基于89C51单片机光电玩具汽车电路系统设计

方小坤

摘要：本文结合实际，提出运用89C51单片机开发光电玩具汽车电路系统的方案，整个系统的电路结构简单，可靠性能高，具有较强的实用价值。

关键词：智能；80C51单片机；光电检测器；PWM调速；电动小车随着儿童玩具产业和科学技术的高速发展，关于智能玩具汽车的研究也就越来越受人关注，全国各高校也都很重视该题目的研究，可见其研究意义很大。本方案设计的光电电动小车能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、避障功能，可程控行驶速度、准确定位停车，整个系统的电路结构简单，可靠性能高，具有较强的市场竞争力。本文将探讨如何利用AT89C51单片机[1]进行光电玩具汽车电路系统设计。

1系统整体设计

光电玩具汽车采用80C51单片机进行智能控制[2]。开始由手动启动小车，并复位，当经过规定的起始黑线，由超声波传感器和红外光电传感器检测，通过单片机控制小车开始记数显示并避障、调速；系统的自动避障功能通过超声波传感器正前方检测和红外光电传感器左右侧检测，由单片机控制实现。

2主要分电路设计

2.1 调速电路

为顺利实现电动小汽车的左转和右转，本设计采用了可逆PWM变换器[3]。可逆PWM变换器主电路的结构式有H型、T型等类型。在设计中采用了常用的双极式H型变换器，它是由4个三极电力晶体管和4个续流二极管组成的桥式电路。图1为双极式H型可逆PWM变换器的电路原理图。

脉宽调制器本身是一个由运算放大器和几个输入信号组成的电压比较器。运算放大器工作在开换状态，稍微有一点输入信号就可使其输出电压达到饱和值，当输入电压极性改变时，输出电压就在正、负饱和值之间变化，这样就完成了把连续电压变成脉冲电压的转换作用。

2.2 检测电路设计

检测系统主要实现光电检测[4]，即利用各种传感器对电动车的避障、位置、行车状态进行测量。

本系统采用反射式红外线光电传感器用于检测路面的起始、终点（2cm宽的黑线），玩具车底盘上沿黑线放置一套，以适应起始的记数开始和终点的停车的需要。见图2电动车的方向检测电路。

2.3 显示电路

本设计中用两片4位八段数码管gem4561ae作显示器，并具有双重功能，在小车不行驶时其中一片显示年﹑月，另一片显示时﹑分；当小车行驶时，分别显示时间和行驶距离。

3测试分析

按照设计的基本要求对制成的电动车进行产品测试测试数据及测试结果分析：

⑴计时精度分析：计时系统采用了新型显示芯片。理论上的误差不到1秒/年。

⑵测距精度分析：测速系统采用了电机轴光电码盘检测技术。电机轴与车轮轴之间采用了齿轮箱二级减速，变比1/16。车轮周长135mm,光电码盘与电机轴安装在一起，电机轴每一转产生2个脉冲，车轮每转产生32个脉冲，理论测量精度可达135mm/32=4.22mm<4.5mm。

⑶定位精度分析：本设计采用实际测量与软件补偿技术，理论上可使定位精度提高到误差<10mm。

[参考文献]

[1]何立民.单片机应用系统设计.北京：航天航空大学出版社，2000,46～50.

[2]李广弟.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社,2001,56～64.

[3]赵负图.传感器集成电路手册，第一版.化学工业出版社，2004,590～591.

[4]何希才,新型實用电子电路400例.电子工业出版社,2000,60～65.