基于單片機(jī)的多功能智能小車設(shè)計(jì)論文.doc

1摘要（關(guān)鍵詞：智能車AT89S52單片機(jī)金屬感應(yīng)器霍爾元件1602LCD）智能作為現(xiàn)代的新發(fā)明，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，不需要人為的管理，可應(yīng)用于科學(xué)勘探等等的用途。智能電動(dòng)車就是其中的一個(gè)體現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)的簡易智能電動(dòng)車，采用AT89S52單片機(jī)作為小車的檢測和控制核心；采用金屬感應(yīng)器TL-Q5MC來檢測路上感應(yīng)到的鐵片，從而把反饋到的信號送單片機(jī)，使單片機(jī)按照預(yù)定的工作模式控制小車在各區(qū)域按預(yù)定的速度行駛，并且單片機(jī)選擇的工作模式不同也可控制小車順著S形鐵片行駛；采用霍爾元件A44E檢測小車行駛速度；采用1602LCD實(shí)時(shí)顯示小車行駛的時(shí)間，小車停止行駛后，輪流顯示小車行駛時(shí)間、行駛距離、平均速度以及各速度區(qū)行駛的時(shí)間。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，較容易實(shí)現(xiàn)，但具有高度的智能化、人性化，一定程度體現(xiàn)了智能。2目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)31.1要求32方案比較與選擇42.1路面檢測模塊42.2LCD顯示模塊52.3測速模塊52.4控速模塊62.5模式選擇模塊73程序框圖74系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)94.1路面檢測模塊94.2LCD顯示模塊94.3測速模塊94.4控速模塊94.5復(fù)位電路模塊94.6模式選擇模塊95最小系統(tǒng)圖106最終PCB板圖127系統(tǒng)程序138致謝469參考文獻(xiàn)4710附錄4831.設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)智能電動(dòng)車，其行駛路線滿足所需的要求。1.1要求：1.1.1基本要求：（1）分區(qū)控制：如（圖1）所示：（圖1）車輛從起跑線出發(fā)（出發(fā)前，車體不得超出起跑線）。在第一個(gè)路程CD區(qū)（36米）以低速行駛，通過時(shí)間不低于10s；第二個(gè)路程DE區(qū)（2米）以高速行駛，通過時(shí)間不得多于4秒；第三個(gè)路程EF區(qū)（36米）以低速行駛，通過時(shí)間不低于10s。（2）小車能自動(dòng)記錄、顯示行駛時(shí)間、行駛距離以及行駛速度，還能記錄每段所走的時(shí)間，從而判斷是否符合課程設(shè)計(jì)要求。（記錄顯示裝置要求安裝在車上）。1.1.2發(fā)揮部分：S型控制：如（圖2）所示：（圖2）4車輛沿著S形鐵片行駛，自動(dòng)轉(zhuǎn)彎，自動(dòng)尋找正確方向和鐵片。當(dāng)離開S型鐵片跑道或者感應(yīng)不到鐵片一段時(shí)間的時(shí)候，小車自動(dòng)停止，并記錄行駛時(shí)間，路程，平均速度并通過LCD顯示出來。2.方案比較與選擇：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，并且根據(jù)我們自己的需要而附加的功能，該電路的總體框圖可分為幾個(gè)基本的模塊，框圖如（圖3）所示：（圖3）2.1路面檢測模塊：采用鐵片感應(yīng)器TL-Q5MC來檢測路面上的鐵片從而給單片機(jī)中斷脈沖。原理圖接線如（圖4）所示：（圖4）52.2LCD顯示模塊：采用1602LCD，由單片機(jī)的總線模式連接。為節(jié)約電源電量并且不影響LCD的功能，LCD的背光用單片機(jī)進(jìn)行控制，使LCD的背光在小車行駛的過程中不亮，因?yàn)槲覀儾槐乜雌滹@示；在其它我們需要看顯示的內(nèi)容的時(shí)候LCD背光亮。2.3測速模塊：2.3.1方案1：采用采用霍爾開關(guān)元器件A44E檢測輪子上的小磁鐵從而給單片機(jī)中斷脈沖，達(dá)到測量速度的作用?；魻栐哂畜w積小，頻率響應(yīng)寬度大，動(dòng)態(tài)特性好，對外圍電路要求簡單，使用壽命長，價(jià)格低廉等特點(diǎn)，電源要求不高，安裝也較為方便?；魻栭_關(guān)只對一定強(qiáng)度的磁場起作用，抗干擾能力強(qiáng)，因此可以在車輪上安裝小磁鐵，而將霍爾器件安裝在固定軸上，通過對脈沖的計(jì)數(shù)進(jìn)行車速測量。2.3.2方案2：采用紅外傳感器進(jìn)行測速。但無論是反射式紅外傳感器還是對射式紅外傳感器，他們對都對外圍環(huán)境要求較高，易受外部環(huán)境的影響，穩(wěn)定性不高，且價(jià)格較為昂貴。通過對方案1、方案2的比較其優(yōu)缺點(diǎn)，綜合多方面因素決定選用方案1，其原理圖接線如（圖5）所示：（圖5）2.4控速模塊：2.4.1方案1：使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，成本低，加速能力強(qiáng)，但功率損耗大，特別是低速大轉(zhuǎn)距運(yùn)行時(shí)，通過電阻R的電流大，發(fā)熱厲害，損耗大，對于小車的長時(shí)間運(yùn)行不利。2.4.2方案2：采用繼電器對電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制,通過開關(guān)的切換對小車的速度進(jìn)行調(diào)整.此6方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡單,缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢,易損壞,壽命較短,可靠性不高。2.4.3方案3：采用由雙極性管組成的H橋電路。用單片機(jī)控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H橋電路保證了可以簡單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也很高，是一種廣泛采用的調(diào)速技術(shù)。綜合3種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，決定選擇方案3，其電路原理圖如（圖6）所示：（圖6）2.5模式選擇模塊：模式選擇模塊通過一個(gè)74LS00與非門和兩個(gè)不帶鎖按鈕來控制單片機(jī)單片機(jī)的兩個(gè)中斷口，從而按動(dòng)按鈕來選擇小車走動(dòng)的路型、來選擇小車的速度是快速、中速、慢速；走完路程小車停止后還可以通過按鈕選擇想要在LCD上想看的信息，比如總時(shí)間、走過各段路程的時(shí)間、平均速度、總路程等。小車走動(dòng)的模式選擇有：（1）直線型：滿足設(shè)計(jì)任務(wù)的基本要求，能穩(wěn)定的走完全程。之后按順序循環(huán)不7斷的顯示走完全程所用的時(shí)間、走完高速區(qū)所用的時(shí)間和走完低速區(qū)所用的時(shí)間這三個(gè)時(shí)間；或者可以通過兩個(gè)按鈕以及LCD顯示的菜單選擇所要看的內(nèi)容如平均速度、全程距離以及那三個(gè)時(shí)間。（2）S型：滿足設(shè)計(jì)任務(wù)的發(fā)揮部分的要求，小車能自動(dòng)的感應(yīng)到在前面或在后面鐵片，即第一次轉(zhuǎn)彎后若感應(yīng)到的是錯(cuò)誤的方向，則小車會后退自動(dòng)調(diào)整方向，沿著S型的鐵片走。當(dāng)走完S型鐵片后的一定時(shí)間里，小車自動(dòng)停止。之后自動(dòng)進(jìn)入菜單由我們自己選擇要看的內(nèi)容時(shí)間、平均速度和所走的距離。（3）自動(dòng)型：小車先以一定的速度走完全程，之后再以一定的速度倒退回起點(diǎn)，再調(diào)整速度在一定的時(shí)間內(nèi)走完全程。走完后LCD顯示的內(nèi)容與直線型顯示的內(nèi)容一樣。3.程序框圖：單片機(jī)主程序框圖、速度感應(yīng)程序框圖和鐵片感應(yīng)程序框圖分別如（圖7）所示。8(圖7)94系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：4.1路面檢測模塊：應(yīng)用一個(gè)金屬感應(yīng)器，安裝在車盤下，離地略小于或約四毫米。當(dāng)金屬傳感器檢測到鐵片時(shí)將對單片機(jī)發(fā)送中斷信號，單片機(jī)運(yùn)行中斷，改變輸給電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號的電壓占空比來控制小車的速度。4.2LCD顯示模塊：采用1602LCD，由單片機(jī)的總線模式連接。為節(jié)約電源，LCD的背光用單片機(jī)進(jìn)行控制。4.3測速模塊：通過霍爾元件感應(yīng)磁鐵來產(chǎn)生脈沖(當(dāng)霍爾元件在離磁場較近時(shí)輸出會是高電平，其它時(shí)候是低電平)，一個(gè)車輪均勻放四個(gè)小磁鐵，計(jì)算一秒所得的脈沖數(shù)，從而計(jì)算出一秒小車輪子轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，再測量出小車車輪周長即可計(jì)算出小車當(dāng)前速度，累加可得到當(dāng)前路程。