专利名称：多功能智能车计时器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动计时领域，尤其涉及一种智能车计时器，它能够实现赛车竞赛计时、测速以及赛道信号发生。
背景技术：
受教育部高等教育司委托，高等学校自动化专业教学指导委员会负责主办全国大学生智能车竞赛。该项比赛已列入教育部主办的全国五大竞赛之一。此项赛事，在韩国已经举办过多届，在我国，“飞思卡尔”杯全国大学生智能车大赛成功举办过五届。其专业知识涉及控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等诸多学科，对学生的知识融合和动手能力的培养，对高等学校控制及汽车电子学科学术水平的提高，具有良好的推动作用。第五届全国大学“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛新增加了 “电磁组”。根据比赛技术要求，电磁组竞赛，需要选手设计的智能车能够检测到道路中心线下铺设电线中20KHz交变电流产生的磁场信号，以此来导引小车循线行驶。比赛时，单圈时间是很重要的成绩参考值，平时调试过程中，单圈速度也是衡量软硬件设定最有效参考量。所以如何方便和准确的获得单圈时间是所有参赛者共同面临的问题。由于比赛用计时器价格较为昂贵，通过传感器要跨接在跑道两边，线路铺设比较复杂， 为了简便平时调试是用人工计时，这样计时准确性根本无法保证。另外电磁组平时调试和比赛过程中需要能够满足比赛技术要求的20KHz的交流电源驱动赛道中心线下的线圈，市售的波形信号发生装置价格非常昂贵，专门用于电磁组比赛的发生器的价格也近百元。为了解决智能车跑道计时的操作性和精度问题，同时降低成本。本设计提供一种新型计时器，该计时器能够记录智能车单圈时间，而且还能显示出单圈平均车速，帮助用户能综合掌握小车运行情况。另外，本设计在计时同时还能不间断产生供电磁组小车寻迹需要的20KHz交流信号，解决了计时器发生器分开设置较复杂的结构。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种多功能智能车计时器，它能够同时用于智能汽车电磁组调试和比赛单圈计时和电磁信号发生。为了实现上述技术目标，本实用新型采用如下技术方案予以实现—种多功能智能车计时器，包括计时点通过信号采集模块、信号显示模块和电源适配器，还包括计时与电磁信号发生模块，电源适配器通过稳压芯片分别与计时点通过信号采集模块、计时与电磁信号发生模块及信号显示模块相连；所述的计时点通过信号采集模块包括激光发射管、4自由度手动可调反光镜和激光接收电路，且激光发射管、4自由度手动可调反光镜和激光接收电路依次相连；所述的计时与电磁信号发生模块包括电压比较芯片、单片机和三极管H桥功率输出电路，且电压比较芯片、单片机和三极管H桥功率输出电路依次相连；信号显示模块又与单片机相连。本实用新型的其他技术特征为[0009]所述的电压比较芯片为LM359电压比较芯片，所述的单片机为STC89C52RC。所述的稳压芯片为7805系列线性稳压芯片。所述的信号显示模块采用4位共阳
极数码管。因此，本实用新型与现有技术相比具有以下优点(1)低成本使用廉价的STC89C52RC单片机作为核心，充分使用单片机的硬件功能，以单片机为中心实现了计时器、信号发生器两种重要功能；(2)使用简单普通光学计时器的通过信号采集装置，需要电路部分横跨跑道两边，不仅有安置定位的问题，还存在线路铺设的困难。本设计中，由于采用了镜面反射的原理，通过信号采集装置只有一边使用激光发射和接收装置，避免了采集装置发射、接收两套电路的繁琐，而且4自由度可调的反光镜座，使得检测部分电路使用的调整变得简单；(3)便于携带本计时器只有手掌多的大小，同时兼顾两种主要功能，更小体积更多的功能；(4)功能多样圈速计时，信号发生，圈平均速度计算；(5)测得结果直观显示计时器计时结果(时间、平均速度)通过4位数码管显示输出。
图1为本实用新型的结构示意图。图2为本实用新型的激光发射与传感模块电路图。图3为本实用新型的信号发生控制模块电路图。图4为本实用新型的三极管H桥功率输出模块电路图。图5为本实用新型的数码管显示模块电路图。图6为本实用新型的用于赛道路程设定的2X2键盘电路图。图7为本实用新型的程序流程图。
以下结合附图对本实用新型的具体内容作进一步详细说明。
具体实施方式
本实用新型使用激光管发射光束穿过跑道到达另一侧，被对面的平面镜反射回来射入红外接收管，再通过比较电路将其转化为数字信号，此信号被单片机STC89C52RC采集作为小车通过计时点的触发信号。以此为依据可测量并显示小车运行的圈速和计算出平均运行速度，并通过数码管显示。在实现以上功能的同时，本设计同时具有电磁组信号发生功能，为电磁组小车寻迹提供信号。参见各附图，一种多功能智能车计时器，包括计时点通过信号采集模块、信号显示模块和电源适配器，还包括计时与电磁信号发生模块，电源适配器通过稳压芯片分别与计时点通过信号采集模块、计时与电磁信号发生模块及信号显示模块相连；所述的计时点通过信号采集模块包括激光发射管、4自由度手动可调反光镜和激光接收电路，且激光发射管、4自由度手动可调反光镜和激光接收电路依次相连；所述的计时与电磁信号发生模块包括电压比较芯片、单片机和三极管H桥功率输出电路，且电压比较芯片、单片机和三极管 H桥功率输出电路依次相连；信号显示模块又与单片机相连。[0027]本实用新型以“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛电磁组为背景，采用 STC89C52RC单片机作为处理核心，控制计时、数据显示和控制H桥输出交流信号等。运用激光管发光后通过平面镜反射的反光在红外接收管上，使接收管电阻变化从而改变端电压经过比较芯片LM359产生能够触发外部中断INTO的低电平信号。通过触发外部中断使得小车通过计时点被识别，开始进行计时。为防止小车本身的结构可能造成单程多次触发起跑引起意外停止，本计时器在两秒之内不会再次触发，从而防止起跑重复识别。计时器运行前，系统提示用户使用2X2键盘输入赛道的长度，右边两个摁键控制输入单位为厘米的赛道长度，上面的为加1厘米，下面的加10厘米；对应左边的摁键上面的是加1米，下面的是加10米。而输入的赛道长度会显示在4位共阳极数码管上，左边的两个单位是米，右边的两个单位是厘米。输入完毕后，通过摁下INTl中断的摁键使计时器进入准备计时状态。如需更改赛道长度值，摁下RESET键即可。起跑识别之后，计时主程序开始运行。4位共阳极数码管显示使用逐位扫描的方法，100分之一秒为最小计数单位，占用两个数码管，然后秒占用另外两个数码管，两个单位制中间用小数点隔开。数码管显示数字需要的显示码采用查表法，根据显示需要的时间值按顺序调用事先在程序之后的编码表。为了利用人眼的视觉暂留效应，需要的扫描显示数字周期小于40ms左右，而本计数器最小计时单位为10ms，程序中显示扫描周期为10ms，所以已经满足要求。而每个IOms周期中需显示4位，所以程序中每2. 5ms计算并显示更新一个数字位，2. 5ms延时使用单片机内部定时器timerl。在小车第二次通过计时点时，数码管输出显示圈速计时时间持续两秒，紧接着显示计算所得的平均速度持续两秒，然后进入计时前等待状态准备重新计时。在宏观上不影响其余功能的前提下信号发生器功能产生20KHz的交流电，通过控制H桥4个三极管开闭来控制电流流向。而本设计的H桥4个三极管分别通过4个IO 口控制，四个IO 口对应的二进制数输出1010并以单片机内部较高优先级的timeO定时器定时的25ns为周期来回取反，从而控制H桥以20KHz为周期改变电流输出方向，输出幅值为 5V的交流信号通过一个100欧姆可调电阻输出到导线连接端口，以便连接跑道中心导线产生电磁组所需寻迹信号。
权利要求1.一种多功能智能车计时器，包括计时点通过信号采集模块、信号显示模块和电源适配器，其特征在于还包括计时与电磁信号发生模块，电源适配器通过稳压芯片分别与计时点通过信号采集模块、计时与电磁信号发生模块及信号显示模块相连；所述的计时点通过信号采集模块包括激光发射管、4自由度手动可调反光镜和激光接收电路，且激光发射管、4 自由度手动可调反光镜和激光接收电路依次相连；所述的计时与电磁信号发生模块包括电压比较芯片、单片机和三极管H桥功率输出电路，且电压比较芯片、单片机和三极管H桥功率输出电路依次相连；信号显示模块又与单片机相连。
2.如权利要求1所述的多功能智能车计时器，其特征在于所述的电压比较芯片为 LM359电压比较芯片。
3.如权利要求1所述的多功能智能车计时器，其特征在于所述的单片机为 STC89C5^C。
4.如权利要求1所述的多功能智能车计时器，其特征在于所述的稳压芯片为7805系列线性稳压芯片。
5.如权利要求1所述的多功能智能车计时器，其特征在于所述的信号显示模块采用4 位共阳极数码管。
专利摘要本实用新型公开了一种多功能智能车计时器，包括计时点通过信号采集模块、信号显示模块和电源适配器，还包括计时与电磁信号发生模块，电源适配器通过稳压芯片分别与计时点通过信号采集模块、计时与电磁信号发生模块及信号显示模块相连；所述的计时点通过信号采集模块包括激光发射管、4自由度手动可调反光镜和激光接收电路，且依次相连；所述的计时与电磁信号发生模块包括电压比较芯片、单片机和三极管H桥功率输出电路，且依次相连；信号显示模块又与单片机相连。本实用新型成本低、使用简单、便于携带，有效实现将计时器同时能够用于智能汽车电磁组调试和比赛单圈计时和电磁信号发生。
文档编号G07C1/24GK201955828SQ20102062226
公开日2011年8月31日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者冷立, 张伟, 李兆凯, 肖媛, 韩毅 申请人:长安大学