置。

我們采用集成芯片L198的一個(gè)H橋來(lái)驅(qū)動(dòng)后輪電機(jī)，另一個(gè)H橋?yàn)槿蘸罂刂魄拜嗈D(zhuǎn)向電機(jī)的擴(kuò)展作為備用。89C51單片機(jī)的三個(gè)口經(jīng)由反相器72LS04分別與集成芯片的輸入端連接，此時(shí)單片機(jī)的運(yùn)行受到嚴(yán)重影響，電機(jī)失去控制，反相隔離器能夠解決這一問(wèn)題，提高驅(qū)動(dòng)能力。

（四）顯示模塊。智能電動(dòng)小汽車的顯示模塊采用的是靜態(tài)顯示方式，由6個(gè)共陰極的數(shù)碼顯示管組成，數(shù)碼顯示管用74S164芯片驅(qū)動(dòng)，顯示系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)接收的遙控命令以檢測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警信息進(jìn)行顯示。當(dāng)智能小汽車的顯示系統(tǒng)顯示出一個(gè)數(shù)字時(shí)，該筆畫的發(fā)光二級(jí)管處于恒定發(fā)光狀態(tài)，這樣顯示系統(tǒng)的顯示效果穩(wěn)定，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流一定時(shí)，顯示的亮度高，而且CPU占用少，工作較率高。

（五）語(yǔ)音系統(tǒng)。智能小汽車的語(yǔ)音系統(tǒng)具備發(fā)聲功能，蜂鳴器作為一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，可以作為語(yǔ)音系統(tǒng)的發(fā)聲器。壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器是較為常用的蜂鳴器。壓電式蜂鳴器接通電源后，多諧振蕩器起振，輸出音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。電磁式蜂鳴器通入電壓后，由振蕩器發(fā)出音頻信號(hào)，電磁線圈將產(chǎn)生磁場(chǎng)，在電磁場(chǎng)的共同作用下，振動(dòng)膜片周期性地發(fā)出聲音。

（六）檢測(cè)系統(tǒng)。在小汽車將要發(fā)生碰撞時(shí)，檢測(cè)器能夠及時(shí)利用傳感器發(fā)現(xiàn)障礙物，在將要發(fā)生碰撞時(shí)發(fā)出報(bào)警鳴聲，并且顯示系統(tǒng)也會(huì)將報(bào)警信息呈現(xiàn)出來(lái)，有效預(yù)防碰撞的產(chǎn)生。在進(jìn)行障礙物檢測(cè)時(shí)，有兩種方案可供選擇，方案一：紅外線檢測(cè)障礙物；方案二：超聲波檢測(cè)，與紅外線障礙檢測(cè)相比，超聲波障礙監(jiān)測(cè)的抗干擾能力更強(qiáng)。

（七）遙控系統(tǒng)。（1）紅外遙控系統(tǒng)。紅外遙控系統(tǒng)功能十分強(qiáng)大，同時(shí)具備發(fā)射和接受兩種功能，編碼和解碼專用的集成電路芯片能夠準(zhǔn)確控制操作。其中，發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器；接收部分包括光電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。（2）遙控發(fā)射器及其編碼。用于遙控發(fā)射器的芯片有多種，其中HT6221專用芯片由于其易解碼等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用比較廣泛。遙控器的功能是把不同的按鍵編成相應(yīng)的遙控編碼，啟動(dòng)按鍵時(shí)，發(fā)射器將對(duì)應(yīng)的遙控碼發(fā)送出去。HT6221的遙控編碼是連續(xù)的32位二進(jìn)制編碼組，前16位為用戶識(shí)別碼，后16位為是8位操作碼和它的反碼。

二、軟件設(shè)計(jì)

智能電動(dòng)小汽車的軟件設(shè)計(jì)是智能小汽車整體設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，軟件設(shè)計(jì)包括主程序設(shè)計(jì)、定時(shí)子程序設(shè)計(jì)、避障子程序設(shè)計(jì)等。

PWM調(diào)速能夠?qū)⒑愣ㄖ绷麟妷赫{(diào)制成固定周期的脈沖列，在脈沖寬度發(fā)生改變的情況下，直流電機(jī)的電樞兩端直流平均電壓也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。當(dāng)直流電機(jī)的電壓一定時(shí)，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系是反比例關(guān)系；在當(dāng)電壓改變的情況下，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩也會(huì)不斷地發(fā)生變化，直流電壓就是通過(guò)這樣的變化關(guān)系來(lái)調(diào)節(jié)的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出，電壓變換周期T與接通時(shí)間t的關(guān)系為：D=t/T。通過(guò)脈沖調(diào)速的電機(jī)轉(zhuǎn)速公式為vd=VmaxD，其中，Vmax為電機(jī)固定接通電源時(shí)的最高轉(zhuǎn)速。

三、結(jié)束語(yǔ)

智能電動(dòng)玩具小汽車的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，而且功能強(qiáng)大，穩(wěn)定性高，給人們的生活帶來(lái)娛樂(lè)的同時(shí)，還能夠給人們提供便捷。作為新興的高科技裝置，智能電動(dòng)小汽車今后的市場(chǎng)發(fā)展空間十分廣闊，所以對(duì)智能電動(dòng)玩具小汽車進(jìn)行深入的技術(shù)研究具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳學(xué)偉，劉文玉.智能電動(dòng)玩具小汽車的控制[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2009.

[2]趙新穎，羅坤基.于80C51控制的智能電動(dòng)小車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].應(yīng)用技術(shù)，2011.