多功能遙控車的畢業(yè)設計

多功能遙控車的畢業(yè)設計目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要 1引言 3\o"CurrentDocument"1設計要求及指標 4\o"CurrentDocument"2紅外遙控系統(tǒng)的設計 5\o"CurrentDocument"3紅外收發(fā)電路的設計 6\o"CurrentDocument"主要芯片——閃電存儲型單片機AT89S52的介紹 6\o"CurrentDocument"AT89S52具有下列主要性能： 6\o"CurrentDocument"AT89S52的弓|腳 6\o"CurrentDocument"89C2051介紹 7\o"CurrentDocument"系統(tǒng)的功能實現(xiàn)方法 7\o"CurrentDocument"搖控碼的編碼格式 7\o"CurrentDocument"遙控碼的發(fā)射 7\o"CurrentDocument"紅外發(fā)射電路 8\o"CurrentDocument"紅外接收電路 9\o"CurrentDocument"軟件設計 9\o"CurrentDocument"發(fā)射編碼的軟件設計 9\o"CurrentDocument"接收編碼的軟件設計 114直流穩(wěn)壓電源的設計 11\o"CurrentDocument"直流穩(wěn)壓電源采用單相橋式整流電路 11\o"CurrentDocument"濾波電路 12\o"CurrentDocument"穩(wěn)壓電路 12\o"CurrentDocument"5控制部分 13\o"CurrentDocument"電機驅(qū)動模塊 14\o"CurrentDocument"障礙物檢測和尋跡模塊 14\o"CurrentDocument"6調(diào)試結果及其分析 15\o"CurrentDocument"結論 16\o"CurrentDocument"參考文獻 17附錄 18紅外遙控智能小車系統(tǒng)設計摘要隨著計算機、微電子、信息技術的快速進步，智能化技術的開發(fā)速度越來越快，智能度越來越高，應用范圍也得到了極大的擴展。智能作為現(xiàn)代的新發(fā)明，是以后的發(fā)展方向，它可以按照預先設定的模式在一個環(huán)境里自動的運作，不需要人為的管理，可應用于科學勘探等用途。智能電動小車就是其中的一個體現(xiàn)。設計者可以通過軟件編程實現(xiàn)它的行進、循跡、停止的精確控制以及檢測數(shù)據(jù)的存儲、顯示，無需人工干預。因此，智能電動小車具有再編程的特性，是機器人的一種。本設計采用AT89C51單片機加電機驅(qū)動電路和紅外遙控及循跡模塊還有紅外接收一體化傳感器設計而成，采用模塊化的設計方案，運用紅外遙控器控制小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、啟動和停止。關鍵字：單片機，紅外遙控，直流穩(wěn)壓電源InfraredremoteintelligentcarsystemdesignAbstractWiththerapidprogressofcomputers,microelectronics,informationtechnology,intelligenttechnologydevelopmentspeedfasterandfaster,intelligentincreasingrangeofapplicationshasbeengreatlyexpanded.Smartasamoderninvention,isthefuturedirectionofdevelopment,itcanbeinanenvironmentwhereautomaticoperationinaccordancewiththepre-setpattern,nohumanmanagementcanbeappliedtoscientificexplorationandotherpurposes.Smartelectriccarisoneofexpression.Designerscanbeprogrammedbysoftwaretotheroad,tracking,stoptheprecisecontrolandtestdatastorageanddisplay,withouthumanintervention.Therefore,smartelectriccarhasare-programmingfeatures,isakindofrobot.ThisdesignusesAT89C51SCMandthemotordrivecircuitandtheinfraredremotecontrolandultrasonicmoduleinfraredreceiverintegratedsensordesignmadeuseofmodulardesign,usetheinfraredremotecontrolcarforward,backward,turnleft,turnright,startandstop.Keywords:SCM,infraredremotecontrol,DCregulatedpowersupply引言隨著遠程教育系統(tǒng)的不斷發(fā)展和日趨完善，利用多媒體作為教學手段在各級各類學校都得到了廣泛應用。近年來，在多媒體教學系統(tǒng)的使用、開發(fā)和研制中，經(jīng)常遇到同時使用多種設備，如：數(shù)字投影機、DVD、VCD、錄像機、電視機等，由于各種設備都自帶遙控器，而且不同的設備所遵循的紅外傳輸規(guī)約也不盡相同，操縱這些設備得使用多種遙控器，給使用者帶來了諸多不便。本次畢業(yè)設計的主題就是紅外遙控電路設計。紅外遙控的特點是利用紅外線進行點對點通信的技術，不影響周邊環(huán)境，不干擾其他電器設備。室內(nèi)近距離（小于10米），信號無干擾、傳輸準確度高、體積小、功率低的特點，遙控中得到了廣泛的應用。通過基于單片機的控制指令來對多種設備進行遠程控制，可以選擇不同的按鍵來控制不同的設備。從而方便快捷的實現(xiàn)遠程控制。常用的紅外遙控系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個部分。發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實際上是一只特殊的發(fā)光二極管；由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時，它便發(fā)出的是紅外線而不是可見光。紅外發(fā)光二極管一般有黑色、深藍、透明三種顏色。接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管。在實際應用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應用時是反向運用，這樣才能獲得較高的靈敏度。紅外發(fā)光二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較小，所以紅外接收二極管接收到的信號比較微弱，因此就要增加高增益放大電路。最近幾年不論是業(yè)余制作還是正式產(chǎn)品，大多都采用成品紅外接收頭。1設計要求及指標紅外遙控是目前使用較多的一種遙控手段。紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點。在家庭生活中，錄音機、音響設備、空調(diào)彩電都采用了紅外遙控系統(tǒng)。設計要求利用紅外傳輸控制指令及智能控制系統(tǒng)，借助微處理器強大靈活的控制功能發(fā)出脈沖編碼，組成的一個遙控系統(tǒng)。紅外線編碼是數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)是一種脈寬調(diào)制的串行通訊。紅外線通訊的發(fā)送部分主要是把待發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一定格式的脈沖，然后驅(qū)動紅外發(fā)光管向外發(fā)送數(shù)據(jù)。接收部分則是完成紅外線的接收、放大、解調(diào)，還原成同步發(fā)射格式相同，但高、低電位剛好相反的脈沖信號，其主要輸出TTL兼容電平。最后通過解碼把脈沖信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。本設計的主要技術指標如下：(1)遙控范圍：4—6米⑵顯示可控制的通道⑶接收靈敏可靠，抗干擾能力強⑷控制用電器電流最高為2A。2紅外遙控系統(tǒng)的設計紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，系統(tǒng)采用編/解碼專用集成電路和單片機芯片來進行控制操作。設計的電路由如下的幾個基本模塊組成：直流穩(wěn)壓電源，紅外發(fā)射電路，紅外接收電路及控制部分。系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。圖2-1紅外遙控電路框圖（a）發(fā)射電路框圖圖2-1紅外遙控電路框圖（b）接收電路框圖3紅外收發(fā)電路的設計主要芯片一一閃電存儲型單片機AT89S52的介紹AT89S52具有下列主要性能：8KB可改編程序Flash存儲器(可經(jīng)受1，000次的寫入/擦除周期)(2)三級程序存儲器保密256*8字節(jié)內(nèi)部RAM32條可編程I/O線3個16位定時器/計數(shù)器6個中斷源(7)可編程串行通道(8)片內(nèi)時鐘振蕩器AT89S52是用靜態(tài)邏輯來設計的，并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式一一空閑方式和掉電方式。在空閑方式中，CPU停止工作，而RAM、定時器/計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作。在掉電方式中，片內(nèi)振蕩器停止工作，由于時鐘被“凍結”，一切功能暫停，只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容，直到下一次硬件復位為止。AT89S52的引腳89S52單片機的管腳說明如圖所示：1402p1.0VCC1u393p1.1P0.0384p1.2P0.1375p1.3P0.2366p1.4P0.3357p1.5P0.4348p1.6P0.5339p1.7P0.63210RST/VPD—P0.731JLU11RXD/P3.0EA/VPPJ— JJL1301112TXD/P3.1ALE/PROG ^T7-2913INT0/P3.2PSEN2814INT1/P3.3P2.72715T0/P3.4P2.62616T1P3.5P2.52517WR/P3.6P2.42418RD/P3.7P2.32319XTAL2P2.222JL720XTAL1P2.1JJ21GNDP2.0=JL89C2051介紹89C2051共有20條引腳，如圖3—2所示。P1口共8腳，準雙向端口。P3.0?P3.6共7腳，準雙向端口，如P3.0、P3..1的串行通訊功能，P3.2、P3..3的中斷輸入功能，P3.4、P3.5的定時器輸入功能。在引腳的驅(qū)動能力上，89C2051具有很強的下拉能力，P1,P3口的下拉能力均可達到20mA.相比之下，89C51的端口下拉能力每腳最大為15mA。但是限定9腳電流之和小于71mA.這樣，引腳的平均電流只9mA。89C2051驅(qū)動能力的增強，使得它可以直接驅(qū)動LED數(shù)碼管。相對于89C51它少了一些功能，但是它的功耗少，便于攜帶，更經(jīng)濟使它在發(fā)射電路中起著重要的地位。因此，在本設計紅外發(fā)射的電路中就用了它來實現(xiàn)脈沖信號的產(chǎn)生。U1 89C20511RST VCC(RXD)P3.0 P1.7(TXD)P3.1 P1.6XTAL2 P1.5XTAL1 P1.4(INT0)P3.2 P1.3(INT1)P3.3 P1.2(T0)P3.4 P1.1(AIN1)(T1)P3.5 P1.0(AIN0)GND P3.7202193184175166157148139121011圖3—289C2051的引腳系統(tǒng)的功能實現(xiàn)方法搖控碼的編碼格式該遙控器采用脈沖個數(shù)編碼，不同的脈沖個數(shù)代表不同的碼，最小為2個脈沖，最大為17個脈沖。為了使接收可靠，第一位碼寬為3ms,其余為1ms,遙控碼數(shù)據(jù)幀間隔大于10ms,如圖3—3所示。遙控碼的發(fā)射采用的是89C2051芯片。用P1口組成鍵盤，獲取鍵值，用內(nèi)部的定時器1產(chǎn)生一個40KHz的軟件定時中斷，當作紅外線的調(diào)制基波，當某個操作按鍵按下時，單片機先讀出鍵值，然后根據(jù)鍵值設定遙控碼的脈沖個數(shù)，再調(diào)制成40kHz方波由紅外線發(fā)光管發(fā)射出去。P3.5端口的輸出調(diào)制波如圖3—3所示

電器0的遙控輸出碼電器1電器0的遙控輸出碼電器1的遙控輸出碼圖3—3端口輸出編碼波形圖紅外發(fā)射電路遙控發(fā)射通過鍵盤，每按下一個鍵，即產(chǎn)生具有不同的編碼數(shù)字脈沖，這種代碼指令信號調(diào)制在40KHz的載波上，激勵紅外光二極管產(chǎn)生不同的脈沖，通過空間的傳送到受控機的遙控接收器。P1口作為按鍵部分，P3.5口作為發(fā)射部分，然后用三極管的放大驅(qū)動紅外發(fā)射。電路如圖3—4所示prntpi:pi>FljPl.2LfAn津二二二二prntpi:pi>FljPl.2LfAn津二二二二=一一&<￡<i『i#i<￡-Qx-0￡4圖3—4紅外發(fā)射電路紅外接收電路在接收過程中，脈沖通過光學濾波器和紅外二極管轉(zhuǎn)換為40KHz的電信號，此信號經(jīng)過放大，檢波，整形，解調(diào)，送到解碼與接口電路，從而完成相應的遙控功能。接收電路如圖3-5所示。Q1VCc"ZLP1.5P1^_78P1.1P1.2P1.3P1.4JIESHOU13；121114VCc3112MHz1918Q1VCc"ZLP1.5P1^_78P1.1P1.2P1.3P1.4JIESHOU13；121114VCc3112MHz191822PVCCC317:16-U1P10P00P11P01P12P02P13P03P14P04P15P05P16P06P17P07INT1P20INT0P21TXDP22T1P23T0P24P25EA/VPP26P27X1X2RESETRXDRDALE/I5EWRPSEN89C513029393837363534333221222324U2744AaBbCcDdB1eLTfRB171267:、13

F

F二109.15■141234567abcdefgDPY[LEDgnU257261272286435VCC10VCCU3744AaBbCcDdB1eLTfRB1—g-17 F:12F.~LQ9~9[LEDgnU10uF圖3-5接收電路圖通常，紅外遙控器將遙控信號（二進制脈沖碼）調(diào)制在40KHz的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，產(chǎn)生紅外信號發(fā)射出去。將上述的遙控編碼脈沖對頻率為40KHz（周期為26.3ms）的載波信號進行脈幅調(diào)制（PAM），再經(jīng)緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號發(fā)射出去。根據(jù)遙控信號編碼和發(fā)射過程，遙控信號的識別一一即解碼過程是去除40KHz載波信號后識別出二進制脈沖碼中的0和1。由MCS—51系列單片機AT89S52、一體化紅外接收頭、存儲器、還原調(diào)制與紅外發(fā)光管驅(qū)動電路組成。軟件設計發(fā)射編碼的軟件設計首先，初始化定時器，定時為頻率為40KHz的時間段。當按下某一按鍵時，發(fā)送數(shù)據(jù)1,就開始工作。同時定時器溢出，也就是定時器記滿了，執(zhí)行定時器中斷，中斷程序如下：INTT1：CPLP3.5 ；40KHz紅外線遙控信號產(chǎn)生RETI ;中斷返回由此就產(chǎn)生了40KHZ的載波信號。

當發(fā)送數(shù)據(jù)0時，定時器不工作。發(fā)送程序如下：REMOTE:MOVR1,A ;裝入發(fā)射脈沖個數(shù)LJMPOUT3;轉(zhuǎn)第一個碼發(fā)射處理OUT:MOVR0,#55H;1MS寬低電平發(fā)射控制數(shù)據(jù)OUT1:SETBET1;開11中斷SETBTR1;開啟定時器T1NOP;延時NOPNOPNOPNOPDJNZR0,OUT1;時間不到轉(zhuǎn)。^1再循環(huán)MOVR0,#32H;1MS高電平間隙控制數(shù)據(jù)OUT2:CLRTR1;關定時器T1CLRET1;關11中斷CLRP3.5;關脈沖輸出NOP;空操作延時NOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPNOPDJNZR0,OUT2;時間不到轉(zhuǎn)OUT2再循環(huán)DJNZR1,OUT;脈沖未發(fā)完，轉(zhuǎn)OUT再循環(huán)發(fā)射LCALLDL500MS;RET;OUT3:MOVR0,#0FFH;裝發(fā)謝3MS寬控制數(shù)據(jù)LJMPOUT1;轉(zhuǎn)。^110接收編碼的軟件設計單片機上電復位后，首先對其內(nèi)部定時器初始化，用定時器及軟件計數(shù)的方法，當有信號輸入時，單片機產(chǎn)生中斷，并在P3.1口進行計脈沖個數(shù)，測量P3.1高、低電平的寬度。P3.1引腳平時為高電平，當接收到紅外遙控信號時，由于一體化紅外接收頭的反向作用，INT0引腳下跳至低電平，計算脈沖個數(shù)后通過7447譯碼電路，數(shù)碼管顯示相應的數(shù)值。下面是第一個3ms脈沖的解碼程序。READ1:CLR AMOV DPH,AMOV DPL,AHARD1:JB P3.1,HARD11INC DPTRNOPNOPAJMPHARD1HARD11:MOV A,DPHJZ READOUTT0CLR AREAD11:INC AREAD12:JNB P3.1,READ12MOV R1,#06HREAD13:JNB P3.1,READ11LCALLDELAYREADDJNZ R1,READ134直流穩(wěn)壓電源的設計直流穩(wěn)壓電源采用單相橋式整流電路整流電路主要實現(xiàn)將交流電變換成直流電。實現(xiàn)這一目標主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔?，因此二極管是構成整流電路的關鍵元件。我采用的是單橋式整流電路。本設計整流電路如圖4—1所示。11

圖4—1單橋式整流電路圖濾波電路在整流電路輸出波形中由于含有較多的紋波成分，與所要求的波形不太符合。所以在整流電路后接濾波電路以濾去整流輸出電壓的紋波。而濾波電路常有電容濾波，電感濾波和RC濾波等。本電路采用的是電容濾波電路。如圖4—2所示。圖4—2電容濾波電路圖4.3穩(wěn)壓電路典型應用電路如圖4—3所示。圖中C1、C2用于頻率補償，防止自激振蕩和抑制高頻干擾;護二極管，發(fā)射結。C3圖4—2電容濾波電路圖4.3穩(wěn)壓電路典型應用電路如圖4—3所示。圖中C1、C2用于頻率補償，防止自激振蕩和抑制高頻干擾;護二極管，發(fā)射結。C3采用電解電容，以減少電源引入的低頻干擾對輸出電壓的影響；D是保

當輸入端短路時，給C3一個放電的通路，防止C3兩端電壓激穿調(diào)整管的U17805Vin+5V+5VC21100uC220.1u—pC190.1l=^C20 2100u1212GND圖4—3穩(wěn)壓電路圖5控制部分在控制部分采用了隔離驅(qū)動電路，用光電器件作為隔離元件，利用光耦來隔離強電，以防止強電影響單片機的工作。光電耦合器是由發(fā)光二極管和光敏三極管組合起來的器件，發(fā)光二極管是把輸入邊的電信號變換成相同規(guī)律變化的光，而光敏三極管是把光又重新變換成變化規(guī)律相同的電信號，因此，光起著媒介的作用。由于光電耦合器抗干擾能力強，容易完成電平匹配和轉(zhuǎn)移，又不受信號源是否接地的限制。所以應用日益廣泛。光電隔離的目的是割斷兩個電路的電氣聯(lián)系，使之相互獨立，從而也就割斷了噪聲從一個電路進入另一個電路的通路。光電隔離是通過光電耦合器實現(xiàn)的。外殼有金屬的或塑料的兩種。發(fā)光二極管和光敏三極管之間用透明絕緣體填充，并使發(fā)光管與光敏管對準，以提高其靈敏度，光電耦合器的電路符號如圖5—1所示。U11圖5—1光電耦合器原理圖通過接地電阻可OPTOISO2速度和靈敏度?？偟膩碚f，電阻越小，響應速度越高。電路如圖5—2所示。圖5—2控制電路圖通過光耦后，利用繼電器就可以實現(xiàn)對不同的設備或者其他要控制的設備進行控制，從而實現(xiàn)了弱電來控制強電的功能，也能控制不同的設備。這里用發(fā)光二極管來代替，實際上可以控制多個不同的強電設備13電機驅(qū)動模塊該模塊主要由芯片L298控制兩個電機的正反轉(zhuǎn)，以及改變電機的轉(zhuǎn)速，其電路如圖所示。L298芯片是一種高壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器。其中SENSEA、SENSEB分別為兩個H橋的電流反饋腳，不用時可以直接接地。VCC，VS是接電源引腳，電壓范圍分別是4.5?7V、2.5?46V,設計中VCC端與單片機電源端共用5V工作電源，VS端獨立接9V電源。ENA,ENB為使能端，低電平禁止輸出。INI,IN2,IN3,IN4為數(shù)據(jù)輸入引腳，OUT1,OUT2,OUT3,OUT4為數(shù)據(jù)輸出引腳。D1~D8是保護二極管(IN5819),用于釋放掉電機停車時產(chǎn)生的反響尖峰電勢，否則會擊壞L298。障礙物檢測和尋跡模塊障礙物檢測和軌跡檢測原理是相同的。從經(jīng)濟的角度考慮，該模塊選用了反射式光耦，其電路如圖所示。反射式光耦由一個紅外發(fā)射管和一個光敏三極管組成。LM324是電壓比較器，當3腳的電平大于2腳時，輸出端1腳輸出高電平，反之輸出低電平。高低電平的值取決于LM324的2腳電平，調(diào)整電位器R23使LM324的2腳電壓為3V。避障電路安裝在小車的頭部的左右兩邊，分別用于檢測左右障礙物。工作過程是：當無障礙物時，不反射紅外線，光敏三極管截止，LM324的3腳在R16的上拉作用下為高電平(5丫)，大于2腳電壓(3V),輸出高電平；當遇到障礙物時，反射紅外線，光敏三極管導通，比較器3腳接地，小于2腳電壓(3V),輸出低電平。單片機根據(jù)電平的變化判斷有無障礙物，當左邊遇到障礙物時小車右轉(zhuǎn)，當右邊遇到障礙物時小車左轉(zhuǎn)。循跡電路安裝在小車的底部的左右兩邊，循跡是通過辨別黑白色來行走。工作過程是：紅外發(fā)射管發(fā)出紅外光，當遇到黑色，不反射紅外光，比較器輸出為高電平；當遇到白線，紅個光反射回來，比較器輸出為低電平。當左邊檢測到白色時小車右14轉(zhuǎn)，當右邊檢測到白色時小車左轉(zhuǎn)，當兩邊檢測到的都是黑色時小車前進，當兩邊檢測到的都是白色時小車停止。6調(diào)試結果及其分析本電路總共設計了8個輸入按鍵，7,8為特殊按鍵。當輸入一個按鍵5時，通過紅外發(fā)射和接收電路，對應的繼電器5的設備工作即5號發(fā)光二極管發(fā)光，而數(shù)碼管顯示工作的設備的個數(shù)，就顯示1。當再次按下按鍵5時，5號發(fā)光二極管滅，數(shù)碼管顯示0。當同時按下兩個鍵3和4時，3號和4號二極管亮，數(shù)碼管顯示2。當按下按鍵7時，所有設備都不工作，數(shù)碼管顯示0，發(fā)光二極管都不發(fā)光。當按下按鍵8時，所有設備都工作，數(shù)碼管顯示6,發(fā)光二極管都發(fā)光。本設計在調(diào)試過程中也遇到很多問題。(1)電路要求遙控控制距離為4—6m，在利用38KHz的接收頭時，雖然能接收到信號，但是接收的距離很有限。經(jīng)過反復調(diào)試，換用40KHz的接收頭時基本滿足了設計需求。(2)由于將3ms的接收脈沖放在1ms的后面，編碼解調(diào)出現(xiàn)錯誤，導致接受端無信號輸出。解決方法是將3ms的接收脈沖放在前面就可以接收到信號。因為在電路的解碼過程中，單片機進行數(shù)碼幀的接收處理，首先是對3ms的脈沖檢驗，當?shù)谝晃坏碗娖酱a的脈寬小于2ms時就會錯誤處理。在初始化過程中，將