基于某单片机的智能小车控制系统论文设计.doc
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1、wordI / 50专科毕业设计专科毕业设计 (论文论文)题题 目目基于单片机智能小车控制系统设计基于单片机智能小车控制系统设计学生学生 _ XXX_XXX_ _班班 级级 XXXXXXXXXXXXXX_学学 号号_XX_XX_ _ 院院 系系_电子工程学院电子工程学院_专专 业业_应用电子技术应用电子技术_ 指导教师指导教师_XXX_XXX_职职 称称_XXX_XXX_二 0XX 年 X 月 XX 日wordI / 50摘要摘要随着计算机、微电子、材料、机械、通信等技术的快速开展,车辆的智能化和机器人的开展速度也越来越快,作为 21 世纪自动化领域非常伟大的成就它已经和人们的生产生活严密的联
2、系在了一起。智能车辆迅速成为世界车辆研究领域的热点和汽车工业新的增长点。所以,智能化的车辆是未来人们生活重要的载体。因此有必要对智能车辆进展研究。研制一种智能,高效的智能小车控制系统具有重要的实际意义和科学理论价值。本系统设计了一个能自动循迹的智能小车控制系统。以 STC89C52 单片机为控制核心,利用红外无线遥控智能小车,利用超声波传感器检测道路上的障碍并提示,利用 LCD1602显示小车的速度和路程。能实现小车自动根据地面实况前进倒退、转向行驶,超声波测距提示障碍物,LCD1602 实时显示小车的速度和行驶的路程,具有高度的智能化,达到设计目标。关键词:智能小车;STC89C52 单片机
3、;超声波传感器;LCD1602THE SMART CAR BASED ON MICROCONTROLLERABSTRACTABSTRACTWith the rapid development of puter, microelectronics, materials, machinery, munication and other technologies, the intelligentization of vehicles and the development of robots are getting faster and faster. As a very great achieve
4、ment in the field of automation in the 21st century, Close ties together. Intelligent vehicles quickly bee the worlds automotive research hot spots and the new growth point of the automotive industry.Therefore, the study of intelligent vehicles are necessary. Therefore, the development of a smart, i
5、ntelligent car control system with high efficiency is of practical significance and scientific important theoretical value. This paper introduces the design of a smart car control system that can automatic tracking.Based on signle-chip microputer AT89C51To achieve infrared wireless remote control sm
6、art car, the use of ultrasonic sensors to detect obstacles on the road and prompted the use of LCD1602 show car wordII / 50speed and distance.The car can realize automatic based on the black line forward regression. Steering,Ultrasonic ranging, prompting obstacles, LCD1602 real-time display of the s
7、peed of the car and drive away, with a high degree of intelligence, achieve the design goal.KeyKey WordsWords:Smart car;AT89C51 MCU;ultrasonic sensor;LCD1602目录摘要ABSTRACT目录第 1 章绪论 11.1课题的背景和意义 11.2课题的研究现状与开展趋势 1第 2 章方案设计与论证 22.1主控系统 22.2电源模块 22.3电机驱动模块 2电机模块选择与论证 2 电机驱动模块选泽与论证 32.4遥控模块 42.5 显示模块 52.6
8、 壁障模块 5第 3 章硬件设计 6总体设计 63.2驱动电路 63.3遥控电路 9显示电路 11避障电路 11wordIII / 503.6 主控电路 13第 4 章软件设计 164.1主程序模块设计 164.1.1 主程序流程图 164.1.2 主程序的设计 174.2电机驱动程序的设计 194.2.1 电机驱动程序流程图 194.2.2 电机驱动程序的设计 .204.3红外遥控程序的设计 21遥控模块流程图 21红外遥控程序的设计 224.4测距壁障模块程序的设计 234.4.1 超声波测距模块流程图 234.4.2 超声波测距模块程序的设计 234.5 显示模块程序的设计 244.5.
9、1 显示模块流程图 244.5.2 显示模块程序的设计 25第 5 章软件仿真 285.1KEIL 软件 285.2PROUES 软件 28第 6 章 实物安装与调试 306.1 器件清单 306.2 结果与分析 306.3 使用指南 31第 7 章 完毕语 32参考文献 33致谢.34wordIV / 50附录一原理图 35附录二源程序 36附录三实物图 45word1 / 50第 1 章 绪论1.1课题的背景和意义智能作为现代社会的新产物,是以后的开展方向,他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作,无需人为管理,便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。本设计主要表现多功能小车的
10、智能模式,设计中的理论方案、分析方法与特色与创新点等可以为自动运输机器人、采矿勘探机器人、家用自动清洁机器人等自动半自动机器人的设计与普与有一定的参考意义。同时小车可以作为玩具的开展对象,为中国玩具市场技术含量的缺乏进展一定的弥补,实现经济收益,形成商业价值。超声波作为智能车避障的一种重要手段,以其避障实现方便,计算简单,易于做到实时控制,测量精度也能达到实用的要求,在未来汽车智能化进程中必将得到广泛应用。我国作为一个世界大国,在高科技领域也必须占据一席之地,未来汽车的智能化是汽车产业开展必然的,在这种情况下研究超声波在智能车避障上的应用具有深远意义,这将对我国未来智能汽车的研究在世界高科技领
11、域占据领先地位具有重要作用。1.2课题的研究现状与开展趋势智能小车的研究、开发和应用涉与传感技术、电气技术、电气控制技术、智能控制等学科,智能控制技术是一门跨科学的综合性技术,当代研究十分活跃,应用日益广泛的领域1。众所周知机器人技术的开展是一个国家高科技水平和工业自动化程度的重要标志和表现。因此目前世界各国都在开展对机器人技术的研究。机器人由于有很高的灵活性、可以帮助人们提高生产率、改良产品质量等优点,在世界各地的生产生活领域得到了广泛的应用2。智能小车正是模仿机器人的一种尝试。它是一种以汽车电子为背景,涵盖多学科的科技创新性设计,现智能小车开展很快,从智能玩具到其它各行业都有实质成果。其根
12、本可实现循迹、避障、检测贴片、寻光入库、避崖等根本功能,这几届的电子设计大赛智能小车又在向声控系统开展。word- 2 - / 50第 2 章 方案设计与论证2.1 主控系统本设计采用 STC89C52 单片机为主控芯片,通过电机驱动电路和超声波发射接收与液晶实时显示小车与障碍物的距离红外遥控设计而成,采用模块化的设计方案。并且运用红外遥控器控制小车的前进,后退,左右转和停止的功能。2.2 电源模块本次设计采用了 7805 芯片,因为 7805 电源芯片的电路简单,实用,并且能够完全满足智能避障小车和单片机控制系统和 L298N直流电机驱动芯片的供电。7805 芯片的实物有 3 个引脚,分别为
13、输入 IN 端、输出 OUT 端和接地 GND 端,一般情况下可以提供1.5A 的电流,如果在散热足够的情况下可以提供 51 单片机主控模块和直流电机驱动等模块的电压。根据 7805 电源芯片的情况再结合电机的工作电压,应当选取了 12V 电源作为7805 的输入电源。2.3 电机驱动模块2.3.1电机模块选择与论证方案一:使用步进电机作为智能小车系统的驱动电机,因为步进电机的转动角度可以准确的定位,这样就可以比拟准确的定位小车的前进距离和位置。但是由于步进电机的输出力矩偏低,并且会随着电机转速的升高而下降,在达到较高的转速时其输出的力矩会急剧下降,因此不适于小车等对速度有着一定要求的系统。经
14、过综合分析比拟决定放弃此方案。word- 3 - / 50方案二:使用直流减速电机作为智能小车系统的驱动电机。直流减速电机的转动力矩比拟大,而且体积较小,重量也很轻,使用方便。另外小车电机部还装有减速齿轮组,所以并不需要去考虑调速的功能,可以很方便的通过单片机来控制直流减速电机的正传、反转、停止操作。综合以上考虑选择方案二的直流减速电机作为整个智能小车的驱动电机。图 2.1 直流减速电机2.3.2电机驱动模块选择与论证方案一:采用继电器对电动机进展控制,通过切换电动机的开关来调整小车的速度。这个方案的优点是电路相比照拟简单,但是它的缺点也比拟多,如:继电器的响应时间偏慢, 寿命较短,容易损坏,
15、可靠性也不是很高。故决定放弃此方案。 方案二:采用专用的电机驱动芯片 L298N 来控制直流减速电机, L298N 芯片如图2-2是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片,一片 L298N 芯片可以分别的控制两个直流减速电机,在 646V 的电压下,可以提供 2A 的额定电流,额定功率 25W,并且具有过热自动关断和电流反响检测功能,安全可靠。该芯片是利用 TTL 电平进展控制的。通过单片机的 IO 口输出上下电平来改变芯片控制端的输入电平,即可以实现对电机进展正转、反转和停止操作。另外为了保证 L298N 的正常工作,我还安装了 8 个续流二极管1N4007。用该芯片作为电机驱动,驱动能力大、操
16、作方便、稳定性好、性能优良。综合以上分析与论证我们选择方案二的驱动芯片 L298N 作为整个智能小车系统的电机驱动电路。word- 4 - / 50图 2.2L298N2.4 遥控模块本设计采用红外遥控来控制信号的传送。选择红外遥控装置作为小车的遥控控制器。红外遥控是通过遥控发射器的编码芯片将按键信息调制成一串0和1的二进制代码,然后通过红外线发出,最后被红外接收装置接收进展解码,再运用单片机对解码后的码信息进展识别,然后再根据不同的码信息进展不同的控制操作9。图 2.3 VS1838 封装word- 5 - / 502.5 显示模块方案一:采用 LED 数码管显示。数码管使用简单,价格低廉,
17、但一个数码管只能显示一个数字,要显示多位数据时要使用多个数码管,这就增加了硬件电路的复杂度和额外功耗,而且 LED 数码管也无法显示字符。由于我们计划要显示小车运行的速度和路程,LED 数码管没方法显示这么多的容,因此考虑其它的方案。方案二:采用 LCD1602 液晶如图显示。LCD1602 液晶具有功耗低,显示容丰富清晰,显示信息量大,显示速度较快,界面友好,使用简单等特点而得到了广泛的应用。并且外围电路也比拟简单,因此我们选择此方案。通过以上方案论述我们选择方案二,显示小车与障碍物距离的任务。图 2.4 LCD1602 液晶显示器2.6 避障模块方案一:用漫反射式光电开关进展避障。光电开关
18、的工作原理是根据光线发射头发出的光束,被物体反射,其接收电路据此做出判断反响,物体对红外光由同步回路选通而检测物体的有无。当有光线反射回来时,输出低电平。当没有光线反射回来时,输出高电平。操作简单但是测量的距离不远。方案二:用超声波传感器进展测距避障。超声波传感器的原理是:超声波由压电陶瓷超声波传感器发出后,遇到障碍物便反射回来,然后再被超声波传感器接收。超声波传感器在避障的设计中被广泛应用。为了使用方便,便于操作和调试,采用集成超声波测距模块 HC-SR04。综合考虑本系统只需要检测障碍物,没有十分复杂的环境。为了使用的方便,便于操作和调试,最终选择了方案二。word- 6 - / 50第
19、3 章 硬件设计3.1 总体设计智能小车采用前轮驱动,前轮左右两边各用一个电机驱动,通过电机驱动芯片 L298N来控制前面两个轮子的转动与停止从而达到控制转向的目的,后轮是拖动轮,起支撑作用。小车距离的检测通过超声波传感器 HC-SR04,将检测到的数据传回单片机进展处理。小车的避障用超声波避障模块 HC-SR04,将其置于车头,检测到障碍物时,小车做出相应的反响。总体设计框图如图 3.1。键盘遥控编码芯片编码调制红外发射系统应答a 遥控局部框图 b 小车局部框图图 3.1 系统总体设计框图3.2 驱动电路电机驱动芯片采用 L298N,是一款承受高压大电流的全桥型直流/步进电压驱动器,如如下图
20、 3.2。STC89C52电机驱动模块数据显示模块红外遥控模块晶振模块超声避障模块word- 7 - / 50图 3.2 电机控制芯片 L298N 的引脚排列其中 L298N 各引脚的编号与功能和部逻辑如下表 3.1 和图 3.3。表 3.1 L298N 引脚编号与功能引脚编号名称功能1电流传感器 A在该引脚和地之间接小阻值电阻可用来检测电流2输出引脚 1置驱动器 A 的输出端 1,接至电机 A3输出引脚 2置驱动器 A 的输出端 2,接至电机 A4电机电源端电机供电输入端,电压可达 46V5输入引脚 1置驱动器 A 的逻辑控制输入端 16使能端 A置驱动器 A 的使能端7输入引脚 2置驱动器
21、 A 的逻辑控制输入端 28逻辑地逻辑地9逻辑电源端逻辑控制电路的电源输入端为 5V10输入引脚 3置驱动器 B 的逻辑控制输入端 111使能端 B置驱动器 B 的使能端12输入引脚 4置驱动器 B 的逻辑控制输入端 213输出引脚 3置驱动器 B 的输出端 1,接至电机 B14输出引脚 4置驱动器 B 的输出端 2,接至电机 B15电流传感器 B在该引脚和地之间接小阻值电阻可用来检测电流word- 8 - / 50图 3.3 L298N 部原理图电机驱动 A/B 的控制逻辑如下表所示。表 3.2 电机驱动 A/B 的控制逻辑输入信号使能端 A/B输入引脚 1/3输入引脚 2/4电机运动方式1
22、10前进101后退111紧急停车100紧急停车0XX自由转动L298N 可直接对电机进展控制,不需要隔离电路。通过单片机的 I/O 输入改芯片控制端的电平,即可以对电机进展正反转,停止的操作,操作非常方便,亦能满足直流减速电机的大电流要求。调试时依照上表,用程序输入对应的码值,即可以实现对应的操作。其驱动电路原理图如如下图 3.4 所示。word- 9 - / 50图 3.4 L298N 驱动原理图3.3 遥控电路红外接收器也叫做一体化红外接收头,其部是由红外监测二极管,放大器,限副器,带通滤波器,积分电路,比拟器等构成的。红外监测二极管接收到红外信号后,会把信号送到放大器和限幅器,限幅器把脉
23、冲幅度控制在一定的水平。交流信号进入带通滤波器,带通滤波器只允许 30khz 到 60khz 的负载波通过,然后脉冲信号再通过解调电路和积分电路进入比拟器,由比拟器输出上下电平信号,复原出发射端的信号波形。但为了提高接收的灵敏度输出的上下电平和发射端是反相的。红外接收头有很多的种类,一般都有电源引脚、信号输出引脚和接地引脚。根据发射端调制载波的不同应选用相应解调频率的接收头,本设计我们采用车载遥控发射器、一体化红外接收头 1838 来解调 HT6221 编码芯片的编码。其实物图如图 3.5 所示:word- 10 - / 50图 3.51 1838 红外接收头图 3.52车载遥控发射器由于红外
24、接收头部放大器也很大的增益,这样很会容易引起干扰,因此在接收头的电源引脚上须加上大小在 22uf 以上的滤波电容。本设计的红外接收电路如图 3.6 所示:图 3.6 红外接收电路图其中U6为1838红外接收头,电容C4为滤波电容,DOUT 是解调信号的输出端,直接与单片机的引脚即INT0中断相连8。 解码的重点是怎样识别位0和位1,由于位0和位1的低电平脉宽一样但高电平脉宽不一样。所以需要根据高电平的宽度区别位0和位1,如果从低电平信号过后延时了以后如果能读到低电平信号说明该位为0反之如此为1,为了可靠起见延时必须介于和之间,否如此如果该位为0读到的已是下一位的高电平,因此我们取其中间值即+/
25、2=。当按下遥控器的按键后,便有红外脉冲编码信号发出,经红外接收头接收解码后在其输出端输出检波整形后的方波信号,然后直接输入至单片机外部中断进展码信息的识别,单片机再调用相应子程序执行对应的操作。word- 11 - / 50显示电路用 LCD1602 来显示数据,LCD 液晶具有功耗低、显示容丰富、清晰,显示信息量大,显示速度较快等特点。其中用滑动变阻器 RV0 来调节显示器的背光亮度。电路原理图如如下图 3.7。图 3.7 显示电路原理图3.5 避障电路设计中采用超声波传感器进展测距避障。超声波传感器的原理是:超声波由压电陶瓷超声波传感器发出后,遇到障碍物便反射回来,然后再被超声波传感器接
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