自动控制电力电子小车的设计与研究

李文龙



自动控制电力电子小车的设计与研究

李文龙

重庆航天职业技术学院，重庆 400021

自动控制电子电力小车是当前一种较为先进的设备，随着自动化控制技术的发展与应用，在很多相关的领域当中，智能控制技术已经得到了十分好的应用，例如海底作业的机器人、生产线的机械手臂等。其中，自动控制电力电子小车是一项非常重要的技术，基于此对自动控制电力电子小车的设计进行了相关的研究。

自动控制；电力电子小车；设计与研究

自动控制电力电子小车配备了多种不同的传感器，具有声光报警、障碍物探寻、自动寻线等功能。小车的控制核心为AT89C51单片机，速度利用PWM技术进行调整，转向由步进电机进行控制，利用光电传感器、金属传感器等，对外部信号进行采集，并且向单片机当中进行传输和处理。通过这一系列的控制，能够实时的监控和检测小车的运行状态、路面的实际情况等，从而更好的完成工作任务。

1 小车的设计方案

1.1 整体方案

小车的前后轮分别进行控制，其中，后轮由普通直流电机驱动，前轮则由步进电机驱动，同时对小车行进方向进行调整。车载传感器向车载单片机传递信息，单片机对小车的行进方向、速度等进行调整，以此形成了一个闭环控制系统。

1.2 供电方案

隔离了电动机驱动电源、单片机、周围电路，采取双电源供电，信号传输由光电耦合实现。这种方式虽然灵活性不如单电源，但是能够彻底消除电动机带来的干扰，使得系统稳定性得到了保障。

1.3 传感器

跟踪检测金属丝导引线，采用集成金属接近开关，经过一级光耦之后，可在单片机I/O接口上直接连接。采用激光传感器对距离进行检测，具有亮度高、传输速度快、单色性好、方向性强等特点，反应速度、测量精度、抗干扰性等都十分优越。激光的传播速度为光速，因此在时间、距离之间，要满足2S=C×T的条件[1]。小车与障碍物的距离在2米以内，因此时间T不会超过1.33×10-8秒。单片机机器时钟为晶体振荡的十二分之一，因此，在单片机接收过程中，要添加外部发射电路。

1.4 电机电路

电枢电压控制、励磁控制等能够控制直流电机的转速。其中励磁控制功率虽小，但在低速状态下，磁饱和会对其产生影响，高速状态下，换向器结构、换向火花会对其造成影响。因此，电枢电压控制法是常用的控制方法。在被控对象、控制电路之间，由功率驱动电路进行连接。通过转换控制电路输出信号，对被控对象进行驱动。通常情况下，采用功率场效应管、三极管等实现功率驱动。

1.5 控制系统

在各个传感器当中，电车停车时的声光信号、以及小车电动机的动作等，由传感器的相应控制器进行控制、辨认和接收。在系统设计当中，采用了单片机作为控制器。

2 系统的硬件设计

2.1 控制电路

AT89C51单片机具有高性能、低电压的特点，其带有的只读存储器具有可擦除、可编程、4K字节闪烁等特点，是一种CMOS8位微处理器。该单片机采用了ATMEL高密度非易失存储器制造技术进行制造，其与工业标准MCS指令集、输出管脚之间，具有良好的兼容性[2]。在单片机当中，外接了障碍物探测电路、金属检测电路、声光报警电路等，前二者是信号的输入，而后者则是信号的输出。单片机当中采用接口引出了大部分的引脚，从而为单片机引脚的使用提供了便利。单片机接口接入接近开关接入中断前后向光电开关，并在相应接口输出声光报警信号。包括声音报警电路、左右转向指示灯、红色和黄色LED等。在相应接口输出电机驱动，并将步进电机、直流电动机等接在相应接口。

2.2 光电隔离电路

对于外部驱动电路、控制器之间的隔离，采用光电隔离电路。其中光电隔离电路是由光隔离器所构成的。通过这种方式，控制系统不会由于受到外部电路的变化而发生损坏和故障，系统的可靠性也得到了良好的增强，抗干扰的能力也有了显著的提升。在光隔离器当中，电流传输比CTR是最为重要的参数之一，一般情况下，该参数数值大约在0.2到0.9之间。在数字信号的输出中，提供5毫安到10毫安左右的电流，光隔离器才会将放大数字电平输出。在连接光隔离器的过程中，对于信号的正负逻辑，应当特别加以注意。在光隔离器的输出端和输入端，应当将地线有效隔开。对于输出端和输入端，应当分别利用两个电源单独进行供电。如果采用了同一个电源，则可能会在系统当中串入外部干扰信号。

2.3 功率驱动电路

非门驱动和门驱动共同构成的H型桥式电路场效应管作为功率驱动电路。当一个是低电平、另一个是高电平的时候，直流电机为正转状态。如果两个皆为高电平，则直流电机为反转状态[3]。因此，将场效应管的导通频率进行更改，就能够使电极的转动速度发生变化。

2.4 声光报警电路

在声光报警电路当中，由反相器对蜂鸣器、LED显示灯进行驱动。在反相器之后，添加了一级三极管对蜂鸣器进行驱动。如果单片机的输出为低电平，蜂鸣器就会发声报警。如果单片机的输出为高电平，则二极管会发光。

2.5 传感器接口电路

在传感器当中，输出的是开关量，因此，在经过一级光耦处理之后，可在单片机的I/O接口上，直接连接传感器的输出端。光电开关在外部中断上进行连接，接近开关也连接到相应接口。

3 结论

自动控制电力电子小车具有十分广泛的应用，在很多领域中都发挥了良好的作用。通过本文的设计研究，小车能够自动沿着事先敷设的金属丝前进，如果遇到障碍物，能够自动停车并发出声光警报。在移开障碍物之后，小车能够继续前进。在转弯过程中，小车能够自动点亮相应的转向灯。通过这些功能，可以更为有效的完成很多工作，因而在相关领域中具有较为重要的意义。

[1]袁海文，弭寒光.面向电力电子控制系统开发的自动定制技术研究[J].电力电子，2012（02）：6-9.

[2]高强.单片机在自动小车控制系统的应用[J].黑龙江科技信息，2012（20）：79.

[3]徐锦钢，杨克，沈緐.大学生电子设计竞赛智能小车的制作研究[J].江西电力职业技术学院学报，2013（04）：62- 64.

U469.72

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1009-6434（2016）01-0059-01