自動控制電力電子小車的設計與研究

李文龍

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自動控制電力電子小車的設計與研究

李文龍

重慶航天職業技術學院，重慶 400021

自動控制電子電力小車是當前一種較為先進的設備，隨著自動化控制技術的發展與應用，在很多相關的領域當中，智能控制技術已經得到了十分好的應用，例如海底作業的機器人、生產線的機械手臂等。其中，自動控制電力電子小車是一項非常重要的技術，基于此對自動控制電力電子小車的設計進行了相關的研究。

自動控制；電力電子小車；設計與研究

自動控制電力電子小車配備了多種不同的傳感器，具有聲光報警、障礙物探尋、自動尋線等功能。小車的控制核心為AT89C51單片機，速度利用PWM技術進行調整，轉向由步進電機進行控制，利用光電傳感器、金屬傳感器等，對外部信號進行采集，并且向單片機當中進行傳輸和處理。通過這一系列的控制，能夠實時的監控和檢測小車的運行狀態、路面的實際情況等，從而更好的完成工作任務。

1 小車的設計方案

1.1 整體方案

小車的前后輪分別進行控制，其中，后輪由普通直流電機驅動，前輪則由步進電機驅動，同時對小車行進方向進行調整。車載傳感器向車載單片機傳遞信息，單片機對小車的行進方向、速度等進行調整，以此形成了一個閉環控制系統。

1.2 供電方案

隔離了電動機驅動電源、單片機、周圍電路，采取雙電源供電，信號傳輸由光電耦合實現。這種方式雖然靈活性不如單電源，但是能夠徹底消除電動機帶來的干擾，使得系統穩定性得到了保障。

1.3 傳感器

跟蹤檢測金屬絲導引線，采用集成金屬接近開關，經過一級光耦之后，可在單片機I/O接口上直接連接。采用激光傳感器對距離進行檢測，具有亮度高、傳輸速度快、單色性好、方向性強等特點，反應速度、測量精度、抗干擾性等都十分優越。激光的傳播速度為光速，因此在時間、距離之間，要滿足2S=C×T的條件[1]。小車與障礙物的距離在2米以內，因此時間T不會超過1.33×10-8秒。單片機機器時鐘為晶體振蕩的十二分之一，因此，在單片機接收過程中，要添加外部發射電路。

1.4 電機電路

電樞電壓控制、勵磁控制等能夠控制直流電機的轉速。其中勵磁控制功率雖小，但在低速狀態下，磁飽和會對其產生影響，高速狀態下，換向器結構、換向火花會對其造成影響。因此，電樞電壓控制法是常用的控制方法。在被控對象、控制電路之間，由功率驅動電路進行連接。通過轉換控制電路輸出信號，對被控對象進行驅動。通常情況下，采用功率場效應管、三極管等實現功率驅動。

1.5 控制系統

在各個傳感器當中，電車停車時的聲光信號、以及小車電動機的動作等，由傳感器的相應控制器進行控制、辨認和接收。在系統設計當中，采用了單片機作為控制器。

2 系統的硬件設計

2.1 控制電路

AT89C51單片機具有高性能、低電壓的特點，其帶有的只讀存儲器具有可擦除、可編程、4K字節閃爍等特點，是一種CMOS8位微處理器。該單片機采用了ATMEL高密度非易失存儲器制造技術進行制造，其與工業標準MCS指令集、輸出管腳之間，具有良好的兼容性[2]。在單片機當中，外接了障礙物探測電路、金屬檢測電路、聲光報警電路等，前二者是信號的輸入，而后者則是信號的輸出。單片機當中采用接口引出了大部分的引腳，從而為單片機引腳的使用提供了便利。單片機接口接入接近開關接入中斷前后向光電開關，并在相應接口輸出聲光報警信號。包括聲音報警電路、左右轉向指示燈、紅色和黃色LED等。在相應接口輸出電機驅動，并將步進電機、直流電動機等接在相應接口。

2.2 光電隔離電路

對于外部驅動電路、控制器之間的隔離，采用光電隔離電路。其中光電隔離電路是由光隔離器所構成的。通過這種方式，控制系統不會由于受到外部電路的變化而發生損壞和故障，系統的可靠性也得到了良好的增強，抗干擾的能力也有了顯著的提升。在光隔離器當中，電流傳輸比CTR是最為重要的參數之一，一般情況下，該參數數值大約在0.2到0.9之間。在數字信號的輸出中，提供5毫安到10毫安左右的電流，光隔離器才會將放大數字電平輸出。在連接光隔離器的過程中，對于信號的正負邏輯，應當特別加以注意。在光隔離器的輸出端和輸入端，應當將地線有效隔開。對于輸出端和輸入端，應當分別利用兩個電源單獨進行供電。如果采用了同一個電源，則可能會在系統當中串入外部干擾信號。

2.3 功率驅動電路

非門驅動和門驅動共同構成的H型橋式電路場效應管作為功率驅動電路。當一個是低電平、另一個是高電平的時候，直流電機為正轉狀態。如果兩個皆為高電平，則直流電機為反轉狀態[3]。因此，將場效應管的導通頻率進行更改，就能夠使電極的轉動速度發生變化。

2.4 聲光報警電路

在聲光報警電路當中，由反相器對蜂鳴器、LED顯示燈進行驅動。在反相器之后，添加了一級三極管對蜂鳴器進行驅動。如果單片機的輸出為低電平，蜂鳴器就會發聲報警。如果單片機的輸出為高電平，則二極管會發光。

2.5 傳感器接口電路

在傳感器當中，輸出的是開關量，因此，在經過一級光耦處理之后，可在單片機的I/O接口上，直接連接傳感器的輸出端。光電開關在外部中斷上進行連接，接近開關也連接到相應接口。

3 結論

自動控制電力電子小車具有十分廣泛的應用，在很多領域中都發揮了良好的作用。通過本文的設計研究，小車能夠自動沿著事先敷設的金屬絲前進，如果遇到障礙物，能夠自動停車并發出聲光警報。在移開障礙物之后，小車能夠繼續前進。在轉彎過程中，小車能夠自動點亮相應的轉向燈。通過這些功能，可以更為有效的完成很多工作，因而在相關領域中具有較為重要的意義。

[1]袁海文，弭寒光.面向電力電子控制系統開發的自動定制技術研究[J].電力電子，2012（02）：6-9.

[2]高強.單片機在自動小車控制系統的應用[J].黑龍江科技信息，2012（20）：79.

[3]徐錦鋼，楊克，沈緐.大學生電子設計競賽智能小車的制作研究[J].江西電力職業技術學院學報，2013（04）：62- 64.

U469.72

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1009-6434（2016）01-0059-01