¿Puedes usar un microcontrolador para controlar la dirección del modelo del casco?
Dado que se pueden utilizar modelos de coches eléctricos, no hay ninguna razón por la que no se puedan utilizar barcos.
Demostración del esquema de control automático para vehículos modelo eléctricos basado en un microordenador de un solo chip
De acuerdo con los requisitos básicos del tema, la tarea de diseño es principalmente completar el control de velocidad de los vehículos eléctricos. vehículos en la ruta de conducción prescrita, y de acuerdo con diferentes La sección de conducción adopta una conducción de velocidad variable y los datos relevantes durante el viaje se procesan y muestran. Para mantener el coche en contacto con puntos fijos, el sistema está equipado con un dispositivo sensor digital infrarrojo para posicionar el coche durante la conducción. El esquema de implementación del sistema es el siguiente.
1. La selección del esquema de recolección de datos generalmente puede utilizar el siguiente esquema para la recolección de datos: (1) usando una combinación de diodos emisores de luz y fototransistores (2) usando una combinación de emisores de luz infrarroja; diodos y tubos receptores; (3) Utilice láser.
Por el contrario, en este diseño, dado que se trata de detección de corto alcance, utilizamos la segunda solución para completar la recopilación de datos. Debido a que la luz infrarroja tiene una longitud de onda más larga que la luz visible, se ve menos afectada por la luz visible. Al mismo tiempo, el sistema de infrarrojos también tiene las ventajas de su tamaño pequeño, peso ligero, prevención eficaz de la interferencia de ondas de luz visible, requisitos mínimos de equipos auxiliares y no daña los ojos humanos. Por supuesto, la luz infrarroja también tiene algunas desventajas, como la atenuación cuando se propaga en atmósferas húmedas, niebla y nubes, por lo que sólo es adecuada para comunicaciones en interiores. El fotodetector reflectante que seleccionamos tiene las características de tamaño pequeño, alta sensibilidad, buena linealidad, diseño de circuito y circuito periférico simple, fácil instalación, bajos requisitos de energía, rendimiento estable y confiable, etc., lo que lo convierte en una opción ideal como detector de corto alcance. sensor.
2. Selección del equipo de visualización Para la visualización del vehículo utilizamos un tubo digital y seleccionamos el contenido de la visualización pulsando las teclas de tiempo y distancia.
3. El modo de comunicación se puede seleccionar mediante radio o infrarrojos. El modo de radio tiene una larga distancia de comunicación, pero el circuito es relativamente complejo; el modo de luz infrarroja es adecuado para comunicaciones a corta distancia y el circuito es simple. Actualmente, sólo se considera la transmisión unidireccional, por lo que elegimos la luz infrarroja como portador para transmitir información.
4. La selección de la fuente de alimentación y el peso del vehículo debe considerar la potencia, el peso del vehículo y la resistencia a la fricción del vehículo eléctrico. Los componentes del circuito se seleccionan según tres aspectos: bajo consumo de energía, tamaño pequeño y peso ligero. , por lo que la fuente de alimentación consta de 6 celdas. Está compuesta por pilas AA y alimentada por 9V DC.
Diagrama de bloques del sistema y principio de funcionamiento
La figura anterior muestra el diagrama de bloques del sistema. La recopilación de datos completa la detección de diferentes señales a través de sensores fotoeléctricos y se envía a los puertos de entrada y Tl del microcontrolador en forma de pulsos de señales eléctricas. La microcomputadora de un solo chip analiza, calcula y procesa la señal enviada y emite la señal desde el puerto Pl.1 para controlar la velocidad del motor, ajustando así la velocidad de conducción del vehículo eléctrico. Después de que el vehículo eléctrico regresa al punto de partida, inmediatamente genera datos desde el puerto serie del microcontrolador para mostrar la distancia recorrida y el tiempo transcurrido. Además, la salida de datos del puerto Pl.7 del microcontrolador se envía al sistema receptor portátil en la ubicación designada a través de infrarrojos. El microcontrolador también procesa el sistema receptor portátil, de modo que podemos conocer el tiempo de conducción y la ubicación. del vehículo eléctrico en cualquier momento. El teclado facilita la configuración de parámetros durante la depuración, haciendo que la velocidad y la posición del automóvil sean más precisas.
Análisis y diseño de principios de hardware
Debido a que la pista es blanca, hay marcas de líneas negras en algunas áreas designadas. Según las características de absorción y reflexión de la luz del color, el estado de conducción del tubo receptor de luz en las áreas blanco y negro es diferente. Cuando el automóvil circula por una pista designada, el fotodetector reflectante colocado en la parte inferior del automóvil reaccionará de manera diferente. Se coloca un sensor fotoeléctrico en la parte delantera del automóvil para recopilar datos en el área de la línea y convertir las señales ópticas cambiantes en señales eléctricas. La señal se envía al terminal de interrupción (INTO) del microcontrolador después de ser moldeada por el circuito disparador Schmitt. Se coloca un trozo de papel blanco en la rueda trasera del automóvil y se coloca un sensor fotoeléctrico en el marco de la rueda para recopilar el número de rotaciones de la rueda y enviarlo al puerto contador (Tl). Después del procesamiento por parte del microcontrolador, P1.0 y P1.1 controlan la dirección y el ancho de pulso del motor respectivamente, y el monitor a bordo muestra la cantidad de señales que pasan por el suelo durante la operación. Después de que el automóvil se detiene, se muestra el tiempo y el kilometraje de todo el viaje. La parte de la pantalla está equipada con dos botones, uno para reiniciar el microcontrolador y otro para pasar páginas para ver varios parámetros durante el funcionamiento del automóvil. En la parte de la pantalla portátil, el receptor de infrarrojos integrado envía datos en serie al microcontrolador y el software utiliza comunicación en serie simulada para mostrar el kilometraje y el tiempo de funcionamiento en la ubicación especificada.
1. La parte de recopilación de datos puede utilizar la sensibilidad del detector reflectante de infrarrojos al blanco o negro para completar la recopilación de datos. La imagen de arriba es el diagrama esquemático del circuito de adquisición de datos.
En la figura, los terminales +0 y 2 de 65438 son los terminales emisores de luz, y los terminales 3 y 4 son los terminales receptores de luz. A medida que el fotorreflector se mueve sobre la superficie blanca y negra, se obtienen voltajes de pulso variables en los cuatro terminales. Después de comparar exhaustivamente diferentes materiales dieléctricos, elegimos los datos del reflector fotoeléctrico a 0,5 cm del suelo como punto de referencia. El circuito Schmidt moldea este voltaje para obtener un nivel TTL y lo envía al microcontrolador.
Utilizamos el temporizador NE555 para formar un circuito Schmidt. La relación característica de histéresis entre la entrada y la salida es como se muestra en la figura anterior. Cuando el voltaje cambia de bajo a alto: 0 < vi < l/3vcc, Vo = "1": l/3vcc < vi < 2/3vcc, Vo permanece sin cambios; Vi > 2/3vcc, Vo pasa a "0". Cuando el voltaje cambia de alto a bajo: 2/3vcc < VI < VCC, VO = " 0L/3vcc < VI < 2/3vcc, Vo permanece sin cambios; Vi < 1/3vcc, Vo cambia a "l". Nivel bajo de entrada ViL Cuando es 0,49 V, el ViH de alto nivel es 4,19 V y la diferencia de voltaje es 3,70 V. Si Vcc = 5 V, entonces 1/3 Vcc = 1,67 V y 2/3 Vcc = 3,33 V pueden cumplir los requisitos. Para adaptarse a la situación real, utilizando un voltaje de referencia variable para cambiar el voltaje del quinto pin de NE555, se pueden obtener diferentes voltajes de retorno (1/3VCC). Cuanto mayor sea el voltaje, mayor será la capacidad antiinterferencia del circuito. , pero cuanto menor sea la sensibilidad del disparador, tomando el voltaje del pin ⑤ como 3,60 V, entonces l/3 Vcc = 1,2 V, 2/3 VCC = 2,4 V. Consulte la Figura 2, cuando el sensor fotoeléctrico detecta la línea negra, el voltaje del cuarto terminal. está en un nivel alto de 4,19 V. El segundo pin del NE555 también está en un nivel alto y el tercer pin genera un nivel bajo. Por otro lado, cuando está en el papel blanco, el pin ③ del NE555 genera un nivel alto; El nivel de interrupción "0" del AT89C51 se puede activar de manera similar, si se coloca un trozo de papel blanco en la rueda negra, el temporizador T1 del AT89C51 se activará para contar y el número de revoluciones de la rueda puede activarse. Se calcula la velocidad de conducción y la distancia de conducción.
2. Control de velocidad del motor La velocidad de conducción del automóvil se mide agregando un reflector a la rueda trasera. Cuando la rueda gira, el reflector fotoeléctrico detecta el pulso. Un contador del microcontrolador cuenta el número de revoluciones de la rueda y otro contador se utiliza para medir el tiempo. Combinando los valores de los dos contadores, el microcontrolador calcula la velocidad de conducción del automóvil y calcula el kilometraje a partir del. circunferencia y revoluciones de la rueda.
En la parte de control del motor del automóvil, el sistema utiliza una combinación de diferentes transistores como 8050 y 8550 para construir un "puente" para lograr un fácil control del motor de accionamiento. El circuito de accionamiento del motor es el siguiente y el proceso de control es el siguiente: Pl.0 es el terminal de control inverso, Pl.1 es el terminal de control de arranque y parada
(1) Cuando Pl. 1 está en nivel alto: Cuando Pl.0 está en nivel bajo, el extremo trasero está en nivel bajo, Q51 está compuesto. El inversor hace que el lado delantero esté en nivel alto. Luego, Q52, Q53 y Q54 se apagan, donde Q52. es la etapa de excitación y Q53 y Q54 son las etapas del amplificador de potencia. Q53 fluye hacia el extremo "+" del motor, luego al extremo "-" y finalmente pasa a través del extremo de tierra del cuerpo humano de Q54. es el nivel alto; de lo contrario, Q55, Q56 y Q57 se encienden y Q52, Q53, Q54 se cortan, el motor retrocede.
(2) Cuando PL.1 está bajo, el "avance". " y los terminales "inversos" están bajos y el motor deja de funcionar. /p>
Las ventajas de este "puente" son un principio simple, un control fácil y una gran capacidad de carga. Con la cooperación del microcontrolador, la velocidad del motor de accionamiento se puede ajustar fácilmente ajustando el ancho del pulso. Modificando los parámetros específicos del teclado, el automóvil puede adaptarse a varias fuentes de energía. Gracias a esta tecnología, el proceso de completar los requisitos básicos se ha vuelto sencillo y sencillo.
En términos de control de velocidad, generalmente se logra cambiando el voltaje en ambos extremos del motor, que puede ser continuo (agregando voltaje CC) o intermitente (agregando voltaje de pulso). Por simplicidad y practicidad, utilizamos control de ancho de pulso, y el cambio de ancho de pulso se puede realizar mediante hardware o software. La implementación del hardware consiste en ajustar el tiempo de carga y descarga cambiando los parámetros RC en el circuito de oscilación; el método del software se implementa configurando los tiempos de retención de alto y bajo nivel.
En comparación, los indicadores cuantitativos del ajuste del software son más altos y el ajuste es más confiable, conveniente y preciso. Por tanto, el teclado se ha convertido en un dispositivo indispensable para la comunicación persona-computadora.
La frecuencia del pulso también afecta a la velocidad del motor. La alta frecuencia de pulso tiene buena continuidad, pero poca capacidad de carga, y ocurre lo contrario con la baja frecuencia. Los experimentos muestran que la frecuencia del pulso es de 15 ~ 20 Hz, lo que tiene el mejor efecto.
La regulación de la velocidad del ancho de pulso esencialmente ajusta la potencia promedio aplicada a ambos extremos del motor. Mediante cálculos, se puede encontrar que la velocidad del automóvil es proporcional al ancho del pulso.
La consideración de la programación de software es establecer la variable de ancho de pulso y generar una onda cuadrada de 20 Hz con ancho de pulso ajustable en el extremo de control inicial y final de P1.1.
3. La parte de visualización del monitor y el teclado adopta una tecnología de software única e innovadora, utilizando solo tres líneas, a saber, línea de datos, línea de reloj y línea de control de entrada/salida. Al programar el puerto serie del microcontrolador, se realiza de forma creativa la tecnología de interfaz serie entre la pantalla del teclado y el microcontrolador. El hardware externo se completa con sólo dos 74LS164 y un 74LS166. A través de esta interfaz, utilizamos ocho tubos de luz LED, que se pueden ampliar o interconectar con el teclado. El esquema se muestra a continuación.
Al mismo tiempo, tenemos otra solución, que es que cuando el puerto serie del microcontrolador está ocupado por otro hardware, también podemos usar solo un puerto de E/S para implementar la función del microcontrolador simulado. Puerto serie, lo que hace que la aplicación del hardware sea más conveniente. Este sistema utiliza tecnología de puerto serie analógico para realizar la transmisión de datos entre el sistema del vehículo y el sistema de visualización portátil. Esto está en línea con el principio de "implementar hardware con software tanto como sea posible" que se persigue en la era actual, lo que reduce en gran medida el costo del hardware periférico.
Principio de pantalla/teclado en serie de tres cables: Los tres cables son DAT (P3.o) - línea de datos de entrada/salida en serie, CLK (p 3.1) - línea de reloj de cambio y RD (p 3.7) - Línea de control de entrada/salida.
Cuando RD es de nivel bajo, está en modo de visualización y la línea de datos (DAT) genera código de bits y código de segmento, cada uno con 16 bits. Después de enviar los datos, el código de bits se almacena en U2 (74LS164) y el código de segmento se almacena en Ul (74LS164), de modo que se pueda mostrar un número en la posición especificada. Utilizando el efecto de persistencia de la visión humana, un dato se puede mostrar dinámicamente cuando RD es alto, está en modo teclado. El inversor compuesto por 9014 bloquea las señales de reloj de UI y U2, pero el código de bits y el código de segmento aún están almacenados en Ul y U2, por lo que aún se pueden mostrar normalmente y el reloj sigue siendo válido para U3 (74LS166). Debido a que el código de bits reservado todavía está en U2, se puede utilizar como código de línea del teclado de filas y columnas. Cuando se presiona una tecla, el código de la columna se envía a la línea de datos (DAT) a través de U3. De esta forma, el microcontrolador puede determinar las claves a través de los códigos de filas y columnas.
Durante el funcionamiento normal, cada número mostrado lee uno o los siguientes códigos. Debido a que tanto el monitor como el teclado se escanean dinámicamente, parecen continuos. A través de RD, puede coordinar el teclado y la pantalla, leer las teclas al mismo tiempo y aprovechar al máximo los recursos del puerto serie.
4. La parte de transmisión de datos por infrarrojos adopta un esquema de modulación simple, utilizando CD4069 y un oscilador de cristal de 38 kHz para completar la generación de ondas portadoras. Al mismo tiempo, el transistor 8050 realiza la modulación de la señal de datos en la onda portadora, y la señal modulada impulsa directamente el tubo emisor de luz infrarroja de forma codificada. En el extremo receptor, después de que la señal pasa a través del preamplificador, limitación de amplificación, filtrado de paso de banda, detección, integración, comparación Schmidt y otros circuitos unitarios en el cabezal receptor integrado, se emite una señal de nivel TTL estándar en el extremo de salida y se envía directamente a Puerto Pl.7 del microcontrolador. Los datos recibidos se demodulan en forma de puerto serie simulado por software y se envían a la parte de visualización para su visualización. La comunicación por infrarrojos en interiores utiliza luz de línea de visión o luz reflejada para completar la comunicación. En un ambiente interior, la atenuación causada por las condiciones atmosféricas y meteorológicas es insignificante, y la atenuación del canal está determinada principalmente por la geometría del sistema y la ganancia del condensador del receptor.
El sistema utiliza luz de línea de visión para completar las comunicaciones en interiores. Las pruebas experimentales muestran que la potencia de transmisión infrarroja es de 63 μW y la potencia óptica cuando el receptor recibe datos normalmente es de -27 dBm, lo que básicamente cumple con los requisitos de la transmisión de datos a corta distancia.