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摘要单片机作为一种微型控制器，自走入人们的视野以来，就随着科技进步不断地更新换代。它能够将计算机所有关键的零件整合集中在一块芯片上，并且具有强大的计数功能，以及各种必要的接口，因此单片机在自动控制系统中通常处于核心地位。本文对于智能小车的设计思路就应用了最常见的 AT89S51 单片机作控制处理器，该单片机在低功率的基础上，能够保持其性能在一个较高的水平上，且其 8K 的处理器够灵巧，适用于嵌入式产品，在众多单片机中，表现较为优秀。本设计是在单片机的基础上实施的，兼具数据处理、即时调控和报警提醒功能，小车接到行驶指令后，红外探头会检测路况信
2、息（是否处在黑线路径范围内）并反馈给单片机处理，单片机判断后作出相应指令，由电机驱动使小车执行相应行驶动作。单片机与系统的配合使智能小车的行驶保持灵敏迅速的状态。关键词 ：单片机 寻迹 报警 红外线 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 the same time， the rapidl
3、y 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 of the micro-controller. T
4、he 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 device that can give full p
5、lay 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 according to requirement
6、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 设计方案论证 .21.2.1 控制器选择 .21.2.2
7、 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 小车系统原理图.24基于单片机的智能小车的设计IV5
8、 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V基于单片机的智能小车的设计27前言在科技飞快进步的今天，自动控制技术已经迅速成长起来，它与传感器技术之间的配合也越来越默契，时下大热的各种电子智能产品就是自动控制技术发展的产物。目前国内的自控和传感技术与国外还存在一定的差距，这一领域的优秀产品已有很多，比如日本本田制造出来的智能机器人，对于人类的步态模仿已达到非常自然的水平，并且它还有一定的智力，能够与六岁的孩童相比。在机械领域一直
9、处于热门地位的汽车，也加入了越来越多的电子信息元素，比如越来越多的汽车产品配置了电子装置，人们在车上不仅可以办公，还能进行多种娱乐活动，这使得汽车向着更加娱乐化和多功能的方向发展，而不仅仅发挥代步功能。另外，汽车的核心配置也越来越电子化，自动控制技术让汽车工艺发展更进了一步。随着自动控制产业的发展，电子信息化的教育也渐渐在国际上被提上日程，越来越多的培养年前一代人才的科技竞赛也走入了人们的视野，比如 中国大学生方程式汽车大赛(FSC、FSEC)、全国大学生机器人大赛等， 都能够很好地激发学生群体的兴趣，促使他们主动学习，对我国电子信息行业的发展产生一定的促进作用。本设计是以杨老师所给出的小车为
10、框架，以 AT89C52 单片机为控制器制作一辆简易的智能小车，希望达到小车能够按照引导线的路径自动行驶的效果，以期跟上汽车产业自动化发展的脚步，并掌握本阶段应具有的专业素养和动手能力。基于单片机的智能小车的设计281 设计任务及方案1.1 设计任务及要求本设计是以单片机作为控制核心制作的一个具有简单智能的小车。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 7 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)生产的一种
11、 RISC 混合信号处理器，这个系列的产品一方面在低功耗上表现极其优秀，另一方面又能够不影响信号连接、传感器以及其他组件的正常运行，可以说为电池续航问题交上了一份完美的答卷。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；其处理器能够达到仅需一串代码就使一个应用运转起来；而且还能够在系统内部更改、更新代码和数据。但系列单片机也有缺点，由于其功耗低，导致几个管脚的驱动力不够，主频也不够高，处理数据的速度不够快，达不到本设计对于单片机的预期，故不选用这一系列的单片机。方案二：采用 AT89S51 单片机 1基
12、于单片机的智能小车的设计29与 MSP430 不同，AT89S51 在低功率的基础上，能够保持其性能在一个较高的水平上，其 8K 字节的 FLASH 存储器能够与工业 80C51 产品指令和引脚完美融合，同时也能够兼容常规编程器。与 MSP430 的 16位处理器相比，AT89S51 的 8 位处理器更加迷你灵活，适用于更多的嵌入式产品，兼容性更好。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，三只 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。除此之外他还能够实现
13、0Hz 静态逻辑操作，有两款软件能开启省电模式。在不需高效工作的时候，还能够保持处理器不运行，RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作的状态。在低电量模式，还能够保证RAM 数据不丢失，振荡器停止，单片机不运行，持续该状态到各项条件能够恢复正常工作。方案选择：综上所述：经过对 MSP430 和 AT89S51 的各项条件比较，本设计将采用 MSP430 作为处理器，其物美价廉，上手更容易，性能表现也优异，符合设计最初的期望值。1.2.2 电机驱动芯片的选择方案一：采用 L298N L298N 为 SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片(
14、Dual Full-Bridge Driver ) ，内部包含 4 信道逻辑驱动电路，是专门针对于二相和四相步进电机的一款驱动器，它能够在同一时间调动两个二相或者一个四相的步进电机，它的内部有两个 H-Bridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器，用来接收标准 TTL 逻辑准位信号，能够调动 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；它还能够识别单片机 IO 端口传来的模拟信号，但 IO 端口在智能小车中较为少见，不过这一芯片的优点是造价低廉。方案二：采用 LG9110LG9110 这种电路驱动芯片对电路的集成度更高，将各个电路集中在一个芯片上，能够减少外部元件比例，减少
15、造价。另外这种芯片有两个通道可以进行输入，且两个输出端都能保持 750-800mA 较大电流基于单片机的智能小车的设计30通过，峰值电流能力可达 1.5-2.0A，从而保证了驱动能力，提供更高的工作效率。而它所具有的低输出饱和压降以及内置钳位二极管释放感性负载的反向冲击电流的功能，又保证了在使用中安全性。因此，这种芯片作为集成电路器件已经普遍被用在玩具汽车电机驱动、步进电机驱动以及开关功率管等电路上。方案三：使用分立原件搭建电机驱动电路 这种方法成本非常低，普遍应用于规模化生作业中，但它有一个缺点，即 H 桥电路的运转状态不能保持稳定，发生硬件问题的几率比较大，因此不选用这种方法。综上所述：经过对上面三种驱动芯片的比较，我们发现第二种芯片不论是在驱动能力上、造价上，还是使用的难易程度上都表现较为优秀，因此决定使用第二种芯片 LG9110。1.2.3 路况检测模块这个部分我们将使用红外发射探头来处理，当红外线检测到异物后，将信号返回到探头，探头再把信号传送给单片机控制器进行判断，以这样的一个模式，来判断整体路况信息。2 系统硬件电路与实现本方案选取 AT89C52 单片机为处理器，调控各单元工作，其硬件组成框架如图 2.1
