基于單片機的智能小車的設(shè)計-論文-總

1、.1基于單片機的智能小車的設(shè)計.1摘要單片機作為一種微型控制器，自走入人們的視野以來，就隨著科技進步不斷地更新?lián)Q代。它能夠?qū)⒂嬎銠C所有關(guān)鍵的零件整合集中在一塊芯片上，并且具有強大的計數(shù)功能，以及各種必要的接口，因此單片機在自動控制系統(tǒng)常處于核心地位。本文對于智能小車的設(shè)計思路就應(yīng)用了最常見的AT89S51單片機作控制處理器，該單片機在低功率的根底上，能夠保持其性能在一個較高的水平上，且其8K的處理器夠靈巧，適用于嵌入式產(chǎn)品，在眾多單片機中，表現(xiàn)較為優(yōu)秀。本設(shè)計是在單片機的根底上實施的，兼具數(shù)據(jù)處理、即時調(diào)控和報警提醒功能，小車接到行駛指令后，紅外探頭會檢測路況信息是否處在黑線路徑圍并反響給單片

2、機處理，單片機判斷后作出相應(yīng)指令，由電機驅(qū)動使小車執(zhí)行相應(yīng)行駛動作。單片機與系統(tǒng)的配合使智能小車的行駛保持靈敏迅速的狀態(tài)。關(guān)鍵詞：單片機 尋跡 報警 紅外線 電機驅(qū)動.1AbstractWith the rapid development of science and technology in recent years， SCM applications are continually deepening. Traditional control test drive at the same time， the rapidly growing update. In real-time det

3、ection and control of the microputer application system， the microcontroller is often used as a core ponent. SCM is the main feature integrated puter chip in a micro-puter. It is a set of multi-counting and the interface in one of the micro-controller. The 51 single-chip microcontroller is the most

4、typical and most representative one.The design of the main application AT89S51 as the control， and display driver integrated circuits and other systems. Based on single chip design. MCU AT89S51 using the controller as an alarm device that can give full play to AT89S51 of data processing and real-tim

5、e control functions. Make the system work in the best condition， improve the system sensitivity.When two signal driven forward by car tracing module,the infrares on whether to produce level signals through the black,retutn again according to requirement of design procedure of judgment for motor driv

6、er module,it controls the car turning back forward of running on the black line.Keywords: SCM,Tracing, Alarm device, Level signals, Motor driver module.1目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc325051212摘要 PAGEREF _Toc325051212 h IHYPERLINK l _Toc325051213Abstract PAGEREF _Toc325051213 h IIHYPERLINK l _To

7、c325051214目錄 PAGEREF _Toc325051214 h IIIHYPERLINK l _Toc325051215前言 PAGEREF _Toc325051215 h 1HYPERLINK l _Toc3250512161 設(shè)計任務(wù)及方案 PAGEREF _Toc325051216 h 2HYPERLINK l _Toc3250512171.1 設(shè)計任務(wù)及要求 PAGEREF _Toc325051217 h 2HYPERLINK l _Toc3250512181.2 設(shè)計方案論證 PAGEREF _Toc325051218 h 2HYPERLINK l _Toc32505121

8、91.2.1 控制器選擇 PAGEREF _Toc325051219 h 2HYPERLINK l _Toc3250512201.2.2 電機驅(qū)動芯片的選擇 PAGEREF _Toc325051220 h 3HYPERLINK l _Toc3250512211.2.3 路況檢測模塊 PAGEREF _Toc325051221 h 4HYPERLINK l _Toc3250512222 系統(tǒng)硬件電路與實現(xiàn) PAGEREF _Toc325051222 h 5HYPERLINK l _Toc3250512232.1 紅外遙控及解碼模塊 PAGEREF _Toc325051223 h 5HYPERLI

9、NK l _Toc3250512242.1.1 二進制信號的調(diào)制 PAGEREF _Toc325051224 h 6HYPERLINK l _Toc3250512252.1.2 二進制信號的解調(diào) PAGEREF _Toc325051225 h 7HYPERLINK l _Toc3250512262.1.3 二進制信號的解碼 PAGEREF _Toc325051226 h 7HYPERLINK l _Toc3250512272.2 單片機紅外接收硬件電路的實現(xiàn) PAGEREF _Toc325051227 h 8HYPERLINK l _Toc3250512282.3 電機驅(qū)動模塊 PAGEREF

10、 _Toc325051228 h 9HYPERLINK l _Toc3250512292.4路況檢測模塊 PAGEREF _Toc325051229 h 13HYPERLINK l _Toc3250512302.4.1 尋跡模塊 PAGEREF _Toc325051230 h 14HYPERLINK l _Toc3250512312.4.2 智能防撞報警模塊 PAGEREF _Toc325051231 h 16HYPERLINK l _Toc3250512323系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn) PAGEREF _Toc325051232 h 17HYPERLINK l _Toc3250512333.1整體程

11、序的構(gòu)架 PAGEREF _Toc325051233 h 18HYPERLINK l _Toc3250512343.2紅外遙控解碼的實現(xiàn) PAGEREF _Toc325051234 h 19HYPERLINK l _Toc3250512353.3電機驅(qū)動 PAGEREF _Toc325051235 h 21HYPERLINK l _Toc3250512363.4 小車尋跡 PAGEREF _Toc325051236 h 21HYPERLINK l _Toc3250512373.5 小車防撞報警 PAGEREF _Toc325051237 h 22HYPERLINK l _Toc32505123

12、84 小車系統(tǒng)原理圖 PAGEREF _Toc325051238 h 24HYPERLINK l _Toc3250512395 系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc325051239 h 26HYPERLINK l _Toc3250512405.1 遙控發(fā)送接收調(diào)試 PAGEREF _Toc325051240 h 26HYPERLINK l _Toc3250512415.2 電機驅(qū)動調(diào)試 PAGEREF _Toc325051241 h 27HYPERLINK l _Toc3250512425.3 尋黑線和防撞的調(diào)試 PAGEREF _Toc325051242 h 27HYPERLINK l _T

13、oc325051243總結(jié) PAGEREF _Toc325051243 h 27HYPERLINK l _Toc325051244致 PAGEREF _Toc325051244 h 28HYPERLINK l _Toc325051245參考文獻 PAGEREF _Toc325051245 h 29HYPERLINK l _Toc325051246附錄 PAGEREF _Toc325051246 h 30HYPERLINK l _Toc325051247元件清單 PAGEREF _Toc325051247 h 30HYPERLINK l _Toc325051248系統(tǒng)程序 PAGEREF _To

14、c325051248 h 31.1.1前言在科技飛快進步的今天，自動控制技術(shù)已經(jīng)迅速成長起來，它與傳感器技術(shù)之間的配合也越來越默契，時下大熱的各種電子智能產(chǎn)品就是自動控制技術(shù)開展的產(chǎn)物。目前國的自控和傳感技術(shù)與國外還存在一定的差距，這一領(lǐng)域的優(yōu)秀產(chǎn)品已有很多，比方日本本田制造出來的智能機器人，對于人類的步態(tài)模仿已到達非常自然的水平，并且它還有一定的智力，能夠與六歲的孩童相比。在機械領(lǐng)域一直處于熱門地位的汽車，也參加了越來越多的電子信息元素，比方越來越多的汽車產(chǎn)品配置了電子裝置，人們在車上不僅可以辦公，還能進展多種娛樂活動，這使得汽車向著更加娛樂化和多功能的方向開展，而不僅僅發(fā)揮代步功能。另外，

15、汽車的核心配置也越來越電子化，自動控制技術(shù)讓汽車工藝開展更進了一步。隨著自動控制產(chǎn)業(yè)的開展，電子信息化的教育也漸漸在國際上被提上日程，越來越多的培養(yǎng)年前一代人才的科技競賽也走入了人們的視野，比方中國大學(xué)生方程式汽車大賽(FSC、FSEC)、全國大學(xué)生機器人大賽等， 都能夠很好地激發(fā)學(xué)生群體的興趣，促使他們主動學(xué)習(xí)，對我國電子信息行業(yè)的開展產(chǎn)生一定的促進作用。本設(shè)計是以教師所給出的小車為框架，以AT89C52單片機為控制器制作一輛簡易的智能小車，希望到達小車能夠按照引導(dǎo)線的路徑自動行駛的效果，以期跟上汽車產(chǎn)業(yè)自動化開展的腳步，并掌握本階段應(yīng)具有的專業(yè)素養(yǎng)和動手能力。1 設(shè)計任務(wù)及方案1.1設(shè)計任

16、務(wù)及要求本設(shè)計是以單片機作為控制核心制作的一個具有簡單智能的小車。設(shè)計要求如下：具有單片機核心控制模塊；具有紅外遙控解碼模塊；具有電機驅(qū)動模塊；具有路況檢測模塊；具有光感模塊；具有聲控模塊；具有7段數(shù)碼管顯示模塊；具有報警模塊；1.2 設(shè)計方案論證 控制器選擇方案一：采用MSP430單片機MSP430是儀器 (TI)生產(chǎn)的一種RISC混合信號處理器，這個系列的產(chǎn)品一方面在低功耗上表現(xiàn)極其優(yōu)秀，另一方面又能夠不影響信號連接、傳感器以及其他組件的正常運行，可以說為電池續(xù)航問題交上了一份完美的答卷。MSP430優(yōu)點：0.1uA RAM 保持；0.8uA實時時鐘模式；250uA/MIPS有效；高性能模

17、擬器件；是準(zhǔn)確測量的理想選擇；其處理器能夠到達僅需一串代碼就使一個應(yīng)用運轉(zhuǎn)起來；而且還能夠在系統(tǒng)部更改、更新代碼和數(shù)據(jù)。但系列單片機也有缺點，由于其功耗低，導(dǎo)致幾個管腳的驅(qū)動力不夠，主頻也不夠高，處理數(shù)據(jù)的速度不夠快，達不到本設(shè)計對于單片機的預(yù)期，故不選用這一系列的單片機。方案二：采用AT89S51單片機1與MSP430不同，AT89S51在低功率的根底上，能夠保持其性能在一個較高的水平上，其8K字節(jié)的FLASH存儲器能夠與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完美融合，同時也能夠兼容常規(guī)編程器。與MSP430的16位處理器相比，AT89S51的8位處理器更加迷你靈活，適用于更多的嵌入式產(chǎn)品，兼容性更好

18、。AT89S51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié) RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三只16位定時器/計數(shù)器，一個6向2級中斷構(gòu)造，全雙工串行口，片晶振及時鐘電路。除此之外他還能夠?qū)崿F(xiàn)0Hz靜態(tài)邏輯操作，有兩款軟件能開啟省電模式。在不需高效工作的時候，還能夠保持處理器不運行，RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作的狀態(tài)。在低電量模式，還能夠保證RAM 數(shù)據(jù)不喪失，振蕩器停頓，單片機不運行，持續(xù)該狀態(tài)到各項條件能夠恢復(fù)正常工作。方案選擇：綜上所述：經(jīng)過對MSP430和AT89S51的各項條件比較，本設(shè)計將采用MSP430作為處理器，其物美價廉，上手更容易，

19、性能表現(xiàn)也優(yōu)異，符合設(shè)計最初的期望值。1.2.2 電機驅(qū)動芯片的選擇方案一：采用L298N L298N為SGS-THOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進電機專用驅(qū)動芯片( Dual Full-Bridge Driver ) ，部包含4信道邏輯驅(qū)動電路，是專門針對于二相CEs838電子-技術(shù)資料-電子元件-電路圖-技術(shù)應(yīng)用-根本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號-各種圖紙和四相步進電機的一款驅(qū)動器，它能夠在同一時間調(diào)動兩個二相或者一個四相的步進電機，它的部有兩個H-Bridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器，用來接收標(biāo)準(zhǔn)CEs838電子-技術(shù)資料-電子元件

20、-電路圖-技術(shù)應(yīng)用-根本知識-原理-維修-作用-參數(shù)-電子元器件符號-各種圖紙TTL邏輯準(zhǔn)位信號，能夠調(diào)動46V、2A以下的步進電機，且可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；它還能夠識別單片機IO端口傳來的模擬信號，但IO 端口在智能小車中較為少見，不過這一芯片的優(yōu)點是造價低廉。方案二：采用LG9110LG9110這種電路驅(qū)動芯片對電路的集成度更高，將各個電路集中在一個芯片上，能夠減少外部元件比例，減少造價。另外這種芯片有兩個通道可以進展輸入，且兩個輸出端都能保持750-800mA較大電流通過，峰值電流能力可達1.5-2.0A，從而保證了驅(qū)動能力，提供更高的工作效率。而它所具有的低輸出飽和壓降以及置

21、鉗位二極管釋放感性負載的反向沖擊電流的功能，又保證了在使用中平安性。因此，這種芯片作為集成電路器件已經(jīng)普遍被用在玩具汽車電機驅(qū)動、步進電機驅(qū)動以及開關(guān)功率管等電路上。方案三：使用分立原件搭建電機驅(qū)動電路 這種方法本錢非常低，普遍應(yīng)用于規(guī)?；鳂I(yè)中，但它有一個缺點，即H橋電路的運轉(zhuǎn)狀態(tài)不能保持穩(wěn)定，發(fā)生硬件問題的幾率比較大，因此不選用這種方法。綜上所述：經(jīng)過對上面三種驅(qū)動芯片的比較，我們發(fā)現(xiàn)第二種芯片不管是在驅(qū)動能力上、造價上，還是使用的難易程度上都表現(xiàn)較為優(yōu)秀，因此決定使用第二種芯片LG9110。1.2.3 路況檢測模塊這個局部我們將使用紅外發(fā)射探頭來處理，當(dāng)紅外線檢測到異物后，將信號返回到

22、探頭，探頭再把信號傳送給單片機控制器進展判斷，以這樣的一個模式，來判斷整體路況信息。2 系統(tǒng)硬件電路與實現(xiàn)本方案選取AT89C52單片機為處理器，調(diào)控各單元工作，其硬件組成框架如圖2.1AT89C52遙控模塊路面檢測模塊電機驅(qū)動模塊報警模塊顯示模塊 圖2.1 系統(tǒng)硬件組成框架圖2.1 紅外遙控及解碼模塊家中普遍使用的電視遙控器就使用了紅外遙控技術(shù)，這種技術(shù)有諸多優(yōu)勢，比方：無線實施、不需要觸控、干擾因素少、有效信息傳輸率高、功率損耗小、造價低廉等，隨著近年來的開展，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。這一技術(shù)系統(tǒng)由2個部門構(gòu)成：發(fā)送和接收部門。發(fā)送局部由主芯片將待發(fā)的二進制信號編碼調(diào)制為一系列的脈沖串

23、信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號紅外信號接收端普遍采用價格廉價，效率高且效果有保證的一體化紅外接收頭如HS0038，它接收紅外頻率為38KHz，周期為26us。這種接收頭在放大信號的同時，還能對信號的波形進展檢測和修整，并轉(zhuǎn)換成TTL電平的編碼語言，傳到中央處理器，由cpu解碼和發(fā)布指令，去控制相關(guān)對象。如圖所示。遙控器一體化紅外接收頭單片機發(fā)送接收解調(diào)解碼圖 紅外遙控解碼框圖 二進制信號的調(diào)制控制器的主芯片要負責(zé)二進制信號的處理工作，它將二進制信號的編碼處理為 38KHz的不連續(xù)脈沖串，簡單來說就是做一個把兩者相乘的工作，用于之后的信號發(fā)射環(huán)節(jié)。如圖所示，A為二進制信號波，B 是頻率=38K

24、Hz(周期=26us) 的不連續(xù)脈沖串，C為經(jīng)芯片處理過的不連續(xù)脈沖串即C=AB，用于之后的信號發(fā)射環(huán)節(jié)的波信號圖中二進制信號編碼為 101。圖2.1.2 二進制信號的調(diào)制二進制信號的解調(diào)紅外接收頭我們采用的是HS0038，它負責(zé)了二進制信號的復(fù)原工作，就是解調(diào)，即將上面提到的不連續(xù)脈沖信號恢復(fù)成二進制信號波恰好是圖2.1.2中二進制信號波的垂直翻轉(zhuǎn)。此階段接收頭的工作可以簡單解釋成：有脈沖串時輸出低電平，沒有脈沖串時則輸出高電平。該紅外接收頭1腳GND接電源地，2腳VCC接+5V，3腳OUT為數(shù)據(jù)輸出TTL電平，反相輸出，能直接和單片機連接。 圖 HS0038解調(diào)出的波形 二進制信號的解碼接

25、收單片機的解碼工作，相當(dāng)于將受到的波形復(fù)原成一開場發(fā)送端輸出的信號。如圖，把波形E解碼復(fù)原成數(shù)據(jù)信息101。圖2.1.4為紅外信號的編碼格式傳輸開場8位數(shù)據(jù)傳輸完畢20個脈沖高位在前，低位在后10個脈沖 圖 紅外信號的編碼格式2.2 單片機紅外接收硬件的電路設(shè)計紅外接收硬件的電路設(shè)計如圖2.2.1， IR是紅外接收頭的圓形面，用于接收紅外信號，它和SE303發(fā)射管之間的有效距離是35m，在這個圍能夠進展有效的紅外收發(fā)。 圖 紅外接收電路3腳接電源，2腳接地，一腳接單片機的P3.3外部中斷0，在收到紅外信號時，1腳處理之后把信號輸送到單片機，使其暫停，進而開場解碼工作。2.3 電機驅(qū)動模塊目前直

26、流電機已經(jīng)普遍應(yīng)用于遙控車，它有2個控制端口，能夠根據(jù)接收的電平的異同來調(diào)整電機的工作。電機驅(qū)動單元的電路圖如圖2.3.1所示。圖電機驅(qū)動模塊P0.0P0.3電平的水平會影響直流電機M1、M2的轉(zhuǎn)向，單片機就是通過調(diào)控這幾個引腳的電平水平來調(diào)控電機的轉(zhuǎn)向。引腳的電平為1010使，M1、M2正轉(zhuǎn)，使小車往前走；引腳電平為0101時，M1、M2反轉(zhuǎn)，使小車向后走；引腳電平為1001或0110時，M1和M2一個正轉(zhuǎn)一個反轉(zhuǎn)，使得小車能夠向左向右走。然而只以單片機輸出的電壓來帶動小車形勢是完全不夠的，其電壓太小，缺乏以帶動小車持續(xù)運行，因此我們選取了一種適宜的電動機芯片來彌補這個缺乏。L9110芯片在

27、性能上表現(xiàn)優(yōu)秀，且造價不貴，又能夠很好地兼顧到小車本身的重量和電壓等其他要求，可以說是最適宜用于這個小車設(shè)計的芯片了。下面給出關(guān)于L9110的相關(guān)數(shù)據(jù)手冊。 圖 LG9110的實物圖特點： 低靜態(tài)工作電流； 寬電源電壓圍 2.5V-12V； 每通道具有800mA連續(xù)電流輸出能力； 較低的飽和壓降； TTL/CMOS輸出電平兼容，可直接連接CPU；輸出置鉗位二極管，適用于感性負載； 控制和驅(qū)動集成于單片IC之中； 具備管腳高壓保護功能； 圖 LG9110管腳圖管腳定義如表表 LG9110的管腳定義序號符號功能1OAA路輸出管腳2VCC電源電壓3VCC電源電壓4OBB路輸出管腳5GND地線6IAA

28、路輸入管腳7IBB路輸入管腳8GND地線L9110有8個管腳，電源腳、接地腳、輸入腳IA/IB、輸出腳(OA/OB)各有2個，2個輸出腳與電機兩極相連，2個輸入腳與單片機相連，它們共同協(xié)作調(diào)控電機工作。圖為L9110的硬件連接圖。圖 LG9110硬件連接圖2.4路況檢測模塊這個單元的工作主要由紅外探頭來負責(zé)，使用了簡易且應(yīng)用廣泛地紅外探測法來到達目的。發(fā)射器發(fā)出紅外信號到達路面，再由路面返回接收器，因為黑色和白色物體反射回來的光的強度不同，紅外裝置就可以通過返回的光的強度來確定路況。圖為這一單元的硬件框架圖。 圖 路況檢測單元框架設(shè)計圖發(fā)射管V1、V6、V3通電之后，往車前面和地面連續(xù)發(fā)出紅外

29、光，在前方有白墻或者普通路面就會反射回強度較高的紅外光，使得V2、V5、V4接通，把低電平信號傳到單片機P3.5-3.7，進展進一步的信號識別處理。這一單元的檢測可實現(xiàn)黑線檢測和障礙物檢測2個功能。2.4.1 尋跡模塊在這一單元，我們在白紙上預(yù)設(shè)了一條無規(guī)則的彎曲黑線跑道，原理如上面表達的紅外探頭的工作原理，小車在行進時，探頭連續(xù)向地面發(fā)出紅外信號，白紙局部反射回的紅外信號能夠接通接收管信號通路，黑線局部則會吸收紅外，不返回信號，這要求黑線跑道的寬度至少要比兩個探頭的距離寬，這才能夠保證被檢測到。尋跡模塊設(shè)計實物如圖所示。圖 小車前方探頭實物如圖，小車前方下部的兩個透明物就是紅外發(fā)射探頭，兩個

30、黑色的就是紅外接收探頭，黑色路徑的寬度只要要寬于這個尺寸，就能夠確保小車尋跡行駛。當(dāng)小車開場運行，如果在黑色路徑之，則沒有紅外信號被返回，小車將繼續(xù)行駛；如果稍微偏離黑色路徑，紅外信號就會返回接收管，是接收探頭接通，將信號傳遞給單片機作判斷，如果收到的是左邊的接收器傳來的信號，單片機就會發(fā)出向右轉(zhuǎn)向的指令，如果收到的是右邊的接收器傳來的信號，單片機就會發(fā)出向左轉(zhuǎn)向的指令。小車的按照一定的路徑行駛就是通過這樣的信號傳遞流程實現(xiàn)的。2.4.2 智能防撞報警模塊這一個單元對于現(xiàn)代汽車向進一步自動化方向開展非常有價值，也是一個非常實用，能夠提高駕駛平安性的一個功能。如果車子能夠自動判別前面有沒有異物，

31、并對駕駛員發(fā)出提醒，則將在一定程度上減少交通事故的發(fā)生。當(dāng)小車在空地上時，前面的2個探頭會檢測前方是否有異物，向下的4個探頭會一同接到檢測信息，在小車遇到危險路況時比方山崖邊，單片機就會根據(jù)探頭傳來的信號調(diào)整小車的行駛方向，并發(fā)出警示提醒，防止危險。本單元的設(shè)計如圖所示。 圖 防撞報警模塊電路設(shè)計如果前方有異物，單片機就會給P0.6傳遞一個高電平信號，然后三極管V1被接通，接著連通報警器SB1，發(fā)出蜂鳴警示。如果前方路況正常無異物，則紅外接收探頭就會收到反射回來的紅外光，并傳遞給單片機一個低電平；同樣的原理，在小車走到山崖邊上時，由于山崖太深，發(fā)出去的紅外信號返回距離太長不能被接收探頭檢測到，

32、則傳遞給單片機的就還是一個高電平信號，接著單片機就會對次信號進展判斷并發(fā)出對應(yīng)指令調(diào)整小車路徑，同時發(fā)給報警器一個指令，發(fā)出蜂鳴提醒。3系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)為了方便使用程序，我們在軟件設(shè)計方面做了一定的工作，把全部程序單元都嵌入遙控器，這樣做的優(yōu)點不止是方便使用，還能夠節(jié)省CPU的存儲空間，因為整個設(shè)計中有多個單元都需要進展即時檢測，如果不做這樣的嵌入的話，不但會占CPU空間，還會影響各單元的正常運行。各個單元的銜接如圖3.1所示。遙控器輸入單片機解碼電機控制前進后退左右轉(zhuǎn)黑線尋跡防撞報警圖3.1 程序模塊連接遙控器發(fā)出信號后，單片機運行外部中斷模式，對遙控器發(fā)出的信號實施解碼操作，解碼完畢后對

33、照遙控器傳來的數(shù)據(jù)信息向?qū)?yīng)的單元發(fā)出運行指令，所有模塊運行的結(jié)果指令由電機來實施，因此圖3.1中所有的箭頭最后都匯總于電機控制單元。3.1整體程序的構(gòu)架程序框圖如圖所示圖 整體程序框圖3.2紅外遙控解碼的實現(xiàn)所有的控制單元都集中在一個遙控器，因此串聯(lián)起這個設(shè)計的角色就是紅外信號的解碼局部，它就像是開啟這個系統(tǒng)的門。按下遙控器上的按鈕發(fā)出紅外信號時，1腳會將信號轉(zhuǎn)換成脈寬波，并讓單片機暫停運轉(zhuǎn)，同時翻開定時器和計數(shù)器。統(tǒng)計每個脈沖到達的時間和最終的數(shù)量，待一次紅外信號的脈沖接收完畢后，計數(shù)器和定時器停頓工作。然后開場識別此次信號的脈沖數(shù)量，假設(shè)31就舍掉，假設(shè)是0或1就存儲下來，再進展進一步的

34、判斷，先跟前導(dǎo)碼比較看是不是吻合，簡單來說就是判斷遙控器是否匹配，假設(shè)匹配就存儲起來，之后核心程序再利用swich函數(shù)對其處理并發(fā)布指令。舉例來說就是，按下向下按鈕，核心程序就用后退函數(shù)來使小車做出后退動作。如圖3.2所示初始化中斷口是否有遙控信號輸入是否有抖動進入解碼計數(shù)脈沖個數(shù)同時計數(shù)單個脈沖寬度脈沖個數(shù)是否為32個數(shù)據(jù)解碼并判斷數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼取非之后是否相等執(zhí)行相關(guān)模塊否是是否是否是否 圖3.2 解碼程序框圖3.3電機驅(qū)動電機驅(qū)動在這個設(shè)計當(dāng)中處于一個主導(dǎo)地位，所有單元，所有程序發(fā)出的命令，想要最終在小車的行駛動作上有所表達，都必須通過它。電機驅(qū)動能讓小車實現(xiàn)的動作有前行、倒退、向左向

35、右轉(zhuǎn)和停頓。這些動作并不是只能通過按下遙控器上相應(yīng)的按鈕才能實現(xiàn)，我們在設(shè)計程序時，為了使小車更加智能化，把前行、倒退、向左向右轉(zhuǎn)和停頓這些動作指令分別寫成了函數(shù)，這樣每個子單元的工作只要運行相應(yīng)的函數(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)。這樣做就節(jié)省了很大的程序空間。比方說，在寫入左轉(zhuǎn)函數(shù)時，為了讓小車實現(xiàn)左轉(zhuǎn)的動作，僅給P0.0-0.3賦值0010就能實現(xiàn)，其他前行、后退等動作只要改變對應(yīng)的賦值就可以完成動作。不過為了保險起見，減少失誤，我們可再寫入延遲函數(shù)，防止指令執(zhí)行過于迅速損害電機。3.4 小車尋跡小車的主程序假設(shè)是監(jiān)測到遙控器發(fā)出的尋跡信號，則主程序就會通過調(diào)取設(shè)定好的尋跡函數(shù)進展尋跡。以下容是關(guān)于尋跡功能

36、設(shè)計的主要思路。首先，我們需要搞懂小車是如何進展尋跡功能的，關(guān)于它的原理已經(jīng)述過，這里就不做過多說明，以免冗余。小車尋跡函數(shù)指的是：P3.5和P3.6，這兩個函數(shù)作為實時掃描單片機管腳。小車左側(cè)探頭返回的信號由P3.5管腳承受，p3.5=0代表的是左方探頭正在跑離黑線，與此同時，實時掃描的單片機監(jiān)測p3.5=0，立即調(diào)取右轉(zhuǎn)函數(shù)，實現(xiàn)小車的右轉(zhuǎn)功能。小車右側(cè)探頭返回的信號由P3.6管腳承受，同樣的原理，當(dāng)監(jiān)測到右側(cè)探頭正在跑離黑線時，左轉(zhuǎn)的尋跡函數(shù)立即被調(diào)取，實現(xiàn)小車的左轉(zhuǎn)功能。如圖3.4，關(guān)于小車尋跡功能設(shè)計的程序示意圖。初始化探頭跑出黑線了嗎哪邊探頭有輸入前進后退右轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)是否左左右均有右圖

37、3.4 小車尋跡程序示意圖3.5 小車防撞與報警小車的防撞報警系統(tǒng)由主人來激活，在遇到阻礙小車前行或者有危險時，小車主程序監(jiān)測到其防撞系統(tǒng)激活后，立刻調(diào)取p3.7函數(shù)。p3.7是小車部防撞函數(shù)，借助小車的電機驅(qū)動函數(shù)共同調(diào)控小車行駛路徑，以防落入懸崖等危險情況，改變其行駛路徑的同時并出發(fā)報警信號引起報警。如圖3.5，關(guān)于小車防撞與報警的程序示意圖。初始化前方有懸崖或障礙物嗎前進后退并報警左轉(zhuǎn)并報警是否 圖3.5 小車防撞與報警程序示意圖4 小車系統(tǒng)原理圖如圖4.1，關(guān)于小車的硬件電路總設(shè)計圖最終主板PCB圖前板PCB5 系統(tǒng)調(diào)試運用實驗室現(xiàn)有的條件，根據(jù)成稿的硬件電路總設(shè)計圖以及 pcb圖來制

38、作元件板，在焊接各種元件時，應(yīng)當(dāng)注意以下幾點情況：1.電解電容的正負極區(qū)分。長為正極，短為負極；2.二極管的的正負極區(qū)分。長為正極，短為負極；3.話筒的正負區(qū)分。負極與外殼相連；4.蜂鳴器的正負極之分。長為正極，短為負極；5.三極管按照電路板封裝焊接；6.安裝集成電路的芯片時，搞清楚各個缺口的對應(yīng)關(guān)系，缺口一般在芯片或者底座的*一邊，缺口對應(yīng)的部位需要與封裝對應(yīng)的部位保持一致；7.小數(shù)點的一致性。焊接數(shù)碼管應(yīng)當(dāng)保持管上小數(shù)點和電路板封裝上的小數(shù)點一致。8.各個電機都應(yīng)當(dāng)焊接瓷片電容104，完成后還應(yīng)當(dāng)確保各個硬件完好無損，分別對各元件進展功能測試，假設(shè)有不適之處則應(yīng)當(dāng)調(diào)整。5.1 遙控發(fā)送接收

39、調(diào)試我們還需要對廠家提供的遙控設(shè)備進展功能測試，保證遙控設(shè)備可以正常工作，可是如何測試呢.遙控設(shè)備一般都是集成的并且紅外線發(fā)射器也是透明的，難以通過人的肉眼識別。針對這個問題，我們發(fā)現(xiàn)了一個巧妙的檢測方法：首先給遙控設(shè)備裝上電源，再把手機攝像頭對準(zhǔn)遙控設(shè)備的紅外線發(fā)射器，我們隨意按下一個按鍵，通過看手機里紅外線發(fā)射器能否產(chǎn)生光源，假設(shè)產(chǎn)生光源就證明了遙控設(shè)備質(zhì)量沒問題，反之則有問題。除了遙控設(shè)備的測試外，我們還應(yīng)當(dāng)對紅外線接收器進展測試，測試其對紅外線的接收功能是否正常。接收器的測試也很簡單，把接收器的1號管腳與示波器進展連接，長時間按住遙控設(shè)備的按鍵，如果在示波器顯示屏幕上看到有上下不等的波

40、形以及脈沖，則可以說明紅外線的接收無異常；如果連接之后沒有任何反響，則可能是接收器的問題，具體問題還應(yīng)作進一步分析，是接收器的原因.還是部元件損傷.亦或是焊接不成功導(dǎo)致連接短路.疑心以上原因應(yīng)該重新對電路的連接進展復(fù)查。完成了上述測試步驟之后，我們就可以通過燒寫遙控設(shè)備的一些簡單程序，進一步驗證在改寫程序后，其余程序能否正常解碼。5.2 電機驅(qū)動調(diào)試關(guān)于電機驅(qū)動的正常與否，目前最便捷的方法是把干電池作為電機電源，然后分別將電源兩級與直流電機的兩級連接，這里有個小建議，就是在電機的兩引腳間連接一個瓷片電容，這樣做可以防止由于電流過大將電機燒壞，如果接上之后電機能正常翻轉(zhuǎn)，則說明電機功能完好。之后

41、，按照自己的意愿對電機工作進展調(diào)整，在電動車驅(qū)動程序中可以設(shè)置一個反響時間，燒寫完程序之后重新啟動小車，通過看小車前進與后退或者轉(zhuǎn)彎的速度、敏捷程度以及轉(zhuǎn)向弧度是否適宜，來調(diào)整其反響時間，不斷進展調(diào)試以到達最正確效果。5.3 尋黑線和防撞的調(diào)試在尋黑線和防撞的測試中，我們首先應(yīng)該檢測前板探頭的探測功能，檢驗方法如同上述的紅外接收器的檢驗方法。識別黑色信號的探頭檢測方法是：把小車放到白色路面上行駛，在小車的行駛路徑上放置一個除黑色以外顏色的障物，然后用儀表測管腳P3.5/P3.6/P3.7的電壓，讀書為0的話則證明小車的電路正常，假設(shè)不為0則應(yīng)當(dāng)檢驗小車電路的完整性，確認是否屬于電路故障等原因。

42、另外，再進一步檢驗尋跡和報警功能，把小車放在兩邊白、中間黑的彎曲跑道上，觀察小車的尋跡程序是否正常，小車轉(zhuǎn)向是否靈敏，轉(zhuǎn)向弧度是否適宜，并根據(jù)自己的要求來調(diào)試小車的反響時間，使小車最終能夠很好地按照跑道行駛。總結(jié)通過這次畢業(yè)實驗設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)自己的能力大有提升，主要表現(xiàn)在提高了我的信息獲取能力，撰寫論文能力以及對知識的融會貫穿能力。因為一項創(chuàng)新設(shè)計僅僅靠已學(xué)到的書本上的知識是不夠的，書本上的知識較為落后，必須緊跟當(dāng)今時代的開展趨勢，所以我通過互聯(lián)網(wǎng)查閱了很多專業(yè)方向的文獻，從別人的設(shè)計中找靈感，突破自己，鍛煉自己。設(shè)計之后需要付諸于實踐，我還必須考慮現(xiàn)實與理想的差距，期間僅關(guān)于方案實施的問題我就

43、想教師討教了不下十次，教師都很耐心地聽取我的疑惑并給我非常有用的建議，然后我又翻閱書籍修改方案，在這過程中充滿了艱辛與汗水，但我能在過程中學(xué)到這么多的知識，并且把學(xué)到的知識應(yīng)用到實際中，提高了動手能力，著實開心，實踐才能使人進步。希望不管多少年之后，我都能一直記得保持一種不認輸、不畏縮的精神，就如這次畢業(yè)設(shè)計，剛開場不知道以何定稿，充滿疑惑，但是一步一步分解畢業(yè)設(shè)計后，我便有了方向，不再迷茫，一步一個腳印正是如此。.1.1參考文獻1 宋建國：AVR單片機原理及應(yīng)用A，航空航天大學(xué)，1998.2，P35-P45 2 黃繼昌：傳感器工作原理及應(yīng)用實例A，人民郵電，1998.6，P32-P353 雷

44、輝：基于AT89C2051的智能防撞報警器設(shè)計，電氣時代J，2005.1，P44-P464吳愛萍: 基于AT89S51的多功能紅外遙控器設(shè)計期刊論文-儀表技術(shù)與傳感器 2021(8)5洪剛:一種簡易紅外遙控鍵盤的設(shè)計期刊論文-科技學(xué)院學(xué)報自然科學(xué)版 2021(4)6王建躍:紅外遙控器編碼方法期刊論文-工礦自動化 2005(z1).1附錄元件清單位號名稱位號名稱M1電機1接線座SIUILED數(shù)碼管M2電機2接線座IR1紅外接收頭*1前端探測板接線座R*110K排阻9腳DC15KZ111.0592晶振R1220IC1STC89C52RCR2150IC2MA*232CPER31MIC3L9110集成

45、電路R447KIC4L9110集成電路R54.7KC110uF/16VR6560C2104R7560C3104R8560C4104R9560C510uF/16VR10560C610uF/16VR11560C730PFR12560C830PFR13560C9104R14220C1010uF/16VR1510KC1110uF/16VR16560C1210uF/16VR17560C1310uF/16VR18560D1D8紅色發(fā)光二極管R19560D9綠色發(fā)光二極管R20560S1按鍵開關(guān)R21560S2按鍵開關(guān)R22560S3按鍵開關(guān)R235601DB9針串口R24560D1D2LED(前板用)R2

46、510KV1發(fā)射頭(前板用)R26560V2接收頭(前板用)RL1光敏電阻V3發(fā)射頭(前板用)SB1蜂鳴器V4接收頭(前板用)B1話筒V5發(fā)射頭(前板用)R1220(前板用)V6接收頭(前板用)R2560(前板用)R3220(前板用)R415K(前板用)R515K(前板用)R6220(前板用)R7560(前板用)R815K(前板用)9012紅外遙控發(fā)射器V1V28550J1J2跳線帽系統(tǒng)程序*include /包含51單片機相關(guān)的頭文件*define uint unsigned int /重定義無符號整數(shù)類型*define uchar unsigned char /重定義無符號字符類型ucha

47、r code LedShowData=0*03,0*9F,0*25,0*0D,0*99, /定義數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù) 0*49,0*41,0*1F,0*01,0*19;/0,1,2,3,4,5,6,7,8,9uchar code RecvData=0*07,0*0A,0*1B,0*1F,0*0C,0*0D,0*0E,0*00,0*0F,0*19;uchar IR7;static unsigned int LedFlash; /定義閃動頻率計數(shù)變量unsigned char RunFlag=0; /定義運行標(biāo)志位bit EnableLight=0; /定義指示燈使能位/*完成根本數(shù)據(jù)變量定義*/sbi

48、t S1State=P10; /定義S1狀態(tài)標(biāo)志位sbit S2State=P11; /定義S2狀態(tài)標(biāo)志位sbit B1State=P12; /定義B1狀態(tài)標(biāo)志位sbit IRState=P13; /定義IR狀態(tài)標(biāo)志位sbit RunStopState=P14; /定義運行停頓標(biāo)志位sbit FontIRState=P15; /定義FontIR狀態(tài)標(biāo)志位sbit LeftIRState=P16; /定義LeftIR狀態(tài)標(biāo)志位sbit RightIRState=P17; /定義RightIRState狀態(tài)標(biāo)志位/*完成狀態(tài)指示燈定義*/sbit S1=P32; /定義S1按鍵端口sbit S2=

49、P34; /定義S2按鍵端口/*完成按鍵端口的定義*/ sbit LeftLed=P20; /定義前方左側(cè)指示燈端口sbit RightLed=P07; /定義前方右側(cè)指示燈端口/*完成前方指示燈端口定義*/sbit LeftIR=P35; /定義前方左側(cè)紅外探頭sbit RightIR=P36; /定義前主右側(cè)紅外探頭sbit FontIR=P37; /定義正前方紅外探頭/*完成紅外探頭端口定義*/sbit M1A=P00; /定義電機1正向端口sbit M1B=P01; /定義電機1反向端口sbit M2A=P02; /定義電機2正向端口sbit M2B=P03; /定義電機2反向端口/*

50、完成電機端口定義*/sbit B1=P04; /定義話筒傳感器端口sbit RL1=P05; /定義光敏電阻端口sbit SB1=P06; /定義蜂鳴端口/*完成話筒,光敏電阻,蜂鳴器.端口定義*/sbit IRIN=P33; /定義紅外接收端口/*完成紅外接收端口的定義*/*define ShowPort P2 /定義數(shù)碼管顯示端口e*tern void ControlCar(uchar CarType); /聲明小車控制子程序void delay(unsigned char *) /0.14mS延時程序 unsigned char i; /定義臨時變量 while(*-) /延時時間循環(huán)

51、for (i = 0; i13; i+) /14mS延時 void Delay() /定義延時子程序 uint DelayTime=30000; /定義延時時間變量 while(DelayTime-); /開場進展延時循環(huán) return; /子程序返回void ControlCar(uchar CarType) /定義小車控制子程序 M1A=0; /將電機1正向電平置低 M1B=0; /將電機1反向電平置低 M2A=0; /將電機2正向電平置低 M2B=0; /將電機2反向電平置低 LeftLed=1; /關(guān)閉前方左側(cè)指示燈 RightLed=1; /關(guān)閉前方右側(cè)指示燈 Delay(); /將

52、此狀態(tài)延時一段時間 switch(CarType) /判斷小車控制指令類型 case 1: /前進 /判斷是否是前進 M1A=1; /將電機1正向端口置高 M2A=1; /將電機2正向端口置高 ShowPort=LedShowData1; /數(shù)碼管顯示前進狀態(tài) break; /退出判斷 case 2: /后退 /判斷是否是后退 M1B=1; /將電機1反向端口置高 M2B=1; /將電機2反向端口置高 ShowPort=LedShowData2; /數(shù)碼管顯示后退狀態(tài) RightLed=0; /將前方右側(cè)指示燈置低(亮) LeftLed=0; /將前方左側(cè)指示燈置低(亮) break; /退出

53、判斷 case 3: /左轉(zhuǎn) /判斷是否是左轉(zhuǎn) M1B=1; /將電機1反向端口置高 M2A=1; /將電機2正向端口置高 ShowPort=LedShowData3; /數(shù)碼管顯示左轉(zhuǎn)狀態(tài) LeftLed=0; /將前方左側(cè)指示燈置低(亮) break; /退出判斷 case 4: /右轉(zhuǎn) /判斷是否是右轉(zhuǎn) M1A=1; /將電機1正向端口置高 M2B=1; /將電機2反向端口置高 ShowPort=LedShowData4; /數(shù)碼管顯示右轉(zhuǎn)狀態(tài) RightLed=0; /將前方右側(cè)指示燈置低(亮) break; /退出判斷 default: /默認情況下的判斷 break; /直接退出判

54、斷 void Break() interrupt 4 /定義串口通信子程序unsigned char RecvData; /定義串口數(shù)據(jù)接收變量 if(RI=1) /判斷是否接收數(shù)據(jù) RecvData=SBUF; /將接收到的數(shù)據(jù)放入暫時變量 if(RecvData10) /判斷接收到的數(shù)據(jù)是否小于10 ShowPort=LedShowDataRecvData; /將接收到的數(shù)據(jù)通過數(shù)碼管顯示出來 ControlCar(RecvData); /將串口數(shù)據(jù)置于小于狀態(tài) SBUF=RecvData; /向電腦返回當(dāng)前接收到的數(shù)據(jù) RI=0; /去除接收中斷標(biāo)志位 if(TI=1) /判斷是否是發(fā)送

55、中斷 TI=0; /去除發(fā)送中斷標(biāo)志位 void IR_IN() interrupt 2 using 0 /定義INT2外部中斷函數(shù) unsigned char j,k,N=0; /定義臨時接收變量 E*1 = 0; /關(guān)閉外部中斷,防止再有信號到達 delay(15); /延時時間，進展紅外消抖 if (IRIN=1) /判斷紅外信號是否消失 E*1 =1; /外部中斷開 return; /返回 while (!IRIN) /等IR變?yōu)楦唠娖?，跳過9ms的前導(dǎo)低電平信號。 delay(1); /延時等待 for (j=0;j4;j+) /采集紅外遙控器數(shù)據(jù) for (k=0;k=30) /判

56、斷計數(shù)器累加值 E*1=1; /翻開外部中斷功能 return; /返回 IRj=IRj 1; /進展數(shù)據(jù)位移操作并自動補零 if (N=8) /判斷數(shù)據(jù)長度 IRj = IRj | 0*80; /數(shù)據(jù)最高位補1 N=0; /清零位數(shù)計錄器 if (IR2!=IR3) /判斷地址碼是否一樣 E*1=1; /翻開外部中斷 return; /返回 for(j=0;j10;j+) /循環(huán)進展鍵碼解析 if(IR2=RecvDataj) /進展鍵位對應(yīng) P2=LedShowDataj; /數(shù)碼管顯示相應(yīng)數(shù)碼 switch(IR2) case 0*1A: /前進 ControlCar(1); /小車前進 break; case 0*05: /后退 ControlCar(2); /小車后退 break; case 0*01: /左轉(zhuǎn) ControlCar(3); /小車左轉(zhuǎn) break; case 0*03: /右轉(zhuǎn) ControlCar(4); /小車右轉(zhuǎn) break; case 0*12: