基于51單片機紅外遙控小車制作報告(原創(chuàng))

1、遙控小車制作報告,目錄,一、整體方案設計 1.1整體方案設計的思路 1.2整體方案的流程圖 二、小車系統(tǒng)概況 2.1 最小系統(tǒng)簡介 2.2 穩(wěn)壓系統(tǒng)簡介 2.3 紅外遙控簡介 2.4 驅動原理簡介 2.5 直流電機簡介 三、車體設計,四、軟件的簡單介紹 4.1Keil的簡介 4.2protues的簡介 五、程序清單 六、部分實驗電路圖,1.1整體方案設計的思路,利用無線發(fā)射和無線接收模塊控制單片機，讓單片機翻譯傳輸指令，從而實現(xiàn)相應的功能。具體的過程如下：無線發(fā)射模塊發(fā)出指令，無線接收模塊接收信號后，傳遞給單片機，單片機翻譯接收到信號后，傳輸給驅動電路驅動電機旋轉，從而實現(xiàn)讓小車的前進、后退、

2、左轉和右轉，加速和減速。,1.2整體方案的流程圖,基于單片機STC89C52整體設計的智能小車，根據(jù)原來設計的思路上畫出了相對應的流程路，由于是整體結構圖，就只是畫出了大致的結構流程，而細節(jié)將在后面做出介紹。,2.1 最小系統(tǒng)簡介,單片機最小系統(tǒng)主要由電源、復位、振蕩電路以及擴展部分等部分組。,復位電路由按鍵復位和上電復位兩部分組成。 （1）上電復位：STC89系列單片及為高電平復位，通常在復位引腳RST上連接一個電容到VCC，再連接一個電阻到GND，由此形成一個RC充放電回路保證單片機在上電時RST腳上有足夠時間的高電平進行復位，隨后回歸到低電平進入正常工作狀態(tài)，這個電阻和電容的典型值為10

3、K和10uF。 （2）按鍵復位：按鍵復位就是在復位電容上并聯(lián)一個開關，當開關按下時電容被放電、RST也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會保持一段時間的高電平來使單片機復位。 單片機晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調整頻率的方法保持同步。,2.2 穩(wěn)壓系統(tǒng)簡介,2.3 紅外遙控簡介,1紅外遙控系統(tǒng) 通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成。應用編/解碼專用集成電路芯片來進行控制操作，如圖1 所示。發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調制、LED 紅外發(fā)送器；接收部分包括光、電轉換放大器、解調、解碼電路。

4、,2 遙控發(fā)射器及其編碼 當發(fā)射器按鍵按下后，即有遙控碼發(fā)出，所按的鍵不同遙控編碼也不同。這種遙控碼具有以下特征：采用脈寬調制的串行碼，以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms 的組合表示二制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms 的組合表示二進制的“1”，其波形如圖2 所示。,上述“0”和“1”組成的32 位二進制碼經(jīng)38kHz 的載頻進行二次調制以提高發(fā)射效率，達到降低電源功耗的目的。然后再通過紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射，如圖3 所示。 產(chǎn)生的遙控編碼是連續(xù)的32 位二進制碼組，其中前16 位為用戶識別碼，能區(qū)別不同的電器設備

5、，防止不同機種遙控碼互相干擾。該芯片的用戶識別碼固定為十六進制01H；后16位為8 位操作碼（功能碼）及其反碼。,遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種32 位二進制碼，周期約為108ms。一組碼本身的持續(xù)時間隨它包含的二進制“0”和“1”的個數(shù)不同而不同，大約在4563ms 之間，圖4 為發(fā)射波形圖。 圖4 遙控連發(fā)信號波形,當一個鍵按下超過36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組108ms 的編碼脈沖,這108ms 發(fā)射代碼由一個引導碼（9ms）,一個結果碼（4.5ms）,低8 位地址碼（9ms18ms）,高8 位地址碼（9ms18ms）,8位數(shù)據(jù)碼（9ms18ms）和這8 位數(shù)據(jù)的反碼（9

6、ms18ms）組成。如果鍵按下超過108ms 仍未松開，接下來發(fā)射的代碼（連發(fā)碼）將僅由起始碼（9ms）和結束碼（2.25ms）組成。,3 遙控信號接收 接收電路可以使用一種集紅外線接收和放大于一體的一體化紅外線接收器，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL 電平信號兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管大小一樣，它適合于各種紅外線遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。接收器對外只有3 個引腳：Out、GND、Vcc 與單片機接口非常方便，如圖7 所示。 脈沖信號輸出接，直接接單片機的IO 口。 GND 接系統(tǒng)的地線（0V）； Vcc 接系統(tǒng)的電源正極（+5V）；,2.4驅動原理的簡介驅動模

7、塊的核心實際上是H橋驅動電路組成的L298芯片。,一、H橋驅動電路的內部原理解析如下 圖中所示為一個典型的直流電機控制電路。電路得名于“H橋驅動電路”是因為它的形狀酷似字母H。4個三極管組成H的4條垂直腿，而電機就是H中的橫杠（注意：圖及隨后的兩個圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅動電路沒有畫出來）。 如圖所示，H橋式電機驅動電路 包括4個三極管和一個電機。要 使電機運轉，必須導通對角線上 的一對三極管。根據(jù)不同三極管 對的導通情況，電流可能會從左 至右或從右至左流過電機，從而 控制電機的轉向。,要使電機運轉，必須使對角線上的一對三極管導通。例如，如圖所示，當Q1管和Q4管導通

8、時，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機，然后再經(jīng) Q4回到電源負極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅動電機順時針轉動。當三極管Q1和Q4導通時，電流將從左至右流過電機，從而驅動電機按特定方向 轉動（電機周圍的箭頭指示為順時針方向）。,圖7所示為另一對三極管Q2和Q3導通的情況，電流將從右至左流過電機。當三極管Q2和Q3導通時，電流將從右至左流過電機，從而驅動電機沿另一方向轉動（電機周圍的箭頭表示為逆時針方向）。,二、使能控制和方向邏輯 驅動電機時，保證H橋上兩個同側的三極管不會同時導通非常重要。如果三極管Q1和Q2同時導通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負極。此時，電 路中除

9、了三極管外沒有其他任何負載，因此電路上的電流就可能達到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管。基于上述原因，在實際驅動電路中通常 要用硬件電路方便地控制三極管的開關。,圖所示就是基于這種考慮的改進電路，它在基本H橋電路的基礎上增加了4個與門和2個非門。4個與門同一個“使能”導通信號相接，這樣，用這一個信號就能控制 整個電路的開關。而2個非門通過提供一種方向輸人，可以保證任何時候在H橋的同側腿上都只有一個三極管能導通。（與本節(jié)前面的示意圖一樣，圖所示也不是一個完整的電路圖，特別是圖中與門和三極管直接連接是不能正常工作的。）,采用以上方法，電機的運轉就只需要用三個信號控制：兩個方向信號和

10、一個使能信號。如果DIRL信號為0，DIRR信號為1，并且使能信號是1，那么三 極管Q1和Q4導通，電流從左至右流經(jīng)電機（如圖4.16所示）；如果DIRL信號變?yōu)?，而DIRR信號變?yōu)?，那么Q2和Q3將導通，電流則反向 流過電機。 實際使用的時候，用分立元件制作H橋是很麻煩的，好在現(xiàn)在市面上有很多封裝好的H橋集成電路，接上電源、電機和控制信號就可以使用了，在額定的電壓和電流內使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。,三、恒壓恒流橋式2A驅動芯片L298N L298是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內部同樣

11、包含4通道邏輯驅動電路?？梢苑奖愕尿寗觾蓚€直流電機，或一個兩相步進電機。L298N芯片可以驅動兩個二相電機，也可以驅動一個四相電機，輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的IO口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。 L298N可接受標準TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接457 V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為2546 V。輸出電流可達25A，可驅動電感性負載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298可驅動2個電動機，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動機，本實驗裝置我們選用驅動一

12、臺電動機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉。EnA，EnB連接控制使能端，控制電機的停轉。表1是L298N功能邏輯圖。 In3，In4的邏輯圖與表1相同。由表1可知EnA為低電平時，輸入電平對電機控制起作用，當EnA為高電平，輸入電平為一高一低，電機正或反轉。同為低電平電機停止，同為高電平電機剎停等。,15腳是輸出電流反饋引腳，其它與L298相同。在通常使用中這兩個引腳也可以直接接地。下圖是其與51單片機連接的電路圖,2.5直流電機簡介,一、直流電機的應用 電動機簡稱電機，是使機械能與電能相互轉換的機械，直流電機把直流電能變?yōu)闄C械能。作為機電執(zhí)行元部件，直流電機內部有一個閉

13、合的主磁路。主磁通在主磁路中流動，同時與兩個電路交聯(lián)，其中一個電路是用以產(chǎn)生磁通的，稱為激磁電路；另一個電路是用來傳遞功率的，稱為功率回路或電驅回路?，F(xiàn)行的直流電機都是旋轉電驅式，也就是說，激磁繞組及其所包圍的鐵芯組成的磁極為定子，帶換向單元的電驅繞組和電驅鐵芯結合構成直流電機的轉子。,直流電機有以下4方面的優(yōu)點： 1.調速范圍廣，且易于平滑調節(jié)。 2.過載、啟動、制動轉矩大。 3.易于控制，可靠性高。 4.調速時的能量損耗較小。 所以，在調速要求高的場所，如軋鋼機、輪船推進器、電機、電氣鐵道牽引、高爐送料、造紙、紡織、拖動、吊車、挖掘機械、卷揚機拖動等方面，直流電機均得到廣泛的應用。,二、直

14、流電機的基本工作原理 直流電機工作原理：當電刷A,B接在電壓為U的直流電源上時，若電刷A是正電位，B是負電位，在N極范圍內的導體ab中的電流是從a流向b，在S極范圍內的導體cd中的電流是從c流向d。載流導體在磁場中要受到電磁力的作用，因此ab與cd兩導體都受到電磁力的作用。根據(jù)磁場方向和導體中的電流方向，利用電機左手定則判斷，ab邊受力的方向是向左的，而cd邊則是向右的。由于磁場是均勻的，導體中流過的又是相同的電流，所以ab邊和cd邊所受電磁力的大小相等。這樣，線圈上就受到了電磁力的作用而按逆時針轉動。當線圈轉到磁極的中性面上時，線圈中的電流等于零，電磁力等于零，但是由于慣性的作用，線圈繼續(xù)轉

15、動。線圈轉過半周之后，雖然ab與cd的位置調換了，ab邊轉到S極范圍內，cd邊轉到N極范圍內，但是由于換向片和電刷的作用，轉到N極下的cd邊中電流方向也變了，是從d流向c，在s極下的ab邊中的電流則是從b流向a。因此電磁力的方向仍然不變，線圈仍然受力按逆時針方向轉動?？梢?，分別處在N,S極范圍內的導體中電流方向總是不變的，因此線圈兩個邊的受力方向也不變，這樣線圈就可以按照受力方向不停地旋轉，通過齒輪或皮帶等機構的傳動，便可以帶動其他機械工作。,從以上分析可以看到，要使線圈按照一定的方向旋轉，關鍵問題是當導體從一個磁極范圍轉到另一個異性磁極范圍時（也就是導體經(jīng)過中性面后），導體中電流的方向也要同

16、時改變，換向器和電刷就是完成這一任務的裝置。在直流電機中，換向器和電刷把輸入的直流電變?yōu)榫€圈中的交流電?？梢姡瑩Q向器和電刷是直流電機中不可缺少的關鍵部件。 當然，在實際的直流電機中，不只有一個線圈，而是有許多線圈牢固地嵌在轉子鐵芯槽中，當導體中通過電流在磁場中因受力而轉動時，就帶動整個轉子旋轉，這就是直流電機的基本工作原理。,三、直流電機的參數(shù) 轉矩-電機得以旋轉的力矩，單位為m或Nm。 轉矩系數(shù)-電機所產(chǎn)生轉矩的比例系數(shù)，一般表示每安培電驅電流所產(chǎn)生的轉矩大小。 摩擦轉矩-電刷、軸承、換向單元等因摩擦而引起的轉矩損失。 啟動轉矩-電機啟動時所產(chǎn)生的旋轉力矩。 轉速-電機旋轉的速度，工程單位為

17、r/min，即轉每分。在國際單位制中為rad/s，即弧度每秒。 電樞電阻-電樞內部的電阻，在有刷電機里一般包括電刷與換向器之間的接觸電阻，由于電阻中流過電流時會發(fā)熱，因此總希望電樞電阻盡量小。 電樞電感-因為電樞繞組由金屬線圈構成，必然存在電感，從改善電機運行性能的角度來說，電樞電感越小越好。,電氣時間常數(shù)-電樞電流從零開始達到穩(wěn)定值的63.2%時所經(jīng)歷的時間。測定電氣時間常數(shù)時，電機應處于堵轉的狀態(tài)并施加階躍性質的驅動電壓。工程上，常常利用電動機轉子的轉動慣量J、電樞電阻Ra、電機反電動勢系數(shù)Ke和轉矩系數(shù)Kt求出機械時間常數(shù)： 轉動慣量-具有質量的物體維持其固有運動狀態(tài)的一種性質。 反電動

18、勢系數(shù)-電機旋轉時，電樞繞組內部切割磁力線所感應的電動勢相對于轉速的比例系數(shù)，也稱發(fā)電系數(shù)或感應電動勢系數(shù)。 功率密度-電機每單位質量所能獲得的輸出功率值。功率密度越大，電機的有效材料的利用率就越高。 轉子-rotor；定子-stator；電樞-armature；勵磁-excitation。,3.1車體設計,方案1：自己制作電動車。一般的說來，自己制作的車體比較粗糙，平衡感不好，車身重量以及車體比例都要有精確的測量，而且也要控制好小車行駛的輪胎與齒輪的力矩及角度的結合，這些都比較難實現(xiàn)。 方案2：購買玩具電動車。購買的玩具電動車具有組裝完整的車架車輪。玩具電動車具有如下優(yōu)點：首先，這種玩具電動

19、車由于裝配緊湊，使得各種所需電路的安裝十分方便，看起來也比較美觀。其次，玩具電動車是依靠電機與相關齒輪一起驅動，能適應題目中小車準確前進、后退、轉彎的要求，但是這種電動車一般都價格較貴。 基于以上分析，我們綜合了方案一和方案二，還是選擇了方案一，因為購買現(xiàn)成的小車價格較昂貴，而且它的功能固定，于是我并購買了三個車輪和兩個直流電機，再自己組裝完成了智能小車的車底。,4.1Keil的簡介,單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的C語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼，

20、用于MCS-51單片機的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機開發(fā)技術的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。運行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。掌握這一軟件的使用對于使

21、用51系列單片機的愛好者來說是十分必要的，如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選（目前在國內你只能買到該軟件、而你買的仿真機也很可能只支持該軟件），即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。,4.2protues的簡介,Protues軟件是英國Lab center electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。Protues軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：（1）原理布圖（2）P

22、CB自動或人工布線（3）SPICE電路仿真。 支持當前的主流單片機，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。軟件仿真功能如下：1）提供軟件調試功能 2）提供豐富的外圍接口器件及其仿真RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。這樣很接近實際。在訓練學生時，可以選擇不同的方案，這樣更利于培養(yǎng)學生。3）提供豐富的虛擬儀器，利用虛擬儀器在仿真過程中可以測量外圍電路的特性，培養(yǎng)學生實際硬件的調試能力。4）具有強大的原理圖繪制功能。電路功能仿真特點如下：在PROTUES繪制好原理圖后，

23、調入已編譯好的目標代碼文件：*.HEX，可以在PROTUES的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。PROTUES 是單片機課堂教學的先進助手。PROTUES不僅可將許多單片機實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行過程形象化。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以達到的效果。,它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機實驗硬件高度對應。這在相當程度上替代了傳統(tǒng)的單片機實驗教學的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調試、運行結果等。 課程設計、畢業(yè)設計是學生走向就業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)。由于PROTUES提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路

24、設計的靈活性、提供了實驗室在數(shù)量、質量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學生實踐精神、創(chuàng)造精神的平臺。 隨著科技的發(fā)展，“計算機仿真技術”已成為許多設計部門重要的前期設計手段。它具有設計靈活，結果、過程的統(tǒng)一的特點。可使設計時間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風險。相信在單片機開發(fā)應用中PROTUES也能獲得愈來愈廣泛的應用。 軟件缺點:器件庫潰乏，庫中缺少很多重要芯片，嚴重影響電路仿真軟件出錯或亂碼，此時仿真效果不及硬件仿真。,五、程序清單,#include #definec(x)(x*110592/120000) unsignedcharIr_Buf4; sbit IR

25、IN = P32; unsigned char IRCOM7; void IRdelay(unsigned char x); unsignedcharkeys=0 xff; sbitmotor=P20; sbitzheng=P21 ; sbitfan=P22; sbitleft=P23; sbitright=P24; voiddelay1ms(int); voidinc(); voiddec(); voidgo(); voidback(); voidturn_lef(); voidturn_rig(); voidstop(); charon=0; chara,b,c,d;,/=主程序= mai

26、n() IE=0 x81; TCON=0 x01; motor=0; while(1) switch(keys) case0 xF3:go();break; case0 xA1:back();break; case0 xF7:turn_lef();break; case0 xA5:turn_rig();break; case0 xE7:inc();break; case0 xAD:dec();break; case0 xE3:stop();break; default:break; motor=0; delay1ms(100-on); motor=1; delay1ms(on); ,/=中斷讀取紅外鍵值程序= voidint0(void) interrupt 0 unsigned char j,k,N=0; IRdelay(15); if (IRIN=1) return; /確認IR信號出現(xiàn) while (!IRIN) /等IR變?yōu)楦唠娖?，跳過9ms的前導低電平信號。 IRdelay(1); for (j=0;j4;j+)