电气工程及其自动化毕业设计：基于MC9S12的光电导航智能公交系统的设计.doc

1、本科毕业论文（20 届）基于 MC9S12 的光电导航智能公交系统的设计所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 基于 MC9S12 的光电导航智能公交系统摘要近年来随着计算机通信技术在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，智能化已是现代科技发展的主流，公共交通智能化也是以后发展的方向，本作品用飞思卡尔公司的单片机 MC9S12XS128 和 STC89C52 结合在一起来实现一套智能公交系统的功能。智能小车的循迹功能是采用 XS128 单片机实现的，XS128 单片机是一款功能比较齐全的单片机，具有 8 通道独立的 PWM 模块，8 通道数模转

2、换器和模数转换器，1 个高速脉冲累加计数器，8 通道输入捕捉和输出比较电路等功能模块，可选择内部时钟和外部时钟控制单片机，另外它具有体积小，功耗低，工作稳定，使用简单等特点，因此特别适合于我们学生做设计。关键词：MC9S12X128;智能;循迹Electro-optical Navigation Intelligent Transport System Based On The MC9S12ABSTRACTIn recent years, with the infiltration of computer communication technology in the field of soc

3、iety and the development of large scale integrated circuit, intelligent is the mainstream of the development of modern science and technology, intelligent public transportation is the developing direction of later, this work USES freescale microcontroller STC89C52 MC9S12XS128 and combined together t

4、o achieve the function of a set of intelligent transport system. The tracking function of the smart car is using XS128 singlechip microcomputer, XS128 microcontroller is a relatively complete function of single chip microcomputer, independent of the PWM module, can choose the internal clock and exte

5、rnal clock control of single chip microcomputer, and it has small volume, low power consumption, stable work, using a simple wait for a characteristic, therefore particularly suitable for us students to do design.Key words: MC9S12;Intelligent car;Followed the mark目录1. 绪论 .11.1. 课题背景及意义 .11.2. 课题研究现状

6、 .11.3. 本设计内容和任务要求 .12. 工作原理 .32.1. 系统功能 .32.2. 系统总体工作原理 .32.3. 直流电动机的控制原理 .32.3.1. PWM 调速原理 .32.3.2. BTS7970 芯片的工作原理 .42.4. 循迹模块原理 .72.5. 超声波模块原理 .92.6. 步进电机控制原理 .92.6.1 步进电机工作原理 .92.6.2 ULN2003 芯片工作原理 .92.7. 光电开关工作原理 .102.8. 本章小结 .113. 硬件分析 .123.1. MC9S12XS 芯片的介绍 .123.1.1. 简介 .123.1.2. 引脚说明： .123.

7、1.3. 单片机的 I/O 口特点： .133.1.4. 单片机的 PWM 口特点 .143.1.5. 单片机的输入捕捉模块特点 .153.1.6. MC9S12X128 最小系统设计 .153.1.7. 电源模块电路图 .163.2. STC89C52 芯片的介绍 .173.2.1. 简介 .173.2.2. 单片机的 I/O 口特点 .183.2.3. 单片机的外部中断口特点 .183.2.4. 单片机的定时器模块特点 .183.2.5. STC89C52 最小系统设计 .193.2.6. 电源滤波模块 .193.3. 直流电机驱动电路设计 .203.3.1. 电机驱动电路 .203.3.

8、2. 隔离保护电路 .203.4. 步进电机驱动电路设计 .213.5. 循迹电路图 .213.6. 超声波距离检测电路 .223.7. OLED 显示模块 .233.8. 舵机方向控制模块 .233.9. 光电开关 .243.10. 本章小结 .244. 软件分析 .264.1. 开发环境介绍 .264.1.1. STC89C52 软件开发环境 .264.1.2. MC9S12X128 软件开发环境 .274.2. 系统工作流程 .284.2.1. STC89C52 系统工作流程 .284.2.2. MC9S12X128 系统工作流程 .294.3. 本章小结 .31总结 .32参考文献 .

9、33致谢 .34附录 .35附录 A 基于 MC9S12 的光电导航智能公交系统程序 .35附录 B 基于 MC9S12 的光电导航智能公交系统实物图 .48基于 MC9S12 的光电导航智能公交系统11. 绪论1.1. 课题背景及意义近年来随着计算机通信技术在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，智能化已是现代科技发展的主流，公共交通智能化也是以后发展的方向，本作品用飞思卡尔公司的单片机 MC9S12XS128 和 STC89C52 结合在一起来实现一套智能公交系统的功能。智能小车的循迹功能是采用 XS128 单片机 实现的， XS128 单片机是一款功能比较齐全的单片机，具有独立的 PWM

10、 模块，可选择内部时钟和外部时钟控制单片机，另外它具有体积小，功耗低，工作稳定，使用简单等特点，因此特别适合于我们学生做设计。1.2. 课题研究现状无人驾驶技术是智能公交的基础，智能公交系统在无人驾驶的基础上诞生，目前智能公交技术在地铁、火车等轨道交通中已有较成熟的技术和广泛应用；但在道路交通领域的应用几乎还是空白。智能车辆是一个运用计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动化控制等技术来实现环境感知、规划决策和自动行驶为一体的高新科技综合体,所以智能小车的研究、开发和应用是我们学生的一个很有价值的学习平台，而且智能小车的研究也涉及、传感技术，电气控制技术，自动化控制等学科，综合性较强，应

11、用领域日益广泛，本设计是一个非常接近现代智能车辆的研究项目，目的在于提高自己的综合应用所学基础理论和专业知识、基本技能,。通过毕业设计,使自己对本专业有更深入的的了解，特别是单片机的编程、电脑软件编程、传感器的使用和直流电机的控制等方面，有了更深入的认识，并能将我所学到的理论联系到实践中去，全面的给我们之前所学的知识做一次总结，提高我们的动脑和动手的能力，为今后独立工作打下基础。1.3. 本设计内容和任务要求基于 MC9S12 的光电导航智能公交系统2设计采用的主要设备有飞思卡尔单片机 MC9S12XS128、STC89C52、红外光电发射接收管、超声波测距模块等，系统分为硬件和软件两部分，在

12、实现自动循迹驾驶的基础上完成智能公交系统功能。具体要求与任务如下：1、通过光电传感器自动识别道路信息。2、进入站台停于准确位置。3、与站台安全门配合确保乘客上下车安全。4、前方安全距离检测，合理控制速度，防止追尾。基于 MC9S12 的光电导航智能公交系统32. 工作原理2.1. 系统功能在预先的给定路线上行驶，小车通过红外光电管收集路面信息反馈给单片机，单片机作出判断并能自动控制行驶路线；进入站台识别站台标志并自动停车，站台门打开，一定时间后站台门关闭，小车启动，模拟公交系统；小车还可以自动检测前方障碍物，并减速或停车以反应保护小车，以免车身与障碍物相撞。2.2. 系统总体工作原理用飞思卡尔

13、单片机 MC9S12X128 作为主控芯片，通过红外光电发射接收管获取道路信息，自动识别运行轨迹和站台标志，通过液晶显示屏显示站台名等信息，并做出相应的停车开门动作，预定时间到时启动小车继续前进，小车还能通过超声波检测前方障碍物，做出减速或者停车保护措施，避免碰撞障碍物或者追尾。站台系统用STC89C52 单片机控制，通过光电开关检测车辆进站，等待车辆停稳后打开站台门，预定时间到时发出提示并关闭站台门。整个系统的工作流程图如图 4-4 和图 4-5 所示。 2.3. 直流电动机的控制原理2.3.1. PWM 调速原理PWM 就是根据脉冲脉宽调制原理，输出不同频率和占空比的方波，频率和占空比都可

14、以自由设定。所谓占空比(Duty Ratio)就是在一段理想的方波脉冲周期序列中，正脉冲的持续时间占整个脉冲周期的比例。如图 2-1 所示，整个脉冲周期是 T，高电平持续时间是 t，占空比就是 t 除以 T。 所脉宽调制就是，输出我们最终想要周期和占空比的脉冲序列。脉宽调速原理是通过改变正脉冲的宽度来改变加在直流电机电枢两端的等效电压,从而控制电机的转速。基于 MC9S12 的光电导航智能公交系统4图 2-1 占空比图2.3.2. BTS7970 芯片的工作原理BTS7970 是高电压大电流功率集成半桥电路.使用逻辑电平控制调节,可以各种容性和感性负载。H 桥原理图如图 2-2 所示，实际使用

15、的时候，用两片 BTS7970 制作的 H 桥驱动电路，这样制作的驱动外围电路简单，驱动能力强，接通供电电源和芯片控制电源、电机驱动就可以正常工作了，在其额定功率范围内可以非常稳定可靠的工作。所以本设计采用两片 BTS7970 芯片来搭建 H 桥直流电动机驱动。图 2-3 中所示为一个典型的直流电机控制驱动电路。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管，另外一对截至。根据不同三极管对的导通情况，控制电流从不同方向流过电机，从而控制电机的转向。为了使直流电动机以不同的转向启动，一定要使其中一个对角线上的两个管接通，另一个对角线上的两个管截止。如图 2-4 所示，当三极管 Q1 与三极管 Q4 管同时导通且三极管 Q2 与三极管 Q3 管同时截止时，电流就从电源正极经三极管 Q1 流过直流电机，然后再经三极管 Q4 流回电源负极。如图中电流箭头指出，这个方向的电流将使直流电机顺时针旋转。（直流电机周围的箭头表示为电枢旋转方向）。基于 MC9S12 的光电导航智能公交系统5图 2-2 H 桥驱动整体电路图 2-3 H 桥驱动电路