1、基于单片机的智能小车的设计基于单片机的智能小车的设计I摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入。同时带动传统控制检测，日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用。单片机是把主要计算机功能部件都集成在一块芯片上的微型计算机。它是一种集计数和多中接口于一体的微控制器。而 51 单片机是单片机中最为典型和最有代表性的一种。本设计主要应用 AT89S51 作为控制核心，与显示器、驱动电路等相结合的系统。基于单片机设计。利用单片机 AT89S51 作为报警装置的控制器，能充分发挥 AT89S51 的数据处理和实时控制功能。使系统工作处于最
2、佳状态，提高系统的灵敏度。当产生信号驱动小车前进时，通过寻迹模块里的红外对管是否寻到黑线产生的电平信号再返回到单片机，单片机根据程序设计要求做出相应的判断送给电机驱动模块.控制小车让其在黑线上实现前进后退以及转向。关键词 ：单片机 寻迹 报警 红外 电机驱动基于单片机的智能小车的设计IIAbstractWith the rapid development of science and technology in recent years， SCM applications are continually deepening. Traditional control test drive at
3、the same time， the rapidly growing update. In real-time detection and control of the microcomputer application system， the microcontroller is often used as a core component. SCM is the main feature integrated computer chip in a micro-computer. It is a set of multi-counting and the interface in one o
4、f the micro-controller. The 51 single-chip microcontroller is the most 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 de
5、vice that can give full play to AT89S51 of data processing and real-time 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
6、according to requirement of design procedure of judgment for motor driver module,it controls the car turning back forward of running on the black line.Keywords: SCM,Tracing, Alarm device, Level signals, Motor driver module基于单片机的智能小车的设计III目录摘要 .IAbstract .II目录 .III前言.11 设计任务及方案.21.1 设计任务及要求 .21.2 设计方
7、案论证 .21.2.1 控制器选择 .21.2.2 电机驱动芯片的选择 .31.2.3 路况检测模块 .42 系统硬件电路与实现.52.1 红外遥控及解码模块 .52.1.1 二进制信号的调制 .62.1.2 二进制信号的解调 .72.1.3 二进制信号的解码 .72.2 单片机红外接收硬件电路的实现 .82.3 电机驱动模块 .92.4 路况检测模块 .132.4.1 寻迹模块 .142.4.2 智能防撞报警模块 .163 系统软件设计与实现.173.1 整体程序的构架 .183.2 红外遥控解码的实现 .193.3 电机驱动 .213.4 小车寻迹 .213.5 小车防撞报警 .224 小
8、车系统原理图.24基于单片机的智能小车的设计IV5 系统调试.265.1 遥控发送接收调试 .265.2 电机驱动调试 .275.3 寻黑线和防撞的调试 .27总结.27致谢.28参考文献.29附录.30元件清单 .30系统程序 .31基于单片机的智能小车的设计1前言当今世界，传感器技术和自动控制技术正在飞速发展，机械、电气和电子信息已经不再明显分家，自动控制在工业领域中的地位已经越来越重要，“智能”这个词也已经成为了热门词汇。现在国外的自动控制和传感器技术已经达到了很高的水平，特别是日本，比如日本本田制作的机器人，其仿人双足行走已经做得十分逼真，而且具有一定的学习能力，还据说其智商已达到 6
9、 岁儿童的水平。作为机械行业的代表产品汽车，其与电子信息产业的融合速度也显著提高，呈现出两个明显的特点：一是电子装置占汽车整车（特别是轿车）的价值量比例逐步提高，汽车将由以机械产品为主向高级的机电一体化方向发展，汽车电子产业也很有可能成为依托整车制造业和用车提升配置而快速成为新的增长点；二是汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，使其不仅作为一种代步工具、同时能具有交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。无容置疑，电子信息化人才的培养不论是在国外还是国内，都开始重视起来，主要表现在大学生的各种大型的创新比赛，比如：亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛（ABU ROBCON）、全国大学生“飞思卡尔”
10、杯智能汽车竞赛等众多重要竞赛都能很好的培养大学生对于机电一体化的兴趣与强化机电一体化的相关知识。但很现实的状况是，国内不论是在机械还是电气领域，与国外的差距还是很明显的，所以作为电子信息化学生，必须加倍努力，为逐步赶上国外先进水平并超过之而努力。为了适应智能控制的发展在汽车智能化方向的发展要求，提出简易智能小车的构想，目的在于：通过独立设计并制作一辆具有简单智能化的简易小车，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。所以立“智能循迹小车”一题作为尝试。此项设计是在以杨老师提供的小车为基础上，采用 AT89C52 单片机作为控制核心，实现能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向
11、实现快速稳定的寻线行驶。基于单片机的智能小车的设计21 设计任务及方案1.1 设计任务及要求此次的设计任务是设计一款基于单片机的智能小车的设计。设计要求如下：具有单片机核心控制模块；具有红外遥控解码模块；具有电机驱动模块；具有路况检测模块；具有光感模块；具有声控模块；具有七段数码管显示模块；具有报警模块；1.2 设计方案论证1.2.1 控制器选择方案一：采用 MSP430 单片机MSP430 是德州仪器 (TI)的一种 RISC 混合信号处理器，MSP430 产品系列为电池供电测量应用提供了最终解决方案。作为混合信号和数字技术的领导者，TI 创新生产的 MSP430，使系统设计人员能够在保持独
12、一无二的低功率的同时同步连接至模拟信号、传感器和数字组件。MSP430 优点：0.1uA RAM 保持；0.8uA 实时时钟模式；250uA/MIPS 有效；高性能模拟器件；是精确测量的理想选择；先进的 16 位 RISC CPU 使得新的应用仅需一段代码即可实现；系统内可编程闪存允许更改代码、更新字段和记录数据。但是，MSP430 每个管脚的驱动能力较弱，有利于低功耗，但是在电源方面，处理器使用的功耗相对输入几基于单片机的智能小车的设计3乎没有多大影响。MSP430 使用的主频相对较低，处理速度较慢，在本系统中要使用电机驱动控制，对管脚输出都有较高的要求。所以在本系统中使用 MSP430 不
13、利于系统的控制。方案二：采用 AT89S51 单片机 1AT89S51 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S51 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S51 具有以下标准功能：8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个
14、 16 位定时器/计数器，一个 6 向 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S51 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。方案选择：综上所述：通过以上方案比较，在本系统中控制器选用第二个方案，使用 AT89S51 作控制器。因为该单片机成本低廉，操作起来方便，因此本设计控制器选用此方案。1.2.2 电机驱动芯片的选择方案一：采用 L298N L298N 为 SGS-
15、THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片( Dual Full-Bridge Driver ) ，内部包含 4 信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动 2 个二相或 1 个四相步进电机，内含二个 H-Bridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准 TTL 逻辑准位信号，可驱动 46V、2A 以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的 IO 端口来提供模拟时序信号，但在智能小车电路中单片机 IO 端口的使用匮乏。该设计也不用于速度控制，相对来讲 LG9110 成本基于单片机的智能小车的设
16、计4较低。方案二：采用 LG9110LG9110 是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片 IC 之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。该芯片有两个 TTL/CMOS 兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的正反转运动，它具有较大的电流驱动能力，每通道能通过 750-800mA 的持续电流，峰值电流能力可达 1.5-2.0A；同时它具有较低的输出饱和压降；内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管的使用安全可靠。LG9110 被广泛应用于玩具汽车电机驱动、步进电机驱动、和开关
17、功率管等电路上。方案三：使用分立原件搭建电机驱动电路 使用分立原件搭建电机驱动电路造价低廉，在大规模生产中使用广泛。但分立原件 H 桥电路工作性能不够稳定，较易出现硬件上的故障，故我们放弃了这一方案。综上所述：通过以上方案比较，在本系统中电机驱动芯片选用第二个方案，使用 LG9110 作为驱动电路。因为该 LG9110 驱动能力强，成本低廉，操作起来方便，因此本设计控制器选用此方案。1.2.3 路况检测模块采用红外发送接收探头来检测实时路况信息，并传回单片机处理。红外发射探头发射红外信号，遇地面或障碍物反射回红外接收探头，红外接收探头接收到从地面或障碍物反射回的红外信号之后给单片给一个电平信号
18、，来判断整体路况信息。基于单片机的智能小车的设计52 系统硬件电路与实现本设计采用了 AT89C52 单片机作为主控芯片来处理各个模块的运营，系统硬件总框图如图 2.1AT89C52遥控模块路面检测模块电机驱动模块报警模块显示模块图 2.1 系统硬件总体框图2.1 红外遥控及解码模块红外遥控是一种无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，低成本，易实现等显著优点，被诸多电子设备特别是家用电器广泛采用，并越来越多的应用到计算机系统中。红外遥控由发送和接收两个部分组成。发送部分由主芯片将待发的二进制信号编码调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号红外信号接收端普遍采用价格便宜，性能可靠的一体化红外接收头（如 HS0038，它接收红外频率为 38KHz，周期为 26us）接收红外信号，它同时对信号进行放大、检波、整形，得到 TTL 电平的编码信号，再送给单片机，经单片机解码并执行，去控制相关对象。如图 2.1.1 所示。
