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基于STC89C52单片机的智能小车.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.46M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    一、方案论证与比较
    方案一：电机控制单元：
    方案二：传感器单元
    方案三：超声波测距方法
    二、理论分析与计算
    三、系统设计
    3.1设计理念
    3.2设计要求
    3.3整个系统的模块设计原理、方案和框图
    ⑴寻迹模块：
    ⑵红外避障
    ⑶超声波测距模块
    3.4整个系统各I/O口功能介绍：
    四、软件设计
    红外解码部分程序：
    寻迹程序设计流程图：
    寻迹模块部分程序
    红外跟踪部分源程序：
    超声波程序流程图
    五、系统测试
    六、结论
    附录一、相关设计图
    整个底盘驱动及光电传感器pcb：
    驱动模块：6、7引脚分别为正转和反转
    光电传感器模块：
    红外跟踪原理图：
    超声波原理图：
    液晶显示pcb：
    附录二、相关设计程序
    寻迹源程序：
    超声波测距源程序：
    红外避障：
    西华大学电子设计竞赛设计报告 摘 要： 随着微电子技术的不断发展，微电子器芯片的集成度越来越高，单片机已可以在一块 芯片上同时集成 CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放 大器、A/D、D/A 转换器等多种电路，这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合， 组成智能化测量控制系统。这种技术促使智能车技术也有了突飞猛进的发展。单片机 技术作为自动控制技术的核心之一，被广泛应用于工业控制、智能仪器、机电产品、 家用电器等领域。随着微电子技术的迅速发展，单片机功能也越来越强大，与此同时， 超声波在测距仪中应用越来越广，但就目前技术水品来说，人们可以具体利用的测距 技术还十分有限，因此这是一个正在蓬勃发展二又有无限前景的技术及产业领域。 综上理由触动了我们，对智能小车产生浓厚的兴趣，本次作品主要是以单片机 STC89C52 为控制核心、利用红外遥控控制单片机的工作状态，从而实现小车黑白智 能寻迹、超声波测距功能，整个系统电路结构简单，可靠性较强，能准确实现寻迹和 距离的测量，其中超声波测距范围为 0～110cm，误差范围不超过 2mm。以下为本次我 们小组所做的智能小车介绍。 关键词： STC89C52 单片机 红外遥控 超声波测距 光电传感器 Abstract: intelligent With the continuous development of microelectronics technology, the increasing integration of the microelectronic chip, the microcontroller has been on a single chip also integrates the CPU, memory, timer / counter, parallel and serial interface, watchdog, the formerset the amplifier, the A / D, D, / A converters and other circuits, computer technology, which is very easy with the measurement and control technology to form intelligent measurement and control system. This technology to promote smart car technology has made rapid development. SCM technology as the core of one of the automatic control technology, is widely used in industrial control, instruments, mechanical and electrical products, household appliances and other fields.With the rapid development of microelectronics technology, the MCU function is also more powerful at the same time, ultrasonic range finder more widely applied, but the current water products, the specific use of distance measuring technologyalso very limited, so this is the field of technology and industry is booming, the two and the unlimited prospects. To sum up the reason to touch us, the smart car a keen interest in this work mainly the microcontroller STC89C52 for the control of the core, using the infrared remote control MCU state, in order to achieve the car black and white intelligent tracing, ultrasonic distance measurement the entire system, a simple circuit structure, strong reliability, accurate tracing and distance measurement, ultrasonic distance measurement range of 0 ~ 110cm, the error range of no more than 2mm. The following is the work of our group, smart car. function, Keywords： STC89C52 microcontroller Ranging Sensor Infrared remote control Ultrasonic 一、方案论证与比较....................................................................................................3 方案一：电机控制单元：.....................................................................................3 1
    西华大学电子设计竞赛设计报告 方案二：传感器单元.............................................................................................3 方案三：超声波测距方法.....................................................................................4 二、理论分析与计算....................................................................................................4 三、系统设计................................................................................................................4 3.1 设计理念.......................................................................................................... 4 3.2 设计要求.......................................................................................................... 5 3.3 整个系统的模块设计原理、方案和框图...................................................... 5 ⑴寻迹模块：..................................................................................................5 ⑵红外避障......................................................................................................6 ⑶超声波测距模块..........................................................................................6 3.4 整个系统各 I/O 口功能介绍：....................................................................... 6 四、软件设计................................................................................................................7 红外解码部分程序：.............................................................................................7 寻迹程序设计流程图：.........................................................................................8 寻迹模块部分程序.................................................................................................8 红外跟踪部分源程序：.........................................................................................9 超声波程序流程图.............................................................................................. 11 五、系统测试............................................................................................................. 15 六、结论..................................................................................................................... 16 附录一、相关设计图................................................................................................. 17 整个底盘驱动及光电传感器 pcb：....................................................................17 驱动模块：6、7 引脚分别为正转和反转......................................................... 17 光电传感器模块：.............................................................................................. 18 红外跟踪原理图：.............................................................................................. 18 超声波原理图：.................................................................................................. 18 液晶显示 pcb：....................................................................................................19 附录二、相关设计程序............................................................................................. 19 寻迹源程序：...................................................................................................... 19 超声波测距源程序：.......................................................................................... 21 红外避障：.......................................................................................................... 30 2
    西华大学电子设计竞赛设计报告 一、方案论证与比较 方案一：电机控制单元： A.电机的选择方案： a：采用步进电机作为该系统的驱动电机，其转过的角度可以精确的定位，从而能实现小车 前进路程和未知的精确定位，但是步进电机输出力矩较低，随转速的升高而降低，且转速较慢， 不适宜用于小车等有一定速度要求的系统，由此我们放弃了此方案。 b：直流电机的控制方法简单，只需给电机控制线加上适当的电压即可实现电机的转动，且 在安全范围内电压越高转速越快，对于直流电机速度调节还可以采用 PWM 调速方法，即为给定的 电压为方波形式，通过改变方波的占空比实现电机转速的调节。 基于以上分析，我们选择方案 b。 B 电机驱动： 从单片机输出的信号源功率很弱，即使没有其他负载也无法带动电机，所以在实际电路中我 们加入了电机驱动芯片提高输入电机信号的功率，从而能够根据需求控制电机。 a． LG9110 作为电机驱动，它是控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集 成器件，将分立电路集成在单片 IC 中，使外围器件成本低，可靠性较高，该芯片有两个 TTL/CMOC 兼容电平输入，具有较大的电流驱动能力，每通道能通过 750～800mA 的持续电流，峰值电流可 达 1.5～2.0A 具有管脚高压保护功能，工作温度：0～80℃。工作电压为 2.5v～12v。 b． L298 电机驱动，它是意大利 SGS 半导体公司生产的步进电机专用控制器，它能产 生 4 相控制信号，可用于计算机控制的两相双极和四相单相步进电机，能够用单四拍、双四拍、 四相八拍方式控制步进电机。芯片内的 PWM 斩波器电路可开关模式下调节步进电机绕组中的电机 绕组中的电流。该集成电路采用了 SGS 公司的模拟/数字兼容的 I2L 技术，使用 5V 的电源电压， 全部信号的连接都与 TFL/CMOS 或集电极开路的晶体管兼容。L297 的芯片引脚特别紧凑，采用双 列直插 20 脚塑封封装，但其工作电压一般为 12v。 便于供电方便，统一为单片机供电，我们选择了方案。 方案二：传感器单元 在传感器方案选择中有以下两种方案供参考： a：使用 CCD 传感器来采集路面信息，CCD 可以获取大量的图像信息，可全面的掌握路面信息， 可以进行较远距离的预测和识别复杂路面且抗干扰能力强。但是本次不合适用它，首先使用它需 要有大量的图像处理，需要大量的数据存储与计算。 b：光电传感器：使用光电传感器最大优点在于结构简明，实现方便，成本低，反应灵敏， 但只能近距离检测，且所获取的信息不完全，只能对简单的黑白判别，受影响较大。 在本次设计中赛道为黑白色，所以选择简单的光电传感器即可。 3
    西华大学电子设计竞赛设计报告 方案三：超声波测距方法 超声波测距的原理是利用超声波的发射与接收，根据传播时间计算距离，适用的测距方法有 两种： a..在被测距离的两端，一端安装发射器，另一端安装接收，这种直接的测距适用于身高计。 b.发射波被物体反射回来后接收，适用于测距仪。 便于对波，本次设计我们小组选用了反射式的方法 二、理论分析与计算 寻迹和红外跟踪原理其实质是相同的，都是在红外发射和接收后对信号的高低情况作程序分 析和处理，由于硬件设计不太符合路面导致程序较多较复杂。寻迹时当提示灯熄灭时标明相应位 置的出有路面，则小车向路面行驶：当左灯熄灭或左、中都熄灭时小车左转；当右灯熄灭或右、 中都熄灭时小车右转；当三灯都熄灭或只有中间熄灭时小车前进；当三灯都亮时，小车后退。 避障模块与寻迹程序性质类似，只是信号刚好相反，当指示灯亮时小车向相反的方向行驶： 当左灯亮左、中都亮时小车向右行驶；当右灯亮或右、中都亮时向左行驶；当三灯都灭时小车向 前行驶；三灯都亮或左右亮而中间灭时小车后退。 由于寻迹和红外跟踪模块较为简单，不需复杂的分析和计算，所以在此就不做具体的理论分 析了，以下为超声波测距的理论分析和计算。 超声波测距的原理为超声波发生器 T 在某个时刻发出一个超声波信号，当这个超声波遇到被 测物体后反射回来，被超声波接收器 R 接收到，由此只要计算出超声波发射信号到接收信号所用 的时间，就可算出被测物体到超声波的距离。距离计算公为：S=vt/2。其中 S 为被测物体到超声 波的距离，v 为声波当时的声速，t 为发射到接收所用的时间。在启动发射的同时启动单片机的 定时器 T0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波反 射波时，接收电路输出产生一个负跳变， INT0 端产生一个中断请求信号，单片机相应外部中断 请求，执行外部中断子程序，读取时间差，计算距离： 三、系统设计 3.1 设计理念 智能小车实现路面标记跟踪、红外遥控功能选择、超声波测距等功能，并能在行驶过程中用 指示灯等方式提示电动机行驶状态。 采用左右独立的传动模式行驶，通过光电、红外等传感器，由红外控制单片机工作，实现智 能小车功能选择及行驶状态。 4
    西华大学电子设计竞赛设计报告 3.2 设计要求 1. 以单片机 STC89C52 为核心，附以外围电路实现红外遥控智能小车的功能选择。 2.以单片机 STC89C52 为核心，附以外围电路，在画有黑线的“白路面”上行驶。 3.以单片机 STC89C52 为核心，附以外围电路，实现超声波测距并在 12864ZW 液晶屏上显示 出测量距离。 4.红外避障。 3.3 整个系统的模块设计原理、方案和框图 整个系统为第一块单片机实现红外遥控功能选择，即实现寻迹、红外遥控、避障以及驱动第 二块单片机工作实现超声波测距及显示功能。其中寻迹模块系统分为检测、控制、驱动；红外避 障模块系统分为红外发射、红外接收、单片机控制驱动电机工作；超声波测距模块分为超声波发 射、超声波接收、单片机内部数据运算、显示数据。以下为整个系统设计方案框图： 第一块单片机 红外遥控功能转换 红外 遥控 寻迹 开关 ↓ 避障 开关 第二块单 片机运行 开关 ↓ ↓ ↓ ↓ 红外 遥控 寻 迹 避 障 超声波 测距 ⑴寻迹模块： ①模块原理： 原理：智能寻迹主要是由车头红外发射与接收探头来完成的。根据光有反射特性，所以当红 外发射出来的光线遇到物体就会反射，而经过反射的红外光线刚好被接收探头接收到，探头接收 端将输出高电平并送到单片机，由单片机内部程序控制小车状态。 ②设计方案框图： 5
    西华大学电子设计竞赛设计报告 整个模块分为检测、控制、驱动三个模块。首先利用光电对管对路面进行检测，经过比较器 处理之后，送给软件控制模块，单片机输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制整个 小车运动。系统方案框图如图 3-1 所示： ⑵红外避障 1 模块原理： 红外发射出的红外线经物体反射后由红外接收管接收，将接收到的信号送给单片机，由单片 机内部程序驱动电机工作远离物体，从而起到避障的作用 2 设计方案流程图： 红外发射→红外接收→单片机→电机→避障 ⑶超声波测距模块 ①模块原理： 发射器发出的超声波以速度 v 在空中传播，在遇到物体时被反射，有接收器接收，其往返时 间为 t，由 S=vt/2 即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其速度 v 与温度有关， 下表列出几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速基本不变的，如 果变化大且对测距要求很高，则需用温度补偿的方法加以校正。 ②设计方案框图： 图 3-2 超声波测距方案框图 3.4 整个系统各 I/O 口功能介绍： 第一块单片机： 6
    西华大学电子设计竞赛设计报告 P2^0、P2^1、P26^2 分别为中、左、右红外接收脚；P2^6 为继电器开关控制脚； P2^7 脚为嗡鸣器脚； P3^2 红外遥控信号输入脚； P0^0、P0^1、P0^2、P0^3 电机驱动引脚； P1 脚为行驶图案显示脚； 第二块单片机： P0 脚为 12864 液晶显示频； P3^2 为超声波信号接收引脚； P3^3 为超声波信号发射引脚； 四、软件设计 红外解码部分程序： void Ircordpro(void)//红外码值处理函数 { unsigned char i, j, k; unsigned char cord,value; k=1; for(i=0;i<4;i++) //处理 4 个字节 {for(j=1;j<=8;j++) //处理 1 个字节 8 位 {cord=irdata[k]; if(cord>6)//大于某值为 1，这个和晶振有绝对关系， value|=0x80; if(j<8) { value>>=1;} k++;} IRcord[i]=value; value=0; } 7
    西华大学电子设计竞赛设计报告 irpro_ok=1;//处理完毕标志位置 1} 寻迹程序设计流程图： 寻迹模块部分程序 #include //#define Runshow P1//定义数据显示 sbit leftIR=P3^5;//定义前方左侧红外探头指示灯 8
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