论文 单片机AT89S52

本设计以单片机AT89S52作为小车的控制核心。电路分为道路检测与方位控制模块、电机及其驱动模块、平衡检测模块、显示及声光指示模块等几部分。路面检测采用红外发射∕接收管来检测黑线;电机驱动采用以L298为核心的PWM技术;使用WQ36-10倾角传感器达到小车在板上保持平衡。小车分阶段显示行驶时间,并在平衡时做出声音报警。

摘要

本设计以单片机AT89S52作为小车的控制核心。电路分为道路检测与方位控制模块、电机及其驱动模块、平衡检测模块、显示及声光指示模块等几部分。 路面检测采用红外发射∕接收管来检测黑线；电机驱动采用以L298为核心的PWM技术；使用WQ36-10倾角传感器达到小车在板上保持平衡。小车分阶段显示行驶时间，并在平衡时做出声音报警。

Abstract

In this design, the controller kernel of this dolly is based on MCU AT89S52. The circuit is composed of the following modules: detecting black thread on the road and direction controller module, motor drive module, balance detection module, display and sound-light instruction module. The detection of black thread on the road is realized by reflection infrared shoot/receiver valve; and motor drive module adopts PWM technology which kernel is L298.The WQ36-10, a kind of obliquity transducer, makes the dolly balance on the teeterboard. The dolly displays time every phase and give an alarm when it has balanced.

一、 方案比较、选择与论证

本部分先对几个重要的模块进行不同方案比较、论证，确定最终方案。

1. 微机模块

方案一：采用DSP。性能好、资源丰富，但代价高、不易于人工焊接，短时间内不易上手。

方案二：采用单片机。使用简单、易于上手，性价比高。

基于以上分析，本方案采用AT89S52作为微机模块控制核心，AT89S52编程和焊接简单，易于短时间内完成大赛题目要求，且价格低廉。当然方案选择时也考虑过采用16位单片机SPCE061A等一些其他单片机作为核心，但是综合价格、开发速度和实际效果等因素，决定选用AT89S52。

2、道路检测与方位控制模块

方案一：CCD/CMOS摄像头检测方式，以后简称摄像头方式。CCD/CMOS摄像头其实可以算作一个传感器。单片机采集道路前面图像，通过软件处理获取赛道的各种参数。此种方案处理路面信息较准确。

方案二：红外发射∕接收管检测方式，以后简称红外检测方式。通过红外发光管发射红外线光照射跷跷板，跷跷板表面与黑线具有不同的反射强度，利用红外接收管可以检测到这些信息。通过合理安排红外发射∕接收管的空间位置可以检测到小车前方道路相对车模的位置。红外发射接收管的一般安放在车模前端，可以安装一排，也可以前后安装两排。

本设计以单片机AT89S52作为小车的控制核心。电路分为道路检测与方位控制模块、电机及其驱动模块、平衡检测模块、显示及声光指示模块等几部分。路面检测采用红外发射∕接收管来检测黑线;电机驱动采用以L298为核心的PWM技术;使用WQ36-10倾角传感器达到小车在板上保持平衡。小车分阶段显示行驶时间,并在平衡时做出声音报警。

考虑到采用CCD传感器势必给单片机资源造成较大负担，且比赛时间有限，调试程序和硬件安装较复杂，且器件较贵，故选用红外传感器作为电动车的传感器基本部件。在选择时同样考虑过其他方案，并根据跷跷板的特点分析了使用红外传感器的缺点，如果红外管数量较少，易使小车检测不到黑线从而失去红外管对其的控制，实践证明红外管数量与小车转向精确性成正比，但如果数量太多易造成单片机I/O口浪费且功耗大，经反复测试，本方案采用前边八个探头，后面二个探头的布置方式。

3、电机及其驱动模块

方案一：采用步进电机，步进电机的显著特点就是具有快速启停能力，转换精度高，正转反转控制灵活。但为大赛所准备的步进电机由于重量较大，在板上的惯性也较大，下坡、平衡不易控制。

方案二：采用普通直流电机。直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转。

普通直流电机更易于购买，并且电路相对简单，故本方案中采用了直流电机。 关于电机驱动部分有如下几种方案：

方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过控制开关的切换速度实现对小车的速度进行调整。这个电路的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间长，可靠性不高。

方案二：采用大功率达林顿管组成的PWM和H型电机驱动电路。用单片机控制达林顿管使之工作在开关状态，根据调整输入控制脉冲的占空比，精确调整电动机转速。这种电路由于管子工作只在饱和和截止状态下，效率非常高。H型电路使实现转速和方向的控制简单化，且电子开关的速度快，稳定性好，是一种广泛采用的PWM调速技术。

基于以上分析，本系统电机驱动部分采用方案二。

值得一提的是，在电机方案的选择上极具独到性和创造性。普通的PWM调速方案基本可以应付小车在水平方向上遇到的各种情况，但是由于本题要使小车行驶在跷跷板上，当小车行驶过平衡点，小车会马上得到一个很大的自身重力分量，这使得小车很难控制速度以保持小车不会跑出跷跷板，当然也可以利用直流电机反接进行制动，但这样会使程序代码增加很多，而且需要大量调试才能得出正确的数据，经过反复的研究和验证，最后采用普通玩具车的舵机来充当主驱动电机，这种电机具有很大的静扭力，很强的阻尼使得小车在下坡的时候几乎不受自身重力分量的影响，速度保持性极好，很好的达到题目要求。

4、平衡检测模块

方案一：陀螺仪。其精度高功能多，但价格太高。 方法二：使用铅垂线或水平仪加光折断器。该方案精度尚可，但所需设备多，安装较困难，可操作性较差，若要达到较高精度需采用复杂的算法，短时间内较难完成。

方案三：倾角传感器。其采用高性能磁敏感元件，利用重力摆结构，可无触点的测量倾斜角度。其体积小、灵敏度高、线性度好、寿命长、耐环境污染、抗振动性好，易于安装。其使用简单，倾角检测输出为一电压信号，在5V供电时

本设计以单片机AT89S52作为小车的控制核心。电路分为道路检测与方位控制模块、电机及其驱动模块、平衡检测模块、显示及声光指示模块等几部分。路面检测采用红外发射∕接收管来检测黑线;电机驱动采用以L298为核心的PWM技术;使用WQ36-10倾角传感器达到小车在板上保持平衡。小车分阶段显示行驶时间,并在平衡时做出声音报警。

其电压输出为0.5V～4.5V，易于与微机系统连接。所以特别适用于运动频繁的场合，用于水平姿态角的测控，平面定位等系统。 基于以上各个方案的比较，本方案中选用倾角传感器作为电动车跷跷板平衡的检测元件。

二、系统的总体设计

经过对以上主要模块的比较和论证，可以确定整个系统主要由以下几个部分组成：单片机作为系统的微控制器；由舵机作为小车主驱动电机的驱动部分；由红外发射∕接收管组成的光电检测传感器作为小车的道路检测及方位控制；由倾角传感器和A/D构成对跷跷板平衡的检测；由LCD构成系统的显示部分等。系统总体结构图如图F-1所示。

图F-1系统总体结果框图

1、硬件部分及主要参数计算

（1） 单片机系统

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