專利名稱：多功能智能車計時器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及自動計時領(lǐng)域，尤其涉及一種智能車計時器，它能夠?qū)崿F(xiàn)賽車競賽計時、測速以及賽道信號發(fā)生。
背景技術(shù)：
受教育部高等教育司委托，高等學(xué)校自動化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會負責主辦全國大學(xué)生智能車競賽。該項比賽已列入教育部主辦的全國五大競賽之一。此項賽事，在韓國已經(jīng)舉辦過多屆，在我國，“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能車大賽成功舉辦過五屆。其專業(yè)知識涉及控制、模式識別、傳感技術(shù)、汽車電子、電氣、計算機、機械等諸多學(xué)科，對學(xué)生的知識融合和動手能力的培養(yǎng)，對高等學(xué)?？刂萍捌囯娮訉W(xué)科學(xué)術(shù)水平的提高，具有良好的推動作用。第五屆全國大學(xué)“飛思卡爾杯”智能汽車競賽新增加了 “電磁組”。根據(jù)比賽技術(shù)要求，電磁組競賽，需要選手設(shè)計的智能車能夠檢測到道路中心線下鋪設(shè)電線中20KHz交變電流產(chǎn)生的磁場信號，以此來導(dǎo)引小車循線行駛。比賽時，單圈時間是很重要的成績參考值，平時調(diào)試過程中，單圈速度也是衡量軟硬件設(shè)定最有效參考量。所以如何方便和準確的獲得單圈時間是所有參賽者共同面臨的問題。由于比賽用計時器價格較為昂貴，通過傳感器要跨接在跑道兩邊，線路鋪設(shè)比較復(fù)雜， 為了簡便平時調(diào)試是用人工計時，這樣計時準確性根本無法保證。另外電磁組平時調(diào)試和比賽過程中需要能夠滿足比賽技術(shù)要求的20KHz的交流電源驅(qū)動賽道中心線下的線圈，市售的波形信號發(fā)生裝置價格非常昂貴，專門用于電磁組比賽的發(fā)生器的價格也近百元。為了解決智能車跑道計時的操作性和精度問題，同時降低成本。本設(shè)計提供一種新型計時器，該計時器能夠記錄智能車單圈時間，而且還能顯示出單圈平均車速，幫助用戶能綜合掌握小車運行情況。另外，本設(shè)計在計時同時還能不間斷產(chǎn)生供電磁組小車尋跡需要的20KHz交流信號，解決了計時器發(fā)生器分開設(shè)置較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種多功能智能車計時器，它能夠同時用于智能汽車電磁組調(diào)試和比賽單圈計時和電磁信號發(fā)生。為了實現(xiàn)上述技術(shù)目標，本實用新型采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)—種多功能智能車計時器，包括計時點通過信號采集模塊、信號顯示模塊和電源適配器，還包括計時與電磁信號發(fā)生模塊，電源適配器通過穩(wěn)壓芯片分別與計時點通過信號采集模塊、計時與電磁信號發(fā)生模塊及信號顯示模塊相連；所述的計時點通過信號采集模塊包括激光發(fā)射管、4自由度手動可調(diào)反光鏡和激光接收電路，且激光發(fā)射管、4自由度手動可調(diào)反光鏡和激光接收電路依次相連；所述的計時與電磁信號發(fā)生模塊包括電壓比較芯片、單片機和三極管H橋功率輸出電路，且電壓比較芯片、單片機和三極管H橋功率輸出電路依次相連；信號顯示模塊又與單片機相連。本實用新型的其他技術(shù)特征為[0009]所述的電壓比較芯片為LM359電壓比較芯片，所述的單片機為STC89C52RC。所述的穩(wěn)壓芯片為7805系列線性穩(wěn)壓芯片。所述的信號顯示模塊采用4位共陽
極數(shù)碼管。因此，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(1)低成本使用廉價的STC89C52RC單片機作為核心，充分使用單片機的硬件功能，以單片機為中心實現(xiàn)了計時器、信號發(fā)生器兩種重要功能；(2)使用簡單普通光學(xué)計時器的通過信號采集裝置，需要電路部分橫跨跑道兩邊，不僅有安置定位的問題，還存在線路鋪設(shè)的困難。本設(shè)計中，由于采用了鏡面反射的原理，通過信號采集裝置只有一邊使用激光發(fā)射和接收裝置，避免了采集裝置發(fā)射、接收兩套電路的繁瑣，而且4自由度可調(diào)的反光鏡座，使得檢測部分電路使用的調(diào)整變得簡單；(3)便于攜帶本計時器只有手掌多的大小，同時兼顧兩種主要功能，更小體積更多的功能；(4)功能多樣圈速計時，信號發(fā)生，圈平均速度計算；(5)測得結(jié)果直觀顯示計時器計時結(jié)果(時間、平均速度)通過4位數(shù)碼管顯示輸出。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型的激光發(fā)射與傳感模塊電路圖。圖3為本實用新型的信號發(fā)生控制模塊電路圖。圖4為本實用新型的三極管H橋功率輸出模塊電路圖。圖5為本實用新型的數(shù)碼管顯示模塊電路圖。圖6為本實用新型的用于賽道路程設(shè)定的2X2鍵盤電路圖。圖7為本實用新型的程序流程圖。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體內(nèi)容作進一步詳細說明。
具體實施方式
本實用新型使用激光管發(fā)射光束穿過跑道到達另一側(cè)，被對面的平面鏡反射回來射入紅外接收管，再通過比較電路將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，此信號被單片機STC89C52RC采集作為小車通過計時點的觸發(fā)信號。以此為依據(jù)可測量并顯示小車運行的圈速和計算出平均運行速度，并通過數(shù)碼管顯示。在實現(xiàn)以上功能的同時，本設(shè)計同時具有電磁組信號發(fā)生功能，為電磁組小車尋跡提供信號。參見各附圖，一種多功能智能車計時器，包括計時點通過信號采集模塊、信號顯示模塊和電源適配器，還包括計時與電磁信號發(fā)生模塊，電源適配器通過穩(wěn)壓芯片分別與計時點通過信號采集模塊、計時與電磁信號發(fā)生模塊及信號顯示模塊相連；所述的計時點通過信號采集模塊包括激光發(fā)射管、4自由度手動可調(diào)反光鏡和激光接收電路，且激光發(fā)射管、4自由度手動可調(diào)反光鏡和激光接收電路依次相連；所述的計時與電磁信號發(fā)生模塊包括電壓比較芯片、單片機和三極管H橋功率輸出電路，且電壓比較芯片、單片機和三極管 H橋功率輸出電路依次相連；信號顯示模塊又與單片機相連。[0027]本實用新型以“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能汽車競賽電磁組為背景，采用 STC89C52RC單片機作為處理核心，控制計時、數(shù)據(jù)顯示和控制H橋輸出交流信號等。運用激光管發(fā)光后通過平面鏡反射的反光在紅外接收管上，使接收管電阻變化從而改變端電壓經(jīng)過比較芯片LM359產(chǎn)生能夠觸發(fā)外部中斷INTO的低電平信號。通過觸發(fā)外部中斷使得小車通過計時點被識別，開始進行計時。為防止小車本身的結(jié)構(gòu)可能造成單程多次觸發(fā)起跑引起意外停止，本計時器在兩秒之內(nèi)不會再次觸發(fā)，從而防止起跑重復(fù)識別。計時器運行前，系統(tǒng)提示用戶使用2X2鍵盤輸入賽道的長度，右邊兩個摁鍵控制輸入單位為厘米的賽道長度，上面的為加1厘米，下面的加10厘米；對應(yīng)左邊的摁鍵上面的是加1米，下面的是加10米。而輸入的賽道長度會顯示在4位共陽極數(shù)碼管上，左邊的兩個單位是米，右邊的兩個單位是厘米。輸入完畢后，通過摁下INTl中斷的摁鍵使計時器進入準備計時狀態(tài)。如需更改賽道長度值，摁下RESET鍵即可。起跑識別之后，計時主程序開始運行。4位共陽極數(shù)碼管顯示使用逐位掃描的方法，100分之一秒為最小計數(shù)單位，占用兩個數(shù)碼管，然后秒占用另外兩個數(shù)碼管，兩個單位制中間用小數(shù)點隔開。數(shù)碼管顯示數(shù)字需要的顯示碼采用查表法，根據(jù)顯示需要的時間值按順序調(diào)用事先在程序之后的編碼表。為了利用人眼的視覺暫留效應(yīng)，需要的掃描顯示數(shù)字周期小于40ms左右，而本計數(shù)器最小計時單位為10ms，程序中顯示掃描周期為10ms，所以已經(jīng)滿足要求。而每個IOms周期中需顯示4位，所以程序中每2. 5ms計算并顯示更新一個數(shù)字位，2. 5ms延時使用單片機內(nèi)部定時器timerl。在小車第二次通過計時點時，數(shù)碼管輸出顯示圈速計時時間持續(xù)兩秒，緊接著顯示計算所得的平均速度持續(xù)兩秒，然后進入計時前等待狀態(tài)準備重新計時。在宏觀上不影響其余功能的前提下信號發(fā)生器功能產(chǎn)生20KHz的交流電，通過控制H橋4個三極管開閉來控制電流流向。而本設(shè)計的H橋4個三極管分別通過4個IO 口控制，四個IO 口對應(yīng)的二進制數(shù)輸出1010并以單片機內(nèi)部較高優(yōu)先級的timeO定時器定時的25ns為周期來回取反，從而控制H橋以20KHz為周期改變電流輸出方向，輸出幅值為 5V的交流信號通過一個100歐姆可調(diào)電阻輸出到導(dǎo)線連接端口，以便連接跑道中心導(dǎo)線產(chǎn)生電磁組所需尋跡信號。
權(quán)利要求1.一種多功能智能車計時器，包括計時點通過信號采集模塊、信號顯示模塊和電源適配器，其特征在于還包括計時與電磁信號發(fā)生模塊，電源適配器通過穩(wěn)壓芯片分別與計時點通過信號采集模塊、計時與電磁信號發(fā)生模塊及信號顯示模塊相連；所述的計時點通過信號采集模塊包括激光發(fā)射管、4自由度手動可調(diào)反光鏡和激光接收電路，且激光發(fā)射管、4 自由度手動可調(diào)反光鏡和激光接收電路依次相連；所述的計時與電磁信號發(fā)生模塊包括電壓比較芯片、單片機和三極管H橋功率輸出電路，且電壓比較芯片、單片機和三極管H橋功率輸出電路依次相連；信號顯示模塊又與單片機相連。
2.如權(quán)利要求1所述的多功能智能車計時器，其特征在于所述的電壓比較芯片為 LM359電壓比較芯片。
3.如權(quán)利要求1所述的多功能智能車計時器，其特征在于所述的單片機為 STC89C5^C。
4.如權(quán)利要求1所述的多功能智能車計時器，其特征在于所述的穩(wěn)壓芯片為7805系列線性穩(wěn)壓芯片。
5.如權(quán)利要求1所述的多功能智能車計時器，其特征在于所述的信號顯示模塊采用4 位共陽極數(shù)碼管。
專利摘要本實用新型公開了一種多功能智能車計時器，包括計時點通過信號采集模塊、信號顯示模塊和電源適配器，還包括計時與電磁信號發(fā)生模塊，電源適配器通過穩(wěn)壓芯片分別與計時點通過信號采集模塊、計時與電磁信號發(fā)生模塊及信號顯示模塊相連；所述的計時點通過信號采集模塊包括激光發(fā)射管、4自由度手動可調(diào)反光鏡和激光接收電路，且依次相連；所述的計時與電磁信號發(fā)生模塊包括電壓比較芯片、單片機和三極管H橋功率輸出電路，且依次相連；信號顯示模塊又與單片機相連。本實用新型成本低、使用簡單、便于攜帶，有效實現(xiàn)將計時器同時能夠用于智能汽車電磁組調(diào)試和比賽單圈計時和電磁信號發(fā)生。
文檔編號G07C1/24GK201955828SQ20102062226
公開日2011年8月31日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者冷立, 張偉, 李兆凱, 肖媛, 韓毅 申請人:長安大學(xué)