基于单片机的红外遥控智能小车优秀设计.doc

摘要 伴随计算机、微电子、信息技术快速进步，智能化技术开发速度越来越快，智能度越来越高，应用范围也得到了极大扩展。智能作为现代新发明，是以后发展方向，它能够根据预先设定模式在一个环境里自动运作，不需要人为管理，可应用于科学勘探等用途。智能电动小车就是其中一个表现。设计者能够经过软件编程实现它行进、循迹、停止正确控制和检测数据存放、显示，无需人工干预。所以，智能电动小车含有再编程特征，是机器人一个。本设计采取AT89S52单片机加电机驱动电路和红外遥控及循迹模块还有红外接收一体化传感器设计而成，采取模块化设计方案，利用红外遥控器控制小车前进、后退、左转、右转、开启和停止。关键词：单片机；红外遥控；电机驱动ABSTRACT With the rapid progress of computers, microelectronics, information technology, intelligent technology development speed faster and faster, intelligent increasing range of applications has been greatly expanded. Smart as a modern invention, is the future direction of development, it can be in an environment where automatic operation in accordance with the pre-set pattern, no human management can be applied to scientific exploration and other purposes. Smart electric car is one of expression. Designers can be programmed by software to the road, tracking, stop the precise control and test data storage and display, without human intervention. Therefore, smart electric car has a re-programming features, is a kind of robot.This design uses AT89S52 SCM and the motor drive circuit and the infrared remote control and ultrasonic module infrared receiver integrated sensor design made use of modular design, use the infrared remote control car forward, backward, turn left, turn right, start and stop .Keywords: SCM; infrared remote control; motor drive目 录第一章 绪论11.1 设计背景和意义11.2 智能小车发展现实状况21.3 该设计关键内容和目标4第二章 系统总体方案设计和论证52.1 系统总体方案设计52.2 主控系统52.3 电机驱动模块62.4 循迹模块62.5 显示模块6第三章 系统硬件电路设计73.1 主控模块电路设计73.1.1 AT89S52单片机介绍73.1.2 单片机工作电路113.1.3 时钟电路123.1.4 复位电路123.2 红外遥控模块电路设计143.2.1 红外遥控实现原理143.2.2 红外发射器153.2.3 红外接收器163.3 电机驱动模块电路设计173.4 循迹模块电路设计183.5 显示模块电路设计19第四章 系统软件设计214.1 主程序214.2 LCD显示程序24第五章 总结和展望29致 谢30参考文件30附录一 系统硬件电路图32附录二 PCB33附录三 程序33附录四 元件清单38第一章 绪论1.1 设计背景和意义 自第一台工业机器人诞生以来，机器人发展已经遍布机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。多年来机器人智能水平不停提升，而且快速地改变着大家生活方法。大家在不停探讨、改造、认识自然过程中，制造能替换人劳动机器一直是人类梦想。伴随计算机、微电子、信息技术快速进步，智能化技术开发速度越来越快,，智能度越来越高，应用范围也得到了极大扩展。在海洋开发、宇宙探测、工农业生产、军事、社会服务、娱乐等各个领域。智能电动小车系统以迅猛发展汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科。关键由路径识别、角度控制及车速控制等功效模块组成。同时，当今机器人技术发展如火如荼，其应用在国防等众多领域得到广泛开展。神五、神六升天、无人飞船等等无不得益于机器人技术快速发展。部分发达国家已把机器人制作比赛作为创新教育战略性手段。如日本每十二个月全部要举行诸如“NHK杯大学生机器人大赛”、“全日本机器人相扑大会”、“机器人足球赛”等多种类型机器人制作比赛，参与者多数为学生，目标在于经过大赛全方面培养学生动手能力、发明能力、合作能力和进取精神，同时也普及智能机器人知识。从某种意义上来说,机器人技术反应了一个国家综合技术实力高低,而智能电动小车是机器人雏形,它控制系统研制将有利于推进智能机器人控制系统发展，同时为智能机器人研制提供更有利手段。人类研究活动已摆脱了地球生物圈束缚而广泛地进入外层空间和海洋深处。对月球和太阳系其它行星探测，对太阳系以外宇宙进行考察，对数千米以下海底研究，全部是现在单靠人力所不能及。自动控制系统正在替换大家完成这些任务。在战场上军事活动中，在恶劣环境条件下生产劳动中，凡不宜由人直接负担任务，均可由自动控制系统替换，如智能小车能够适应不一样环境，不受温度、湿度等条件影响，完成危险地段、人类无法介入等特殊情况下任务。高科技自动控制系统及装置已日益成为现代社会活动中离不开自动智能设备。1.2 智能小车发展现实状况美国物流学会自动引导车系统产品部把自动引导车（Automated Guided Vehicle，以下简称AGV）定义为装有电磁或光学自动引导装置运输车。该AGV能够沿要求引导路径行驶，并配置有AGV编程和停车选择装置，安全保护和其它系统所需要特殊功效装置。自动引导车是计算机技术，自动控制技术，管理技术，加工制造技术等多学科技术综合。世界上第一台AGV是由美国Barrett电子企业于20世纪50年代开发成功，它是一个牵引式小车系统，小车跟随一条钢丝引导路径行驶，并含有一个以真空管技术为基础控制器。智能小车项目已经成为一个当今世界热门研究题目，在国外高中关键智能小车研究有以下多个最具代表性：大谷机器人ASURO世界最具影响力三大教育机器人教材生产厂家之一，ASURO被评为美国中学生暑期电子课作业指定教材。风靡欧洲教育界ASURO和两足机器人，用是无偿AVR软件，能够把电脑上C语言原程序转换成机器人能够识别16进制代码，经过和电脑相连接红外发射板，能够无限把机器人能够识别16进制代码发射到产品上面，就会展示新动作，以实现可反复编程，发射不一样程序，可实现不一样功效，如线性追踪，自动寻迹，追踪光源，设定路线转弯，电脑遥控，唱歌，机器人走迷宫，感应人身体后可后退等动作对ASURO来说，轻而易举。韩国飞思卡尔智能车大赛，早在就由韩国汉阳大学举行，面向韩国各个大学。韩国汉阳大学汽车控制试验室在飞思卡尔半导体企业资助下举行以HCSI2单片机为关键大学生课外科技竞赛。组委会提供一个标准汽车模型、直流电机和可充电式电池，参赛队伍要制作一个能够自主识别路径智能车，在专门设计跑到上自动识别道路行驶，谁最快跑完全程而没有冲出跑道而且技术汇报评分较高，谁就是获胜者。其设计内容涵盖了控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械、能源等多个学科知识，对学生知识融合和实践动手能力培养，含有良好推进作用、IEEE国际标准电脑鼠走迷宫竞赛所谓“电脑鼠”，英文名叫做MicroMouse，是使用嵌入式微控制器、传感器和几点运动部件组成一个智能行走装置俗称。它能够在迷宫中自动搜索迷宫，记忆迷宫地图，智能分析选择路径，最终以最快时间完成比赛。迷宫地图是在竞赛开始前几分钟随机设置，所以竞赛难度较大。国际电工和电子工程学会（IEEE）每十二个月全部要举行一次国际性电脑鼠走迷宫竞赛，自举行以来参与踊跃。1972年美机械杂志提议比赛，最初电脑鼠是机械，由弹簧驱动。1977年IEEE Spectrum杂志提出电脑鼠概念：电脑鼠是一个小型由微处理器控制机器人车辆，在复杂迷宫中含有译码和导航功效。真正到场电脑鼠迷宫竞赛于1979年于纽约举行，1991年以来，每十二个月全部有世界级比赛。中国AGV发展历史较短。北京起重运输机械研究所、中国邮政科学研究计划院、中国科学院沈阳自动化所、大连组合机床研究所、清华大学、国防科技大学和华东工学院全部在进行不一样类型AGV研制并小批量投入生产。1975年北京起重运输机械研究所完成中国第一台电磁引导定点通信AGV，1989年北京邮政科学研究计划院完成中国第一台双向无线电通信AGV，该院已能进行AGV批量生产。沈阳自动化所在AGV技术方面已取得了多项研究开发结果和专利，处理了AGV车体设计、控制、导航和高度管理等一系列关键技术问题，成为中国唯一能够提供自主品牌AGV产品单位。AGV自动导航车系统是伴伴随柔性装配系统、计算机集成制造系统和自动化立体仓库产业发展起来，是物流系统中革命性换代产品。为一个高效物流输送设备和工厂自动化理想手段，伴随经济发展，在中国AGV领域必将越来越大。这几年，智能小车研究是中国高校大学生热点研究项目。，“飞思卡尔”杯智能车大赛登陆中国，经过教育部同意，由飞思卡尔半导体企业赞助，由清华大学协办，在清华大学举行了第一届“飞思卡尔”杯智能车大赛。去年则是第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车带赛，和往届不一样，第五届智能车竞赛新增加了电磁组竞赛单元，参赛者需要用电磁器件替换传统光电和CCD，经过电磁感应来警醒赛道信息获取渠道，以此控制智能车在赛道上行驶。IEEE国际标准电脑鼠走迷宫竞赛，9月开始在广州周立功单片机发展赞助下，中国嵌入式系统学会组织上海市、江苏省、浙江省30多所高校连续举行了两次联赛。全国“电脑鼠标走迷宫”总决赛于11月8日在北京航空航天大学举行。1.3 该设计关键内容和目标该红外遥控智能小车能够分为四大组成部分：红外遥控部分、传感器检测部分、实施部分、CPU。智能小车要实现循迹识别路线，选择正确行进路线。该设计关键经过对系统硬件电路设计，软件设计和程序编写，然后经过后期软硬件调试达成设计初衷。伴随汽车工业快速发展，相关汽车研究也就越来越受人关注。全国电子竞赛和省内电子竞赛几乎每次全部有智能小车这方面题目，全国各高校也全部很重视该题目标研究，常常举行这类比赛来培养学生对综合知识应用能力。第二章 系统总体方案设计和论证2.1 系统总体方案设计 该系统以AT89S52单片机为关键控制电路，采取模块化设计方案，利用红外遥控器替换开关按键控制小开启和停止，能够轻松自如实现小车开启停止、左转、右转和前进后退等功效，假如我们期望小车运行到黑线上来检测是否有循迹功效，就能够用遥控器控制小车行驶到有黑线地方，当小车碰到有黑线时，会自动开启循迹功效模块，让小车沿黑线跑。每个模块全部是相互独立又相互协调配合，实现了小车智能控制。系统控制框图图2-1所表示： AT89S52红外遥控模块红外接收模块电机驱动模块循迹模块显示模块图2-1 系统控制框图2.2 主控系统 采取单片机作为整个系统关键，用其控制行进中小车，以实现其既定性能指标。充足分析我们系统，其关键在于实现小车自动控制，而在这一点上，单片机就显现出来它优势控制简单、方便、快捷。这么一来，单片机就能够充足发挥其资源丰富、有较为强大控制功效及可位寻址操作功效、价格低廉等优点。所以，这种方案是一个较为理想方案。针对本设计特点多开关量输入复杂程序控制系统，需要擅优点理多开关量标准单片机，而不能用精简I/O口和程序存放器小体积单片机，D/A、A/D 功效也无须选择。依据这些分析，我选定了AT89S52 单片机作为本设计主控装置。2.3 电机驱动模块 采取功率三极管作为功率放大器输出控制直流电机。线性型驱动电路结构和原理简单，加速能力强，采取由达林顿管组成H型桥式电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调开关状态下，正确调整电动机转速。这种电路因为工作在管子饱和截止模式下，效率很高，H型桥式电路确保了简单实现转速和方向控制，电子管开关速度很快，稳定性也极强，是一个广泛采取PWM 调速技术。现市面上有很多此种芯片，所以选择L298。这种调速方法有调速特征优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频繁负载冲击，还能够实现频繁无级快速开启、制动和反转等优点。2.4 循迹模块 采取两只红外对管，分别置于小车车身左右两侧，依据两只光电开关接收到白线和黑线情况来控制小车转一直调整车向，合理安装好两只光电开关位置就能够很好实现循迹功效。2.5 显示模块常见数码显示器件关键有LED数码显示器和LCD液晶显示器。LCD显示器含有低功耗、散热小、浅薄轻巧、显示锐利、屏幕调整方便等特点，同时又是现在市场主流产品，价格较以往也有大幅下降。常见有12864和1602考虑到价格和实用性最终选择了1602液晶屏，既能够满足产品需要价格也相对低廉。第三章 系统硬件电路设计3.1 主控模块电路设计3.1.1 AT89S52单片机介绍 AT89S52 是一个低功耗、高性能CMOS8位微控制器，含有8K在系统可编程Flash存放器。使用Atmel企业高密度非易失性存放器技术制造，和工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash许可程序存放器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效处理方案。下图为AT89S52引脚图。 图3-1 AT89S52引脚图 （1）关键特征：和MCS-51 兼容 8K字节可编程闪烁存放器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：全静态工作：0Hz-24MHz三级程序存放器锁定256*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中止源 可编程串行通道低功耗闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 （2）管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存放器，它能够被定义为数据/地址第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必需被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是因为内部上拉缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并所以作为输入时，P2口管脚被外部拉低，将输出电流。这是因为内部上拉缘故。P2口当用于外部程序存放器或16位地址外部数据存放器进行存取时，P2口输出地址高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存放器进行读写时，P2口输出其特殊功效寄存器内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，因为外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是因为上拉缘故。 P3口也可作为AT89S52部分特殊功效口，以下表3-1所表示： 表3-1 特殊功效引脚对照表引脚号特殊功效P3.0RXD 串行通信输入P3.1TXD 串行通信输出P3.2INT0 外部中止0 输入，低电平有效P3.3INT1 外部中止1 输入，低电平有效P3.4T0 计数器0 外部事件计数输入端P3.5T1 计数器1 外部事件计数输入端P3.6WR 外部随机存放器写选通，低电平有效P3.7RD 外部随机存放器读选通，低电平有效P3口同时为闪烁编程和编程校验接收部分控制信号。RST：AT89S52 复位信号输入引脚，高电位工作，当要对芯片复位时，只要将此引脚电位提升到高电位，并连续两个机器周期以上时间，AT89S52 便能完成系统复位各项工作，使得内部特殊功效寄存器内容均被设成已知状态。ALE/PROG：当访问外部存放器时，地址锁存许可输出电平用于锁存地址地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率1/6。所以它可用作对外部输出脉冲或用于定时目标。然而要注意是：每当用作外部数据存放器时，将跳过一个ALE脉冲。如想严禁ALE输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在实施MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。假如微处理器在外部实施状态ALE严禁，置位无效。PSEN：外部程序存放器选通信号。在由外部程序存放器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存放器时，这两次有效/PSEN信号将不出现。EA/VPP：该引脚为低电平时，则读取外部程序代码 (存于外部EPROM 中)来实施程序。所以在8031中，EA引脚必需接低电位，因为其内部无程序存放器空间。假如是使用AT89S52或其它内部有程序空间单片机时，此引脚接成高电平使程序运行时访问内部程序存放器，当程序指针PC值超出片内程序存放器地址(如8051/8751/89C51PC超出0FFFH)时，将自动转向外部程序存放器继续运行。另外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM、89C51内部FALSH时，能够利用此引脚来输入提供编程电压（8751为2lV、AT89S52为12V、8051是由生产厂方一次性加工好)。XTAL1：接外部晶振一个引脚。在单片机内部，它是一反相放大器输入端，这个放大器组成了片内振荡器。它采取外部振荡器时，此引脚应接地。XTAL2：接外部晶振一个引脚。在片内接至振荡器反相放大器输出端和内部时钟发生器输入端。当采取外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号输入。（3）振荡器特征：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器输入和输出。该反向放大器能够配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采取。如采取外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要经过一个二分频触发器，所以对外部时钟信号脉宽无任何要求，但必需确保脉冲高低电平要求宽度。 （4）芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位电擦除可经过正确控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存放字节被反复编程以前，该操作必需被实施。另外，AT89S52设有稳态逻辑，能够在低到零频率条件下静态逻辑，支持两种软件可选掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中止系统仍在工作。在掉电模式下，保留RAM内容而且冻结振荡器，严禁所用其它芯片功效，直到下一个硬件复位为止。 3.1.2 单片机工作电路AT89S52单片机有8KBFlash ROM(闪存)作为内部程序存放器(ROM)，所以用这种芯片组成最小应用系统简单、可靠。用AT89S52单片机组成最小应用系统时，只需将单片机接上时钟电路和复位电路即可。该最小应用系统含有以下特点：（1）有可供用户使用大量I/O线。P0、Pl、P2、P3全部可作为用户I/O口用，因为没有外部存放器扩展EA应接高电平。（2）内部存放器容量有限只有8KB地址空间。当内部程序存放器不够用时。就需要扩展外部程序存放器。AT89S52单片机内部ROM容量有限，AT89S52单片机I/O口数量和功效很有限。但在本电路不需要太多I/O口。且内部程序存放器也够用，所以不用扩展外部数据存放器和外部接口芯片。其电路图图3-2所表示：图3-2 单片机最小系统3.1.3 时钟电路时钟电路就是产生像时钟一样正确振荡电路。AT89S52内部有一个用于组成片内振荡器高增益反相放大器，振荡器产生信号送到CPU，作为CPU时钟信号驱动CPU产生实施指令功效机器周期。引脚XTAL1和XTAL2是此放大器输入端和输出端。这个放大器和作为反馈元件片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可组成一个自激振荡器。时钟电路连接图3-3所表示：图3-3 时钟电路 图中外接石英晶体（或陶瓷谐振器）和电容C1和C2组成并联谐振电路，接在放大器反馈回路中。对外接电容C1和C2值即使没有严格要求，但电容大小多，会影响振荡器频率高低、振荡器稳定性、起振圈内部振荡器接法快速性和温度稳定性。外接石英晶体时，C1和C2通常取（30pF10pF）；外接陶瓷谐振器时。C1和C2通常取（40pF10pF）。外接是石英晶体，所以C1、C2选择标称值30pF。3.1.4 复位电路单片机复位是使CPU和系统中其它功效部件全部处于一个确定初始状态。并从这个状态开始工作。不管是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或发生故障后全部要复位。89系列单片机复位信号是从RST引脚输入到芯片施密特触发器中。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后。假如RST引脚有高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)则CPU就可响应而且将系统复位。复位电路由两部分组成，电容和电阻。当系统通电时VCC 上电压从无到有在RESET处会先处于高电平一段时间，然后因为该点经过电阻接地则RESET该点电平会逐步改变为低电平，从而使得单片机复位口电平从1到0，达成给单片机复位功效。上电复位：上电瞬间，电容充电电流最大，电容相当于短路，RST端为高电平，自动复位；电容两端电压达成电源电压时，电容充电电流为零，电容相当于开路，RST端为低电平，程序正常运行。手动复位：首先经过上电复位，当按下按键时，RST直接和VCC相连，为高电平形成复位，同时电解电容被短路放电；按键松开时，VCC对电容充电，充电电流在电阻上，RST仍然为高电平，仍然是复位，充电完成后，电容相当于开路，RST为低电平，正常工作。单片机复位电路图图3-4所表示：3.2 红外遥控模块电路设计3.2.1 红外遥控实现原理红外遥控实现关键是怎样用程序去分析位0和位1。位0和位1所不一样之处就是在高电平脉冲后低电平脉宽不一样，采取脉宽调制串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms组合表示二进制“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms组合表示二进制“1”。 解码关键也是怎样识别“0”和“1”，从位定义我们能够发觉“0”、“1”均以0.56ms低电平开始，不一样是高电平宽度不一样，“0”为0.56ms,“1”为1.68ms,所以必需依据高电平宽度区分“0”和“1”。假如从0.56ms低电平过后，开始延时，0.56ms以后，若读到电平为低，说明该位为“0”，反之则为“1”，为了可靠起见，延时必需比0.56ms长些，但又不能超出1.12ms,不然假如该位为“0”，读到已是下一位高电平，所以取（1.12ms+0.56ms）/2=0.84ms最为可靠，通常取0.84ms左右均可。 依据码格式，应该等候9ms起始码和4.5ms结束码完成后才能读码。红外遥控系统关键分为调制、发射和接收三部分。红外遥控芯片将红外码调制成适宜脉冲信号经红外发射二极管发射红外编码后由红外接收器把接收到信号处理后输出给单片机。红外遥控步骤图图3-5所表示。键盘编码调制LED光/电放大解调解码遥控接收器图3-5 红外遥控系统框图遥控发射器红外线遥控是现在使用最广泛一个通信和遥控手段。因为红外线遥控装置含有体积小、功耗低、功效强、成本低等特点，所以，继彩电、录像机以后，在录音机、音响设备、空凋机和玩具等其它小型电器装置上也纷纷采取红外线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采取红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。3.2.2 红外发射器 该电路关键控制器件为遥控器芯片HT6221。HT6221是Holtek企业生产多功效编码芯片，采取PPM（Pulse Position Modulation）进行编码，1.12ms为0，2.24ms为1。 HT6221能编码16位地址码和8位数据码，最多能同时支持32个开关键。HT6221键码形成：当一个键按下超出36ms，振荡器使芯片激活，假如这个按键按下且延迟大约108ms，这108ms发射代码由一个起始码（9ms），一个结果码（4.5ms），低8位地址码（9ms18ms），高8位地址码（9ms18ms），8位数据码（9ms18ms）和这个8位数据码反码（9ms18ms）组成，假如按键按下超出108ms仍未松开，接下来发射代码将仅由起始码（9ms）和结束码（2.5ms）组成。根据下图接法，K1K8数据码分别为：0x00，0x01，0x02，0x04，0x05，0x06，0x07。红外遥控发射器电路图图3-6所表示。HT6221将红外码调制成38KHZ脉冲信号经过红外发射二极管发出红外编码。图3-6中D1是红外发射二极管，D2是按键指示灯，当有按键按下时D2点亮。各个开关功效分别为：K1停止；K2右转；K3左转；K4开启；K5加速；K6循迹；K7制动；K8后退。图3-6 遥控发射器电路原理图3.2.3 红外接收器 红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中，成为一体化红外接收头。内部电路包含红外监测二极管，放大器，限幅器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外监测二极管监测到红外信号，然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定水平，而不管红外发射器和接收器距离远近。交流 信号进入带通滤波器，带通滤波器能够经过30KHZ到60KHZ负载波，经过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出高低电平，还原出发射端信号波形。注意输出高低电平和发射端是反相，这么目标是为了提升接收灵敏度。该模块使用红外接收头1838，有三个引脚，包含供电脚，接地和信号输出脚。其电路图3-7所表示。瓷片电容104为去耦电容，滤除输出信号干扰。1端是解调信号输出端，直接和单片机P3.2口相连。有红外编码信号发射时，经红外接头处理后，输出为检波整形后方波信号，并直接提供给单片机，实施对应操作来达成控制电机目标。图3-7 红外接收硬件图3.3 电机驱动模块电路设计该模块关键芯片L298，其能够同时控制两个电机正反转，和改变电机转速，足以满足设计要求。L298是SGS企业产品，比较常见是15脚Multiwatt封装L298，内部一样包含4通道逻辑驱动电路。能够方便驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298芯片是一个高压、大电流双全桥式驱动器。其中SENSEA、SENSEB分别为两个H桥电流反馈脚，不用时能够直接接地。VCC，VS是接电源引脚，电压范围分别是4.57V、2.546V，设计中VCC端和单片机电源端共用5V工作电源，VS端接12V电源。ENA，ENB为使能端，低电平严禁输出。IN1，IN2，IN3，IN4为数据输入引脚，分别于单片机P1.0、P1.1、P1.2、P1.3连接，从单片机内输入控制信号。OUT1，OUT2、OUT3，OUT4为数据输出引脚，分别接电动机MG1和MG2。经过调整IN1，IN2，IN3，IN4之间输入高低电平改变来实现电动机MG1和MG2正反转动，从而实现小车前进、后退、左转和右转等功效。当IN1输入低电平时，电机MG1正转；当IN2输入低电平时，电机MG1反转；当IN3输入低电平时，电机MG2正转；当IN4输入低电平时，电机MG2反转。高电平输入时，电机不工作。D1D8是保护二极管（IN5819），用于释放掉电机紧急制动停车时产生反向尖峰电势，起到保护L298不被损坏作用。电机驱动模块电路图图3-8所表示：图3-8 电机驱动电路原理图 3.4 循迹模块电路设计为了确保小车沿黑线行驶，在前部左右两侧安装两对TCRT5000红外对管。在小车行走过程中，若向左方向偏离黑线，则右侧探头就会检测到黑线，把信号传送到单片机。进行处理校正。控制其向右转，反之，向左转。黑线检测原理是利用红外线在黑线和白纸对光反射系数不一样特点，在小车在行驶过程中不停向地面发射红外光，依据接收到反射光强弱来判定是否是黑线。利用这个原理，能够控制小车行走路迹。当红外发射管发射红外光线到路面，红外光线碰到白色线则反射，接收管收到反射光，光敏三极管导通，经施密特触发器整形后输出低电平，而红外光线碰到黑色线时会被吸收，接收管接收不到反射光线。光敏三极管截止，经施密特触发器整形后输出高电平，这就实现了经过红外检测功效功效。将检测到信号送到单片机进行分析处理。然后将处理后结果发送到电机驱动模块，进行校正，从而确保小车能沿着黑线行驶。 循迹模块电路图电路图3-9所表示。图中施密特触发器DM74LS14是一个特殊门电路。它是一个阈值开关电路，含有突变输入输出特征门电路。这种电路被设计成阻止输入电压出现微小改变（低于某一阈值）而引发输出电压改变。施密特触发器采取电位触发方法，其状态由输入信号电位维持特征确保了低高电平输出稳定性。图3-9 系统循迹电路原理图3.5 显示模块电路设计本系统采取14脚1602型号LCD显示器（无背光14脚，有背光16脚）。其电路原理图图3-10所表示，图中RP1是9个插针作为排阻封装上拉电阻，关键是对器件1602注入电流，把不确定信号经过电路钳位在高电平，同时也起到限流作用。1602LCD显示器D0D8分别接在单片机P0口，RS引脚高电平输入时输入数据，低电平输入时输入指令，接在单片机p2.0口。RW引脚低电平输入时向LCD写入指令或数据，高电平输入时从LCD读取信息，接在单片机P2.1口。E引脚使能信号，高电平输入时读取信息，高电平向低电平转换时实施指令，接在单片机P2.2口。图3-10 系统显示电路第四章 系统软件设计4.1 主程序 主程序是个死循环，程序开启后，开始检测黑白线，假如左右两侧全部检测到黑线，则控制小车前进；假如左边检测到黑线，右边检测到白线，则控制小车左转；假如右边检测到黑线，左边检测到白线测控制小车右转；假如左右两边全部检测到白线则后退。 设小车左右两侧红外对管分别为1和2，则系统主程序步骤图图4-1所表示。开启1、2遇黑线N1遇白线2遇黑线1遇黑线2遇白线左转右转1遇白线2遇白线前进NNNYYYY驱动模块模块后退循迹模块图4-1 主程序步骤图 主程序编写步骤： 1. 定义头文件，如#include ； 2. 对单片机引脚进行定义，定义方法如：sbit rs=P20;； 3. 对程序所用变量进行定义，如unsigned int i;可赋值； 4. 当单片机接收到电机驱动信号时，依据所需功效程序设计以下： while(1) if(KEY1=0) /左右电机反转函数 IN1 = 0; /右电机反转函数 IN2 = 1; IN3 = 0; /左电机反转函数 IN4 = 1; if(KEY2=0) /左右电机正转函数 IN1=1; /右电机正转函数 IN2=0; IN3=1; /左电机正转函数 IN4=0; if(KEY3=0) /左转函数 IN1=1; / 右电机正转函数 IN2=0; IN3=1; /左电机停止函数 IN4=1; if(KEY4=0) / 右转函数 IN1=1; /右电机停止函数 IN2=1; IN3=1; /左电机正转函数 IN4=0; if(KEY5=0) /停止函数 IN1=1; /右电机停止函数 IN2=1; IN3=1; /左电机停止函数 IN4=1; IN1和IN2分别控制小车右边电机正反转，IN3和IN4分别控制左边电机正反转。经过左右电机正反转配合实施，控制小车前进、后退、左右转和停止。当IN1=1，IN2=0，IN3=1，IN4=0时，小车前进；当IN1=0，IN2=1，IN3=0，IN4=1时，小车后退；当IN1=1，IN2=0，IN3=1，IN4=1时，小车向左转；当IN1=1,IN2=1，IN3=1，IN4=0时，小车向右转；当IN1=1，IN2=1，IN3=1，IN4=1时，小车停止。4.2 LCD显示程序 显示程序步骤图图4.2所表示：显示内容清屏LCD初始化开始图4-2 LCD显示步骤图LCD显示程序编写：（一） 对头文件，引脚和所需变量定义