1、学科代码： 学 号：XXXXXXXXXXXXX 大 学（本 科）毕 业 论 文题 目：基于单片机的多功能智能小车设计学 院：专 业：年 级：姓 名： 指导教师： 完成时间：20 年 月 日、基于单片机的多功能智能小车设计摘要：近几年，我国经济的迅速的增长使得小车的销售量逐渐升高，2016 年，我国新能源汽车的销售达到了 51.7万辆，销售率同比增长了 20.5%。汽车数量的日益增多使得交通拥挤的现象越来越严重，因此，交通事故的发生的频率也在逐渐的增多。为了提高小车运行的安全，本文提出了一种基于单片机的多功能智能型小车的设计。本文以 STC89C51的单片机为核心，设计了一款多功能的智能小车，由
2、于 STC89C51的单片机在市场上受到了消费者普遍的好评，利用它进行智能小车的设计，既满足了大众的需求，又提高了小车设计的性能。同时，本文还结合了直流电机 L298N型号的驱动芯片、E18-D80NK 红外避障传感器、TCRT5000 红外反射式接近开关传感器对智能小车的整体进行了构架。关键词：单片机；多功能；智能小车；设计AbstractIn recent years, Chinas rapid economic growth makes the car sales gradually increased, in 2016, Chinas new energy vehicle sales
3、reached 517,000, sales rate increased by 20.5%. The increasing number of cars makes traffic congestion more and more serious, so the frequency of traffic accidents is gradually increasing. In order to improve the safety of car operation, this paper presents a multi-functional intelligent car based o
4、n single-chip design.In this paper, STC89C51 single-chip as the core, designed a multi-functional smart car, as STC89C51 microcontroller in the market by consumers generally praise, use it for intelligent car design, both to meet the needs of the public, but also improve The performance of the car d
5、esign. At the same time, this article also combines the DC motor L298N model driver chip, E18-D80NK infrared obstacle avoidance sensor, TCRT5000 infrared reflector proximity switch sensor on the overall structure of the smart car.Key Words: Single-chip； multi-function； intelligent car； design目 录Abst
6、ract .3引言 .41 方案选型 .41.1 车体设计 .41.2 电机驱动选择 .42.3 PWM 调速技术 .62.4 循迹模块技术 .62.5 避障模块技术 .72.6 控制系统模块 .72.7 电源选择 .82 总体方案设计 .82.1 设计任务描述 .82.2 总体设计 .82.3 需求分析 .92.4 总体方案 .93 硬件电路设计 .93.1 电源电路设计 .93.2 驱动电路设计 .93.3 循迹避障部分电路 .104 程序设计 .124.1 主程序设计概述 .124.2 主程序流程图 .124.3 驱动程序流程图 .134.4 循迹程序流程图 .144.5 避障程序流程图
7、 .155 制作安装与调试 .165.1 小车的安装 .165.2 小车运动模式调试 .165.3 小车循迹调试 .175.4 小车避障调试 .175.3 小车的功能 .17结论 .18参考文献 .19引言当前，关于智能化小车的设计越来越成为当前学者们关注的热点问题，对于智能小车的设计，采用的方法也越来对多样，利用单片机的程序设计的智能小车也是其中的一种。单片机的技术的使用提升了小车的性能，帮助小车减少了阻碍，并将小车在运行过程中所遇到的危险降低到了最下化。因此，本文应用了现代化的思维，利用 STC89C51 的单片机对智能小车进行设计。不同型号的单片机的优点和缺点也各不相同，本文选择了在市场
8、上广泛得到认同的STC89C51 的单片机对智能小车的程序进行了总体的设计，主要满足了大众的需求。1 方案选型1.1车体设计本次设计采用了两轮驱动式的车体。两轮驱动的优势就是充分的利用了两个电机来驱动；两个轮子，这种做法主要是满足了小车动力能够得到均匀的分配。在小车遇到滑动的紧急时刻时，能够降低小车滑动的力度。另外，使用四轮驱动对小车安全性的提升更加的明显。两者同时都可以根据路面的行驶的状态通过发动机传输将按钮分布在轮子上，提高小车行驶的性能。两轮驱动比四轮驱动容易，驱动元件的分布较为密集。1.2电机驱动选择小车在行驶的过程中，必须要使用轮子来实现驱动，由于小车在行进的过程中每个轮子的转速是不
9、一样的。为了区分每个轮子在转弯时的速度，因此，就需求利用电机的驱动模块对电机进行驱动。直流电机的优势在于它能够反复的承受冲击，驱动过程也只是需要合适的直流电压驱动就可以了。直流电机解决了小车在转弯的过程中遇到的急速转弯与反复转动时遇到的问题。由于直流电压的转速范围较广，转速实现方便，因而只需要合适的电压就能实现其转动。它是不需要精确的计算与全圈数的限制的。为了实现电机的驱动，就需要借助单片的 I/O 来实现，I/O 使用两的增加也增加了设计的难度。选择直流电机能够降低难度。直流电机的驱动模式呈现了“H”型的驱动，它的组成是由四个晶体管和一个电机组成。在组成的结构中，四个晶体管组成的形式恰好呈现
10、了一个“H”的形状，接上了“+ ”、 “-”电压后，就能成功的实现驱动。在使用的过程中，使用单独的元器件来实现“H”型电路非常的有难度。为了实现 “H”型的桥式电路可以使用市面上的封装的芯片。因此在设计电路时需要考虑芯片的工作范围，控制电路实际所需要的信号。图 1-1H 桥式驱动电路驱动模块采用了专用的芯片 L298N 作为本次智能小车设计的电机驱动的芯片，型号 L298N 芯片具有的优势体现在它是一个具有高压大电流的全桥驱动芯片，它响应频率较高，它能够控制两个直流电机。图 1.2 是 L298N 的引脚图和输入输出关系表。图 1-2 L298N 外部引脚表 1-1 L298N 输入输出关系E
11、NA IN1 IN2 电机运行情况H H L 正转H L H 反转H IN2 IN1 快速停止L X X 停止L298N 的 5、7、10、12 四个引脚接到单片机上，通过对单片机的编程就可实现两个直流电机的 PWM 调速控制。图 1-3 L298N 电机驱动电路1.3 PWM调速技术利用 PWM 技术来实现硬件的调试的方式有两种，一种是硬件的调制法，另外一种就是生成法。硬件生成的方法主要是利用波形的调制的信号将需要传递的信息用波形来改变。由于在三角比较容易实现系统控制，利用参数进行调节也比较容易。由于复杂的信号是不同的正弦信号叠加而成。利用正弦波的信号来实现 PWM 波的调制，利用这种信号产
12、生信号会更加的容易，利用 PWM进行波形的变幻时只需要在软件的程序中进行简单的修改就能实现系统的控制。由于硬件调制法电路是属于模拟电路，其结构比较复杂，而且在实现电路设计和搭建时，相比较起来不方便，难以实现精确的控制。而软件生成法就比较简单，只要在控制程序里加上 PWM 调制就可以。因此，我采用软件生成法来实现 PWM 波形。1.4 循迹模块技术小车前进的过程中，我们要将小车的行驶的灵敏性考虑其中。因为只有保证了小车的较强的灵敏性才能对小车行驶的路径进行较好的探索。循迹模块的采用可以通过采用发光的红外线二级管来照明，例如利用光电流的形式将红外线连接在电路上，对产生的信号的通电系统进行利用，使用
13、这一模块的优势在于，光电信号会随着光的变化而产生变化。它受到光强的作用比较明显，本次设计的智能小车就充分的考虑了小车成本、实用性能等相关的因素，通过多方的考虑本次设计采用了红外线对管进行循迹。红外线管的优势在于它能够将信号转化为光电信号，具体的示意图如（1-4所示） ，它是利用光敏的器件和光电的变换装置来实现的，主要是利用光信息源、红外线光信息源对间接辐射一定的光能，它将携带信息光能量传输给红外线对管接收之后就利用红外线对其进行作用，并且要有规律的光源进行模拟出，通过输出模拟后将输出的信息转化为数字化的对应的符号。图 1-3 红外光电传感器工作原理1.5 避障模块技术在系统设计的过程中，我们需
14、要设计出小车自动探寻和搜索障碍物的功能，这样才能保证小车在行进的过程中能够自动的规避障碍物。并且在选择规避障碍物的过程中有两种选择模式，一种是使用红外线避让的模式，一种是利用超声波避让的模式。红外线的光电指定性较强，由于红外线指定性强，因此，在传播的过程中，它的介质传播较远，便于小车的近距离的测量和障碍物的探测。利用红外线探测是解决小车成功避让的主要方式，由于红线线是通过利用空气来实现传播的，以此，小车在碰到障碍物时就会自动的返回，这是利用红外线接受的原理让小车在遇到障碍物时就能自动探测障碍物的距离。小车在遇到障碍物时能利用超声波的传感器作用。超声波测量障碍物具有速度反映灵敏的特点。但是成本的
15、相对应较高，因此本文选择相对于成本较低一点，电路设计稍微简单一点的红外线避让技术。1.6 控制系统模块对于智能小车控制模块的设计，我们采用了 STC 公司生产的型号为STC89C51 的单片机。为了保证小车的整个运行的安全，就需对各个系统的数据的模块进行处理，尤其是在选择驱动电机时，就需要利用单片机技术来实现I/O 口来输出控制信号，以此来实现小车的前进、后退、转弯的功能。由于小车在行驶的过程中接收很多的信号，例如循迹信号、超声波信号等。控制系统的设计是保证小车成功躲避障碍物的主要手段。图 1-5 51 单片机引脚图1.7电源选择本次设计采用了额定电压为 9V 单片机系统，9V 的驱系统能够让
16、小车平稳的行驶，并且在小车行驶的过程中不会因为电压过高而不被烧坏。9V 电压能够保证驱动之需的同时，还能提高元器件的使用频率。2 总体方案设计2.1设计任务描述本章主要简要地介绍系统总体方案的选定和总体设计的思路，在后面章节中将整个系统分为机械结构、控制模块、控制算法等三部分对智能车控制系统进行深入的介绍分析。设计任务描述：巩固已学的理论知识，能够深入理解单片机的基本原理、硬件组成和工作过程，了解单片机的系统组成及相关模块的链接配合，正确设计的各个单元电路，合理编程使小车按预先模式行驶。2.2总体设计小车的整体系统是以 51 单片机为 CPU，通过红外对管来进行黑线检测循迹行走，通过超声波探测
17、器进行障碍物感知，进行避障功能实现，通过驱动模块来实现电机的驱动，从而达到小车的运动。2.3需求分析设计一种智能小车，借助于 TCRT5000 红外反射式接近开关传感器及 E18-D80NK 红外避障传感器，并通过 STC89C51 单片机对小车进行实时控制，首先在预定的模式下运动不能超出轨道有障碍的情况下实施避障减速在有障碍且在超车区的情况下实施超车。这样循环下去。2.4总体方案系统的采用 AT 的 8 位微控制器 STC89C51 单片机作为核心控制单元用于智能车系统 的控制。在选定智能车系统采用 E18-D80NK 红外避障传感器-TCRT5000 红外反射式接近开关循迹方案后，路径信号
18、经 STC89C51 的 I/O 口输入处理后，用于小车运动控制决策，由 P0 口输出电机控制信号。根据系统方案的设计，系统应包括以下模块：STC89C51 主控模块、路径检测模块、 电源模块、电机驱动模块、E18-D80NK 红外避障传感器、TCRT5000 红外反射式接近开关传模块、辅助调试模块等。STC89C51 主控模块，作为整个智能车的“大脑” ，红外避障和接近开关传感器 的信号，根据控制算法做出控制决策，驱动直流电机完成对智能车的控制。电机驱动模块，驱动直流电机完成智能车的前进停止转向等功能。红外避障模 块，探测有无障碍物，接近开关探测路面状况。3 硬件电路设计3.1电源电路设计在小车的电源系统，采用 9V 直流供电，为了防止在误操作时接入过高的电流使整个电路烧毁，一般会在电路中接入防击穿电容。图 3-19V 电源模块图3.2驱动电路设计
