基于单片机的智能小车设计样本.doc

湖北轻工职业技术学院单片机实训汇报题目：基于STC89C52智能小车设计姓名：刘 加 象学号：0302113专业：电子信息工程技术指导老师：何 伶 俐日期：-01-06信息工程系电信教研室目 录引言2一 整体方案设计31.1整体方案设计思绪31.2整体方案步骤图3二 智能小车系统概况32.1恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N32.2直流电机介绍42.3显示模块综合概括6三 模块方案比较和论证：83.1电机模块选择83.2电机驱动模块选择83.3控制器模块选择8四 系统硬件电路设计104.1显示模块设计104.2直流电机驱动模块11五 软件简单介绍135.1Keil介绍135.2protues介绍135.3STC_ISP_V483介绍14六 结论17七 致谢17参考文件18附录一：实物图19图1实物图19图2实物图20附录二：总程序20 引言随科学技术进步，智能化和自动化技术越来越普及，也广泛应用于机器人玩具制造领域，使智能机器人越来越多样化。智能机器人是一个多个高新技术集成体，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等很多学科知识，包含到当今很多前沿领域技术。而伴随社会不停发展，智能设备不停出现，无线遥控利用也越来越广泛。无线遥控器因为控制距离远，抗干扰性强，已越来越多出现在生活各个方面。本文使用了一款通用无线遥控电路，基于STC89C52作为控制关键，采取专用编码解码电路，因为其体积小、功效强大，所以可很方便移植到遥控机器人、遥控小车上等，并实现远距离控制。在早期，遥控小车并不少见，但大多产品制造简单，实现功效少，往往只有部分简单功效，比如左转右转，前进后退等，大多采取红外控制，外加部分复杂电路组合而成。遥控小车使用者针正确是小孩子，但粗笨设备和昂贵价格往往让很多小孩甜美梦想落空。在现在，用单片机进行无线遥控小车方案，利用较少外设实现了基础功效。其较强抗干扰性使得该遥控器含有很好通用性其功效也日趋完善。其中包含防撞防爆系统和基础方向控制，另外在行进中能够尽享柔美音乐，看漂亮灯光随音律而闪烁，让孩子玩得更快乐！另外，电路简化，材料降低使得价格也降低了不少，真是物美价廉，能够为孩子童年再添部分笑语。一 整体方案设计1.1整体方案设计思绪 利用红外线传感器发射和接收信号模块来控制单片机，让单片机翻译传输指令，从而实现对应功效。具体过程以下：四路红外传感器，每一路发射一个信号，检测接收到信号，若出现高电平，则说明该方向前方有障碍物，则单片机控制电机正转和反转，从而实现绕开障碍物继续前行。同时还增加一个无线发射和无线接收模块控制单片机，让单片机翻译传输指令，从而实现对应功效。无线发射模块发出指令，无线接收模块接收信号后，传输给单片机，单片机翻译接收到信号后，传输给驱动电路驱动电机旋转，从而实现让小车前进、后退、左转和右转。1.2整体方案步骤图 基于单片机STC89C52整体设计智能小车，依据原来设计思绪上画出了相对应步骤路，因为是整体结构图，就只是画出了大致结构步骤，而细节将在后面做出介绍。图1整体方案步骤图二 智能小车系统概况2.1恒压恒流桥式2A驱动芯片L298NL298是SGS企业产品，比较常见是15脚Multiwatt封装L298N，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。L298N芯片能够驱动两个二相电机，也能够驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，能够直接经过电源来调整输出电压；能够直接用单片机IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。L298N可接收标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接457 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为2546 V。输出电流可达25A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管发射极分别单独引出方便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本试验装置我们选择驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机正反转。EnA，EnB连接控制使能端，控制电机停转。表1是L298N功效逻辑图。 In3，In4逻辑图和表1相同。由表1可知EnA为低电平时，输入电平对电机控制起作用，当EnA为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。等。图2单片机利用L298控制电机原理图15脚是输出电流反馈引脚，其它和L298相同。在通常使用中这两个引脚也能够直接接地。上图是其和51单片机连接电路图2.2直流电机介绍2.2.1直流电机应用电动机简称电机，是使机械能和电能相互转换机械，直流电机把直流电能变为机械能。作为机电实施元部件，直流电机内部有一个闭合主磁路。主磁通在主磁路中流动，同时和两个电路交联，其中一个电路是用以产生磁通，称为激磁电路；另一个电路是用来传输功率，称为功率回路或电驱回路。现行直流电机全部是旋转电驱式，也就是说，激磁绕组及其所包围铁芯组成磁极为定子，带换向单元电驱绕组和电驱铁芯结合组成直流电机转子。直流电机有以下4方面优点：1) 调速范围广，且易于平滑调整。2) 过载、开启、制动转矩大。3) 易于控制，可靠性高。4) 调速时能量损耗较小。所以，在调速要求高场所，如轧钢机、轮船推进器、电机、电气铁道牵引、高炉送料、造纸、纺织、拖动、吊车、挖掘机械、卷扬机拖动等方面，直流电机均得到广泛应用。2.2.2直流电机基础工作原理直流电机工作原理：当电刷A,B接在电压为U直流电源上时，若电刷A是正电位，B是负电位，在N极范围内导体ab中电流是从a流向b，在S极范围内导体cd中电流是从c流向d。载流导体在磁场中要受到电磁力作用，所以ab和cd两导体全部受到电磁力作用。依据磁场方向和导体中电流方向，利用电机左手定则判定，ab边受力方向是向左，而cd边则是向右。因为磁场是均匀，导体中流过又是相同电流，所以ab边和cd边所受电磁力大小相等。这么，线圈上就受到了电磁力作用而按逆时针转动。当线圈转到磁极中性面上时，线圈中电流等于零，电磁力等于零，不过因为惯性作用，线圈继续转动。线圈转过半周以后，即使ab和cd位置调换了，ab边转到S极范围内，cd边转到N极范围内，不过因为换向片和电刷作用，转到N极下cd边中电流方向也变了，是从d流向c，在s极下ab边中电流则是从b流向a。所以电磁力方向仍然不变，线圈仍然受力按逆时针方向转动。可见，分别处于N,S极范围内导体中电流方向总是不变，所以线圈两个边受力方向也不变，这么线圈就能够根据受力方向不停地旋转，经过齿轮或皮带等机构传动，便能够带动其它机械工作。从以上分析能够看到，要使线圈根据一定方向旋转，关键问题是当导体从一个磁极范围转到另一个异性磁极范围时（也就是导体经过中性面后），导体中电流方向也要同时改变，换向器和电刷就是完成这一任务装置。在直流电机中，换向器和电刷把输入直流电变为线圈中交流电。可见，换向器和电刷是直流电机中不可缺乏关键部件。当然，在实际直流电机中，不只有一个线圈，而是有很多线圈牢靠地嵌在转子铁芯槽中，当导体中经过电流在磁场中因受力而转动时，就带动整个转子旋转，这就是直流电机基础工作原理。2.2.3直流电机参数转矩-电机得以旋转力矩，单位为m或Nm。转矩系数-电机所产生转矩百分比系数，通常表示每安培电驱电流所产生转矩大小。摩擦转矩-电刷、轴承、换向单元等因摩擦而引发转矩损失。开启转矩-电机开启时所产生旋转力矩。转速-电机旋转速度，工程单位为r/min，即转每分。在国际单位制中为rad/s，即弧度每秒。电枢电阻-电枢内部电阻，在有刷电机里通常包含电刷和换向器之间接触电阻，因为电阻中流过电流时会发烧，所以总期望电枢电阻尽可能小。电枢电感-因为电枢绕组由金属线圈组成，肯定存在电感，从改善电机运行性能角度来说，电枢电感越小越好。电气时间常数-电枢电流从零开始达成稳定值63.2%时所经历时间。测定电气时间常数时，电机应处于堵转状态并施加阶跃性质驱动电压。工程上，常常利用电动机转子转动惯量J、电枢电阻Ra、电机反电动势系数Ke和转矩系数Kt求出机械时间常数：1-1转动惯量-含有质量物体维持其固有运动状态一个性质。反电动势系数-电机旋转时，电枢绕组内部切割磁力线所感应电动势相对于转速百分比系数，也称发电系数或感应电动势系数。功率密度-电机每单位质量所能取得输出功率值。功率密度越大，电机有效材料利用率就越高。转子-rotor；定子-stator；电枢-armature；励磁-excitation。2.3显示模块综合概括显示模块包含：LCD1602,温度传感器DS18B20,时钟芯片DS1302三个部分组成。2.3.1LCD1602介绍1602B能够显示2行16个字符，有8位数据总线D0-D7，和RS、R/W、EN三个控制端口，工作电压为5V，而且带有字符对比度调整和背光。该模块也能够只用D4-D7作为四位数据分两次传送。这么话能够节省MCUI/O口资源。1602B引脚说明以下：表2.3 LCD液晶显示器各引脚功效及结构编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2双向数据口2VDD电源正极10D3双向数据口3VL对比度调整11D4双向数据口4RS数据/命令选择12D5双向数据口5R/W读/写选择13D6双向数据口6E模块使能端14D7双向数据口7D0双向数据口15BLK背光源地8D1双向数据口16BLA背光源正极注意事项：从该模块正面看，引脚排列从右向左为：15脚、16脚，然后才是114脚(线路板上已经标明):VDD：电源正极，4.55.5V，通常使用5V电压；VL：LCD对比度调整端，电压调整范围为05V。接电源正极时对比度最弱，接地电源时对比度最高，但对比度过高时会产生“鬼影”，所以通常使用一个10K电位器来调整对比度，或直接串接一个电阻到地；RS：MCU写入数据或指令选择端。MCU要写入指令时，使RS为低电平；MCU要写入数据时，使RS为高电平；R/W：读写控制端。R/W为高电平时，读取数据；R/W为低电平时，写入数据；E：LCD模块使能信号控制端。写数据时，需要下降沿触发模块。D0D7：8位数据总线，三态双向。假如MCUI/O口资源担心话，该模块也能够只使用4位数据线D4D7接口传送数据。本充电器就是采取4位数据传送方法；BLA：LED背光正极。需要背光时，BLA串接一个限流电阻接VDD，BLK接地，实测该模块背光电流为50mA左右；BLK：LED背光地端。三 模块方案比较和论证：3.1 电机模块选择方案1：采取步进电机作为该系统驱动电机。因为其转过角度能够正确定位，能够实现小车前进旅程和位置正确定位。即使采取步进电机有很多优点，步进电机输出力矩较低，随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适适用于小车等有一定速度要求系统。经综合比较考虑，我们放弃了此方案。方案 2：直流电机：直流电机控制方法比较简单，只需给电机两根控制线加上合适电压即可使电机转动起来，电压越高则电机转速越高。对于直流电机速度调整，能够采取改变电压方法，也可采取PWM调速方法。PWM调速就是使加在直流电机两端电压为方波形式，经过改变方波占空比实现对电机转速调整。基于以上分析，我们选择了方案二，使用直流电机作为电动车驱动电机。3.2 电机驱动模块选择方案 1：采取SM6135W电机遥控驱动模块。SM6135W是专为遥控车设计大规模集成电路。能实现前进、后退、向右、向左、加速五个功效，不过其采取是编码输入控制，而不是电平控制，这么在程序中实现比较麻烦，而且该电机模块价格比较高。方案 2：采取电机驱动芯片L298N。L298N为单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，可直接对电机进行控制，无须隔离电路。经过单片机I/O输入改变芯片控制端电平，即能够对电机进行正反转，停止操作，很方便，亦能满足直流减速电机大电流要求。调试时在依据上表，用程序输入对应码值，能够实现对应动作。表1是其使能、输入引脚和输出引脚逻辑关系。表3.2 L298N引脚和输出引脚逻辑关系EN A（B）IN1（IN3）IN2（IN4）电机运行情况HHL正转HLH反转H同IN2（IN4）同IN2（IN4）快速停止LXX停止基于以上分析，我们选择了方案二，用L298N来作为电机驱动芯片。3.3 控制器模块选择方案1：采取凌阳SPCE061A小板作为主控制芯片，而且能够采取凌阳小车模组，能够很快完成其基础功效，当是用该小板存在一定不足，较难扩张功效，而且各个模块拼凑，没有比集成在一块板稳定性高。方案2：采取STC89C52作为主控制芯片，该芯片有足够存放空间，能够方便在线ISP下载程序，能够满足该系统软件需要，该芯片提供了两个计数器中止，对于本作品系统已经足够，采取该芯片能够比较灵活选择各个模块控制芯片，能够正确计算出时间，有很好实时性。基于以上分析，我们选择了方案二，用STC89C52作为电机主控制芯片。四 系统硬件电路设计系统采取存放空间较大STC89C52作为主控制芯片，电动车电机驱动芯片采取L298N；并利用直流电机驱动小车，能较有效控制其在特定位置转弯及行驶犯错处理,该系统不管在结构和技术上全部含有很好科学性。4.1 显示模块设计4.1.1 显示模块仿真图显示模块中关键考虑是显示什么，综合考虑后，我想到首先是时间显示，于是我采取时钟芯片DS1302来实现时间显示，单纯显示时间似乎很无趣，于是我加入了温度显示，温度传感器DS18B20结构完善，连接简单，功效齐全，易于控制。合并以上思绪，我确定出了显示模块，具体仿真图以下：图3 显示模块电路原理图4.1.2 显示模块步骤显示模块是智能小车额外增加功效，但它仍然是关键组成部分，显示模块是怎样工作呢？其实，先是由按键控制时钟芯片DS1302，进行时间调整，在调整过程中，信号传输给STC89C52，单片机将其翻译后发送信号给时钟芯片DS1302，时钟芯片DS1302会将时间改变显示在LCD1602上，一样道理，温度传感器DS18B20也是先将检测到信号传输给单片机，单片机再传输给LCD16024.2 直流电机驱动模块4.2.1 直流电机驱动模块仿真图图4 直流电机驱动模块仿真图4.2.2直流电机驱动模块步骤图电机驱动模块关键是电机驱动芯片及电机，电机选择了直流电机，这么能够方便控制，而电机驱动芯片L298能够同时控制两个直流电机，其中芯片中连接单片机5引脚和7引脚用于控制直流电机1，而芯片中10引脚和12引脚用于控制直流电机2.电机1接是小车左轮，电机2接是小车右轮，当两个电机一起正向转动时，小车前进；当两个电机一起反向转动时，小车后退；当电机1正转，电机2反转时，小车右转；当电机1反转，电机2正转时，小车左转。因为无线模块只能控制锁存4条线路，不能将功效全部进行有效控制，只能控制前进和后退，所以额外采取按键来控制左转和右转。5图5 直流电机驱动模块步骤图五 软件简单介绍在这次研究中，关键用到了keil，protues，proter和STC_ISP_V480等软件5.1 Keil介绍单片机开发中除必需硬件外，一样离不开软件，我们写C语言源程序要变为CPU能够实施机器码有两种方法，一个是手工汇编，另一个是机器汇编，现在已极少使用手工汇编方法了。机器汇编是经过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机汇编软件有早期A51，伴随单片机开发技术不停发展，从普遍使用汇编语言到逐步使用高级语言开发，单片机开发软件也在不停发展，Keil软件是现在最流行开发MCS-51系列单片机软件，这从多年来各仿真机厂商纷纷宣告全方面支持Keil即可看出。Keil提供了包含C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功效强大仿真调试器等在内完整开发方案，经过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲硬盘空间、WIN98、NT、WIN、WINXP等操作系统。掌握这一软件使用对于使用51系列单片机爱好者来说是十分必需，假如你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你不二之选（现在在中国你只能买到该软件、而你买仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用集成环境、强大软件仿真调试工具也会令你事半功倍。5.2 protues介绍Protues软件是英国Lab center electronics企业出版EDA工具软件。它不仅含有其它EDA工具软件仿真功效，还能仿真单片机及外围器件。它是现在最好仿真单片机及外围器件工具。Protues软件含有其它EDA工具软件（例：multisim）功效。这些功效是：（1）原理布图（2）PCB自动或人工布线（3）SPICE电路仿真。支持目前主流单片机，如51系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、68000系列等。软件仿真功效以下：1）提供软件调试功效 2）提供丰富外围接口器件及其仿真RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。这么很靠近实际。在训练学生时，能够选择不一样方案，这么更利于培养学生。3）提供丰富虚拟仪器，利用虚拟仪器在仿真过程中能够测量外围电路特征，培养学生实际硬件调试能力。4）含有强大原理图绘制功效。电路功效仿真特点以下：在PROTUES绘制好原理图后，调入已编译好目标代码文件：*.HEX，能够在PROTUES原理图中看到模拟实物运行状态和过程。PROTUES 是单片机课堂教学优异助手。PROTUES不仅可将很多单片机实例功效形象化，也可将很多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示试验效果，后者则是实物演示试验难以达成效果。它元器件、连接线路等却和传统单片机试验硬件高度对应。这在相当程度上替换了传统单片机试验教学功效，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。课程设计、毕业设计是学生走向就业关键实践步骤。因为PROTUES提供了试验室无法相比大量元器件库，提供了修改电路设计灵活性、提供了试验室在数量、质量上难以相比虚拟仪器、仪表，所以也提供了培养学生实践精神、发明精神平台。伴随科技发展，“计算机仿真技术”已成为很多设计部门关键前期设计手段。它含有设计灵活，结果、过程统一特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为降低，也可降低工程制造风险。相信在单片机开发应用中PROTUES也能取得愈来愈广泛应用。软件缺点:器件库溃乏，库中缺乏很多关键芯片，严重影响电路仿真软件犯错或乱码，此时仿真效果不及硬件仿真。5.3 STC_ISP_V483介绍在运行STC_ISP_V483下载软件之前，应该先给出ISPC程序源代码ISP.C.要注意是:此程序是在Keil-C中要建立工程文件,包含IAP.C函数,而且在IAP.C和ISP.C中全部要保留STC定义.传入用户代码时,需要和计算机进行通信,通常采取RS232串行通信,数据协议采取简单协议。具体使用方法：一、先把学习试验板和计算机连接好（接好串口线和电源）二、打开STC-ISP v483，在MCU Type栏目下选中单片机，如STC89C52RC：依据您9针数据线连接情况选中COM端口，最好把波特率合适下调部分，按图示选中各项：图6STC-ISP v483界面图三、先确定硬件连接正确，按下图点击“打开文件”并在对话框内找到您要下载HEX文件：四、选中两个条件项，这么能够使您在每次编译KEIL时HEX代码能自动加载到STC-ISP，点击“Download/下载”：五、手动按下电源开关便即可把可实施文件HEX写入到单片机内，下图是正在写入程序截图：图7 单片机程序下载截图六 结论依据此次设计要求，我们认真分析了设计课题需求，还系统学习了51系列单片机工作原理及其使用方法，并独自设计智能小车整个项目。即使条件艰苦，但经过不懈钻研和努力，购置到了全部所需元器件，并系统进行了多项试验，最终做出了整个小车硬件系统，然后结合课题任务和小车硬件进行了程序编制，本系统能够基础满足设计要求，能够较快较平稳是小车沿引导线行驶，但因为经验能力有限，该系统还存在着很多不尽人意地方有待于深入完善和改善。经过此次课题设计，不仅是对我们书本所学知识考查，更是对我自学能力和搜集资料能力和动手能力考验。此次毕业设计使我们对一个项目标整体设计有了初步认识，还认识了多个传感器。此次毕业设计使我们意识到了试验关键性，在硬件制作和软件调试过程中，出现了很多问题，最终全部是经过试验方法来处理。还有以前对程序只是一个很模糊概念，经过这次课题设计使我对程序完全有了一个新认识，并能使用Keil软件熟练进行编程了。经过此次课题设计，极大锻炼了我们思索和分析问题能力，并对单片机有了一个更深认识。总而言之，在课题设计过程中，不管是对于学习方法还是理论知识，我们全部有了新认识，受益匪浅，这将激励我们在以后再接再厉，不停完善自己理论知识，提升实践运作能力。七 致谢 本设计能够顺利完成，还承蒙何老师和身边组队同学指导和帮助。在设计过程中，何老师给了悉心指导，最关键是给了我们组队处理问题思绪和方法，而且在设计环境和器材方面给了大力帮助和支持，在此，我对何老师表示最真挚感谢！同时感谢全部帮助过我同学！参考文件1康华光.电子技术基础模拟部分M.（第四版）.北京:高等教育出版社，1999.2康华光.电子技术基础数字部分M.（第四版）.北京:高等教育出版社，.3陈大钦.电子技术基础试验M.（第二版）.北京:高等教育出版社，.4谢自美.电子线路设计试验测试M.（第三版）.武汉:华中科技大学出版社,.5胡乾斌 李光斌 李玲等.单片微型计算机原理和应用M.（第二版）.武汉:华中科技大学出版社,.6郭天祥.新概念51单片机C语言教程M.电子工业出版社,.7谭浩强.C语言设计M.（第三版）.清华大学出版社,.8崔炳哲.电子控制入门M.北京:科学出版社,.9樊昌信 曹丽娜.通信原理M.（第六版）.北京:国防工业出版社,.10全国大学生电子设计竞赛组委会编.全国大学生电子设计竞赛M.北京理工大学出版社,1999.11郭强.液晶显示应用技术M.北京：电子工业出版社，.12郁有文 常健 程继红.传感器原理及工程应用M.(第二版).武汉：西安电子科技大学出版社，.13许纪倩.机械工人速成识图M.(第二版).北京：机械工业出版社，.14高军.电动智能小车D.15Zhi-HongJiang.51MCU technology and application development case selectionM.Tsinghua University Press .附录一：实物图 图1实物图图2实物图附录二：总程序left2=0;#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar num=1,num1=1,m,m1,i,j;sbit zxun=P00;sbit yxun=P01;sbit left=P15;sbit right=P16;sbit left1=P30;sbit left2=P31;sbit left3=P32; sbit left4=P33;void dianji2()for(i=10;i-;i0)if(num=10)num=0;elseif(num=m1)left=1;else if(num0)if(num1=10)num1=0;elseif(num1=m)right=1;else if(num110)right=0; void run()m=2;m1=2;left1=1;left3=1;left4=0; void zuo()m=0;m1=1;left1=1;left2=0;left3=1;left4=0; void you()m=1;m1=0;left1=1;left2=0;left3=1;left4=0;void timer0()interrupt 1 TH0=0XF8; /1ms定时 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