基于单片机的智能小车速度控制设计_李柠

0引言

现代社会，伴随着汽车工业的迅猛发展，环境污染的恶化趋势，怎样生产出成本低，无污染排放，保护环境的智能化小车成为了人们日益关心的焦点。智能化作为现代化的新产物，是将来各个领域的发展方向。

作为智能化的基本应用，智能小车通常具有自动避障、循迹、寻光、以及显示时间、速度、路程等功能。本文以MCS-51单片机系列中的80C51单片机为控制核心，以直流电机为驱动，使用PWM技术对智能小车进行速度控制，实现对智能小车的调速功能。

1系统方案设计

我们用车载电源电池作为智能电动小车的电源，以80C51单片机为控制核心，实现小车的调速、循迹、避障等功能。系统的自动避障功能由超声波和红外光电传感器检测，单片机控制实现，再此不做过多解说。为了提高系统的静态性能，电动车的行驶速度采用PWM脉宽调制技术。系统原理图如图1所示。

图1系统原理图

2PWM调速系统设计

PWM即脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），它是通过调节开关固定频率的直流电源电压的脉宽（占空比）来改变负载两端电压的平均值从而达到控制的一种调整电压的方法[1]。也就是说要按固定的频率来接通和断开电源，并且根据实际需要改变固定周期内“接通”和“断开”时间的长短。要想控制电机的转速，就必须改变直流电机的平均电压，而其平均值可通过改变电枢上电压的占空比来实现。如图2所示，在脉冲的作用下，电机通电时，速度增加，断电时，速度减小。因此，有规律地改变接通和断开的时间，电机的速度便可得到控制。

我们假设电机始终接通电源时，转速最大，其两端电压为V max，占空比为D=t/T。电机的平均速度V=V max﹡D=V max﹡(t/T)[2]。（1）其中V为电机的平均速度，V max为电机两端最大电压，D为占空比。

从式（1）可以看出，在T不变的前提下，改变t就能得到不同的电压，从而控制电机转速。准确来说，电机电压与占空比并不是严格的线性关系，但在实际应用中，我们可将其近似地看为线性关系。

图2占空比与平均电压关系图

本文利用单片机的C语言编程产生PWM信号，从而控制电机速度。采用调宽定频的方法，通过改变电机电压接通与断开的时间比值得到平均电压来控制小车速度。

具体方法为：在小车行驶期间，电源经过PWM控制后会给小车提供一个平均电压。当电源输出的电压为最大值V max时，平均电压V= V max*D=V max*(t/T)。其中，t为高电平持续的时间，T为PWM的周期。在T不变的前提下，改变t，小车得到的电压V也改变，因此，小车的速度也随之改变。

3PWM调速优势

与可控整流调速系统相比，PWM调速具有以下优势：①开关频率高，仅靠电枢电感的滤波作用便能获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统低速运行平稳，调速范围较大。在相同平均电流下，电动机的损耗和发热都比可控整流调速系统中的小。②由于开关频率高，快速响应的电机与其配合，可获得较宽的频带。所以，快速响应性能好，动态抗干扰能力强。③电子器件只工作在开关状态，主电路损耗小，装置效率相对较高[3]。

PWM调速系统的诸多优势使得其在当今社会的实际生产中重新得到应用，逐渐受到大多厂家的重视。

4总结

PWM调速控制在各大控制领域得到了广泛的应用，尤其是对直流电机的调速，堪称机械工程应用中的典范。此外，用单片机的软件编程来产生PWM信号，相对用硬件来实现简单得多。本文仅仅针对智能小车中的速度控制做了些许研究设计，在实际操作方面还需进一步探讨。智能小车作为综合学科的前沿课题，其广泛的实用性是不言而喻的，要想实现人们所预想的完全智能化还有很长的路要走，需要人们坚持不懈地攻坚克难，不断地探索研究。

【参考文献】

基于单片机的智能小车速度控制设计

李柠张殿富

（中国人民武装警察部队工程大学陕西西安710086）

【摘要】80C51单片机属于MCS-51系列单片机，由Intel公司开发，由于其系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量丰富，应用成熟，故用来作为控制核心。本文介绍的是如何用80C51单片机来控制电动小车的速度，电路结构比较简单，具有较高的可靠性。

【关键词】单片机；智能小车；PWM调速

【Abstract】80C51microcontroller is included in the MCS-51series microcontrollers,which is produced by the Intel Corporation.It is used as the control core,which is able to meet the requirements of the system of data collection and time accuracy and it has mature applications and many kinds of products.This paper is aimed to describe how to use the80C51microcontroller to control the electric car's speed,the circuit structure is relatively simple,but reliable.

【Key words】M icrocontroller;Smart car;PWM speed modulation

作者简介：李柠，中国人民武装警察部队工程大学，硕士研究生。

张殿富，中国人民武装警察部队工程大学，硕士研究生导师，教授，研究所所长。S

（下转第456页）

（上接第453页）众的恐惧和怜悯。《推》作为一部现代意义上的悲剧，无疑是非常成功的。

【参考文献】

［1］Allan Lewis:The Contemporary Theatre,Crown publishers[M].Inc.,New York, 1971.［2］亚里士多德.诗学[M].上海：上海世纪出版集团，2006.

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［责任编辑：王迎迎］

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（上接第454页）［1］马小亮.高性能变频调速及其典型控制系统[M].北京：机械工业出版社，2010，4.

［2］王海波，冯蓉珍，司俊，黄金彪.基于PWM调速的智能小车控制系统实现[J].科技广场，2011,33(5):145.

［3］引用百度百科PWM[EB/OL].http:/https://www.wendangku.net/doc/267155540.html,/view/168039.htm.［4］李维军，韩小刚，李晋.基于单片机用软件实现直流电机PWM调速系统[J].机电一体化，2004，5.

［5］李广弟．单片机基础[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2001.

［责任编辑：王迎迎］

前通过，造成计数器漏记错误。为此，在摄像柜处制作了“凹”形小栅栏，防止工人从镜头前通过，还防止工人对摄像柜的无意碰撞。

3.2棒材在传送链上经常出现重叠、交叉等现象。堆叠过高，会造成超出摄像高度范围；缩进太多，棒材头部被挡住，照摄不上（如图2）。这都会造成计数器漏记的事情。在摄像柜之前的链条运转位置，安排工人对棒排予以调整，堆叠高度不得高于100mm；钢筋不能缩进去挡住。

3.3当阳光或其它光源、光点投射进摄像头时，会被计数器当做钢筋计数。对此，在钢筋被摄像区域制作了车厢式遮蓬，让摄像照灯投射到钢筋头部上，而其它光源不能进入。

3.4传输链条的颤动也会造成钢筋头部反射光点的增加，被当成钢筋计数，所以要求链条运行匀速、平稳，对运输链经常进行清理、维护和保养。

4总结

八钢棒材在线计数系统投入使用后，维护简便、操作方便，而且在运行中可靠，即使是小规格棒材定尺，其精度是完全可靠的，从而完全消除了人工计数的耗时和精度差的现象。

【参考文献】

［1］李志杰，任吉堂，王素芬.棒材生产中计数问题[J].河北理工大学学报：自然科学版，2009，31（1）：24-27.

［责任编辑：王迎迎］

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