紅外遙控智能小車系統(tǒng)設計

1、安徽建筑工業(yè)學院畢 業(yè) 設 計 （論文）專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 08機械4班 學生姓名： 張 軍 學 號： 08210010428 課 題： 紅外遙控智能小車系統(tǒng)設計 指導老師: 吳 躍 波 2012年 6月 7日 摘 要 隨著計算機、微電子、信息技術的快速進步，智能化技術的開發(fā)速度越來越快，智能度越來越高，應用范圍也得到了極大的擴展。智能作為現(xiàn)代的新發(fā)明，是以后的發(fā)展方向，它可以按照預先設定的模式在一個環(huán)境里自動的運作，不需要人為的管理，可應用于科學勘探等用途。智能電動小車就是其中的一個體現(xiàn)。設計者可以通過軟件編程實現(xiàn)它的行進、循跡、停止的精確控制以及檢測數(shù)據(jù)的存儲、顯示

2、，無需人工干預。因此，智能電動小車具有再編程的特性，是機器人的一種。 本設計采用at89c51單片機加電機驅動電路和紅外遙控及循跡模塊還有紅外接收一體化傳感器設計而成，采用模塊化的設計方案，運用紅外遙控器控制小車的前進、后退、左轉、右轉、啟動和停止。關鍵詞：單片機；紅外遙控；電機驅動abstract with the rapid progress of computers, microelectronics, information technology, intelligent technology development speed faster and faster, intellige

3、nt increasing range of applications has been greatly expanded. smart as a modern invention, is the future direction of development, it can be in an environment where automatic operation in accordance with the pre-set pattern, no human management can be applied to scientific exploration and other pur

4、poses. smart electric car is one of expression. designers can be programmed by software to the road, tracking, stop the precise control and test data storage and display, without human intervention. therefore, smart electric car has a re-programming features, is a kind of robot. this design uses at8

5、9c51 scm and the motor drive circuit and the infrared remote control and ultrasonic module infrared receiver integrated sensor design made use of modular design, use the infrared remote control car forward, backward, turn left, turn right, start and stop .keywords: scm; infrared remote control; moto

6、r drive目 錄第一章 緒論11.1 該設計的背景和意義11.2 智能小車的發(fā)展現(xiàn)狀21.3 該設計的主要內容和目的3第二章 系統(tǒng)總體方案設計與論證52.1 系統(tǒng)的總體方案設計52.2 主控系統(tǒng)52.3 電機驅動模塊62.4 循跡模塊62.6 顯示模塊6第三章 系統(tǒng)硬件電路設計73.1 主控模塊的電路設計73.1.1 at89c51單片機的簡介73.1.2 單片機工作電路103.1.3 時鐘電路113.1.4 復位電路123.2 紅外遙控模塊的電路設計133.2.1 紅外遙控的實現(xiàn)原理133.2.2 紅外發(fā)射器143.2.3 紅外接收器153.3 電機驅動模塊的電路設計163.4 循跡模塊

7、的電路設計173.5 顯示模塊的電路設計19第四章 系統(tǒng)軟件設計204.1 主程序204.2 lcd顯示程序22第五章 紅外遙控智能小車系統(tǒng)的軟件仿真275.1 繪制仿真電路275.2 仿真的介紹27第六章 總結與展望31參考文獻32致 謝33附錄一 系統(tǒng)硬件電路圖34附錄二 仿真程序35附錄三 英文科技文獻翻譯41第一章 緒論1.1 該設計的背景和意義 自第一臺工業(yè)機器人誕生以來，機器人的發(fā)展已經遍及機械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領域。近年來機器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。人們在不斷探討、改造、認識自然的過程中，制造能替代人勞動的機器一直是人類的夢想。隨著計算

8、機、微電子、信息技術的快速進步，智能化技術的開發(fā)速度越來越快,，智能度越來越高，應用范圍也得到了極大的擴展。在海洋開發(fā)、宇宙探測、工農業(yè)生產、軍事、社會服務、娛樂等各個領域。智能電動小車系統(tǒng)以迅猛發(fā)展的汽車電子為背景，涵蓋了控制、模式識別、傳感技術、電子、電氣、計算機、機械等多個學科。主要由路徑識別、角度控制及車速控制等功能模塊組成。同時，當今機器人技術發(fā)展的如火如荼，其應用在國防等眾多領域得到廣泛開展。神五、神六升天、無人飛船等等無不得益于機器人技術的迅速發(fā)展。一些發(fā)達國家已把機器人制作比賽作為創(chuàng)新教育的戰(zhàn)略性手段。如日本每年都要舉行諸如“nhk杯大學生機器人大賽”、“全日本機器人相撲大會”

9、、“機器人足球賽”等各種類型的機器人制作比賽，參加者多數(shù)為學生，目的在于通過大賽全面培養(yǎng)學生的動手能力、創(chuàng)造能力、合作能力和進取精神，同時也普及智能機器人的知識。從某種意義上來說,機器人技術反映了一個國家綜合技術實力的高低,而智能電動小車是機器人的雛形,它的控制系統(tǒng)的研制將有助于推動智能機器人控制系統(tǒng)的發(fā)展，同時為智能機器人的研制提供更有利的手段。 人類的研究活動已擺脫了地球生物圈的束縛而廣泛地進入外層空間和海洋深處。對月球和太陽系其他行星的探測，對太陽系以外的宇宙進行考察，對數(shù)千米以下的海底的研究，都是目前單靠人力所不能及的。自動控制系統(tǒng)正在代替人們完成這些任務。在戰(zhàn)場上的軍事活動中，在惡劣

10、環(huán)境條件下的生產勞動中，凡不宜由人直接承擔的任務，均可由自動控制系統(tǒng)代替，如智能小車可以適應不同環(huán)境，不受溫度、濕度等條件的影響，完成危險地段、人類無法介入等特殊情況下的任務。高科技自動控制系統(tǒng)及裝置已日益成為現(xiàn)代社會活動中離不開的自動智能設備。1.2 智能小車的發(fā)展現(xiàn)狀美國物流學會自動引導車系統(tǒng)產品部把自動引導車（automated guided vehicle，以下簡稱agv）定義為裝有電磁或光學自動引導裝置的運輸車。該agv能夠沿規(guī)定的引導路徑行駛，并配備有agv編程與停車的選擇裝置，安全保護和其他系統(tǒng)所需要的特殊功能的裝置。自動引導車是計算機技術，自動控制技術，管理技術，加工制造技術等

11、多學科技術的綜合。世界上第一臺agv是由美國barrett電子公司于20世紀50年代開發(fā)成功的，它是一種牽引式小車系統(tǒng)，小車跟隨一條鋼絲引導的路徑行駛，并具有一個以真空管技術為基礎的控制器。智能小車項目已經成為一個當今世界熱門的研究題目，在國外高中主要的智能小車研究有以下幾種最具代表性：大谷機器人asuro世界最具影響力的三大教育機器人教材生產廠家之一，asuro被評為2006年美國中學生暑期電子課作業(yè)指定教材。風靡歐洲教育界的asuro和兩足機器人，用的是免費的avr軟件，可以把電腦上的c語言的原程序轉換成機器人可以識別的16進制代碼，通過與電腦相連接的紅外發(fā)射板，可以無限的把機器人可以識別

12、的16進制代碼發(fā)射到產品上面，就會展示新的動作，以實現(xiàn)可重復編程，發(fā)射不同的程序，可實現(xiàn)不同的功能，如線性追蹤，自動尋跡，追蹤光源，設定路線轉彎，電腦遙控，唱歌，機器人走迷宮，感應人的身體后可后退等動作對asuro來說，輕而易舉。韓國的飛思卡爾智能車大賽，早在2000年就由韓國漢陽大學舉辦，面向韓國各個大學。韓國漢陽大學汽車控制實驗室在飛思卡爾半導體公司資助下舉辦的以hcsi2單片機為核心的大學生課外科技競賽。組委會提供一個標準的汽車模型、直流電機和可充電式電池，參賽隊伍要制作一個能夠自主識別路徑的智能車，在專門設計的跑到上自動識別道路行駛，誰最快跑完全程而沒有沖出跑道并且技術報告評分較高，誰

13、就是獲勝者。其設計內容涵蓋了控制、模式識別、傳感技術、汽車電子、電氣、計算機、機械、能源等多個學科的知識，對學生的知識融合和實踐動手能力的培養(yǎng)，具有良好的推動作用、ieee國際標準電腦鼠走迷宮競賽所謂“電腦鼠”，英文名叫做micromouse，是使用嵌入式微控制器、傳感器和幾點運動部件構成的一種智能行走裝置的俗稱。它可以在迷宮中自動搜索迷宮，記憶迷宮地圖，智能分析選擇路徑，最終以最快的時間完成比賽。迷宮的地圖是在競賽開始前幾分鐘隨機設置的，所以競賽難度較大。國際電工和電子工程學會（ieee）每年都要舉辦一次國際性的電腦鼠走迷宮競賽，自舉辦以來參加踴躍。1972年美機械雜志發(fā)起比賽，最初的電腦鼠

14、是機械的，由彈簧驅動。1977年ieee spectrum雜志提出電腦鼠的概念：電腦鼠是一個小型的由微處理器控制的機器人車輛，在復雜迷宮中具有譯碼和導航的功能。真正的到場電腦鼠迷宮競賽于1979年于紐約舉行，1991年以來，每年都有世界級的比賽。我國agv發(fā)展歷史較短。北京起重運輸機械研究所、中國郵政科學研究規(guī)劃院、中國科學院沈陽自動化所、大連組合機床研究所、清華大學、國防科技大學和華東工學院都在進行不同類型的agv的研制并小批量投入生產。1975年北京起重運輸機械研究所完成我國第一臺電磁引導定點通信的agv，1989年北京郵政科學研究規(guī)劃院完成我國第一臺雙向無線電通信的agv，該院已能進行a

15、gv的批量生產。沈陽自動化所在agv技術方面已取得了多項研究開發(fā)成果和專利，解決了agv車體設計、控制、導航和高度管理等一系列關鍵技術問題，成為國內唯一能夠提供自主品牌agv產品的單位。agv自動導航車系統(tǒng)是伴隨著柔性裝配系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)以及自動化立體倉庫產業(yè)發(fā)展起來的，是物流系統(tǒng)中革命性的換代產品。為一種高效物流輸送設備和工廠自動化的理想手段，隨著經濟的發(fā)展，在我國agv領域必將越來越大。這幾年，智能小車的研究是我國的高校大學生熱點研究的項目。2006年，“飛思卡爾”杯智能車大賽登陸中國，經過教育部批準，由飛思卡爾半導體公司贊助，由清華大學協(xié)辦，在清華大學舉辦了第一屆“飛思卡爾”杯智

16、能車大賽。去年則是第五屆“飛思卡爾”杯全國大學生智能車帶賽，與往屆不同，第五屆智能車競賽新增加了電磁組的競賽單元，參賽者需要用電磁器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光電和ccd，通過電磁感應來警醒賽道信息的獲取渠道，以此控制智能車在賽道上行駛。ieee國際標準電腦鼠走迷宮競賽，2007年9月開始在廣州周立功單片機發(fā)展有限公司的贊助下，中國嵌入式系統(tǒng)學會組織上海市、江蘇省、浙江省30多所高校連續(xù)舉辦了兩次聯(lián)賽。2009全國“電腦鼠標走迷宮”總決賽于11月8日在北京航空航天大學舉行。1.3 該設計的主要內容和目的該紅外遙控智能小車可以分為四大組成部分：紅外遙控部分、傳感器檢測部分、執(zhí)行部分、cpu。智能小車要實現(xiàn)循跡

17、識別路線，選擇正確的行進路線。該設計主要通過對系統(tǒng)硬件電路的設計，軟件設計和程序的編寫，然后根據(jù)硬件電路圖和軟件設計，在軟件中仿真出系統(tǒng)設計結果。隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關于汽車的研究也就越來越受人關注。全國電子競賽和省內電子競賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究，經常舉辦這類比賽來培養(yǎng)學生對綜合知識的應用能力。第二章 系統(tǒng)總體方案設計與論證2.1 系統(tǒng)的總體方案設計 該系統(tǒng)以at89c51單片機為核心的控制電路，采用模塊化的設計方案，利用紅外遙控器代替開關按鍵控制小的啟動和停止，能夠輕松自如的實現(xiàn)小車的啟動停止、左轉、右轉和前進后退等功能，假如我們希望小車運行

18、到黑線上來檢測是否有循跡功能，就可以用遙控器控制小車行駛到有黑線的地方，當小車遇到有黑線時，會自動啟動循跡功能模塊，讓小車沿黑線跑。每個模塊都是相互獨立又相互協(xié)調配合，實現(xiàn)了小車的智能控制。系統(tǒng)控制框圖如圖2.1所示：at89c51紅外遙控模塊紅外接收模塊電機驅動模塊循跡模塊顯示模塊圖2-1 系統(tǒng)控制框圖2.2 主控系統(tǒng) 采用單片機作為整個系統(tǒng)的核心，用其控制行進中的小車，以實現(xiàn)其既定的性能指標。充分分析我們的系統(tǒng)，其關鍵在于實現(xiàn)小車的自動控制，而在這一點上，單片機就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉

19、等優(yōu)點。因此，這種方案是一種較為理想的方案。針對本設計特點多開關量輸入的復雜程序控制系統(tǒng)，需要擅長處理多開關量的標準單片機，而不能用精簡i/o口和程序存儲器的小體積單片機，d/a、a/d 功能也不必選用。根據(jù)這些分析，我選定了at89c51 單片機作為本設計的主控裝置。2.3 電機驅動模塊 采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。線性型驅動的電路結構和原理簡單，加速能力強，采用由達林頓管組成的h型橋式電路。用單片機控制達林頓管使之工作在占空比可調的開關狀態(tài)下，精確調整電動機轉速。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型橋式電路保證了簡單的實現(xiàn)轉速和方向的控制，電子管的開

20、關速度很快，穩(wěn)定性也極強，是一種廣泛采用的pwm 調速技術?，F(xiàn)市面上有很多此種芯片，因此選用l298。這種調速方式有調速特性優(yōu)良、調整平滑、調速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉等優(yōu)點。2.4 循跡模塊 采用兩只紅外對管，分別置于小車車身左右兩側，根據(jù)兩只光電開關接受到白線與黑線的情況來控制小車轉向來調整車向，合理安裝好兩只光電開關的位置就可以很好的實現(xiàn)循跡的功能。2.6 顯示模塊常用的數(shù)碼顯示器件主要有l(wèi)ed數(shù)碼顯示器和lcd液晶顯示器。lcd顯示器具有低功耗、散熱小、淺薄輕巧、顯示銳利、屏幕調節(jié)方便等特點，同時又是現(xiàn)在市場的主流產品，價格較以

21、往也有大幅的下降。第三章 系統(tǒng)硬件電路設計3.1 主控模塊的電路設計3.1.1 at89c51單片機的簡介 at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，at89c51單片機為很多嵌入

22、式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。圖3.1 at89c51的管腳圖 （1）主要特性：與mcs-51 兼容 4k字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0hz-24hz三級程序存儲器鎖定128*8位內部ram32可編程i/o線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內振蕩器和時鐘電路 （2）管腳說明：vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在f

23、iash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當p2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。p2口

24、當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 p3口：p3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當p3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。 p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下表所示： 表3-1 特殊功能引腳對照表引腳號特殊功能p3.0rxd 串行通

25、信輸入p3.1txd 串行通信輸出p3.2int0 外部中斷0 輸入，低電平有效p3.3int1 外部中斷1 輸入，低電平有效p3.4t0 計數(shù)器0 外部事件計數(shù)輸入端p3.5t1 計數(shù)器1 外部事件計數(shù)輸入端p3.6wr 外部隨機存儲器的寫選通，低電平有效p3.7rd 外部隨機存儲器的讀選通，低電平有效p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。rst：at89c51 的復位信號輸入引腳，高電位工作，當要對芯片復位時，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個機器周期以上的時間，at89c51 便能完成系統(tǒng)復位的各項工作，使得內部特殊功能寄存器的內容均被設成已知狀態(tài)。ale/prog：當訪

26、問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這

27、兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。ea/vpp：該引腳為低電平時，則讀取外部的程序代碼 (存于外部eprom 中)來執(zhí)行程序。因此在8031中，ea引腳必須接低電位，因為其內部無程序存儲器空間。如果是使用at89c51或其它內部有程序空間的單片機時，此引腳接成高電平使程序運行時訪問內部程序存儲器，當程序指針pc值超過片內程序存儲器地址(如8051/8751/89c51的pc超過0fffh)時，將自動轉向外部程序存儲器繼續(xù)運行。此外，在將程序代碼燒錄至8751內部eprom、89c51內部falsh時，可以利用此引腳來輸入提供編程電壓（8751為2lv、at89c51為12v、8051是由生產廠

28、方一次性加工好)。xtal1：接外部晶振的一個引腳。在單片機內部，它是一反相放大器輸入端，這個放大器構成了片內振蕩器。它采用外部振蕩器時，此引腳應接地。xtal2：接外部晶振的一個引腳。在片內接至振蕩器的反相放大器輸出端和內部時鐘發(fā)生器輸入端。當采用外部振蕩器時，則此引腳接外部振蕩信號的輸入。（3）振蕩器特性：xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，xtal2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 （4）芯片

29、擦除：整個perom陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ale管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，at89c51設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，cpu停止工作。但ram，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存ram的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 3.1.2 單片機工作電路at89c51單片機有4kb的flash rom(閃存)作為內部程序存儲器(rom)，因此用這種芯片

30、構成的最小應用系統(tǒng)簡單、可靠。用at89c51單片機構成最小應用系統(tǒng)時，只需將單片機接上時鐘電路和復位電路即可。該最小應用系統(tǒng)具有以下特點：（1）有可供用戶使用的大量i/o線。p0、pl、p2、p3都可作為用戶i/o口用，由于沒有外部存儲器擴展ea應接高電平。（2）內部存儲器容量有限只有4kb的地址空間。當內部程序存儲器不夠用時。就需要擴展外部程序存儲器。at89c51單片機內部ram 容量很小，當單片機需要存放大量數(shù)據(jù)時就必須擴展外部數(shù)據(jù)存儲器。此外at89c51單片機的i/o口數(shù)量和功能很有限。也常常要擴展外部接口芯片。在本電路不需要太多的i/o口。且內部程序存儲器也夠用，所以不用擴展外部

31、數(shù)據(jù)存儲器和外部接口芯片。其電路圖如圖3.2所示：圖3.2 單片機最小系統(tǒng)圖3.1.3 時鐘電路時鐘電路就是產生像時鐘一樣準確的振蕩電路。at89c51內部有一個用于構成片內振蕩器的高增益反相放大器，振蕩器產生的信號送到cpu，作為cpu的時鐘信號驅動cpu產生執(zhí)行指令功能的機器周期。引腳xtal1和xtal2是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起可構成一個自激振蕩器。時鐘電路的連接如圖3.3所示：圖3.3 時鐘電路 圖中外接石英晶體（或陶瓷諧振器）以及電容c1和c2構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容c1和c2的值雖然沒有嚴格的要求

32、，但電容的大小多，會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振圈內部振蕩器的接法的快速性和溫度穩(wěn)定性。外接石英晶體時，c1和c2一般?。?0pf10pf）；外接陶瓷諧振器時。c1和c2一般取（40pf10pf）。外接的是石英晶體，所以c1、c2選擇標稱值30pf。3.1.4 復位電路單片機復位是使cpu和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)。并從這個狀態(tài)開始工作。無論是在單片機剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復位。89系列單片機的復位信號是從rst引腳輸入到芯片的施密特觸發(fā)器中的。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后。如果rst引腳有高電平并維持2個機器周期(24個振

33、蕩周期)則cpu就可響應并且將系統(tǒng)復位。復位電路由兩部分組成，電容和電阻。當系統(tǒng)通電時vcc 上電壓從無到有在reset處會先處于高電平一段時間，然后由于該點通過電阻接地則reset該點的電平會逐漸的改變?yōu)榈碗娖?，從而使得單片機復位口電平從1到0，達到給單片機復位的功能。上電復位：上電瞬間，電容充電電流最大，電容相當于短路，rst端為高電平，自動復位；電容兩端的電壓達到電源電壓時，電容充電電流為零，電容相當于開路，rst端為低電平，程序正常運行。手動復位：首先經過上電復位，當按下按鍵時，rst直接與vcc相連，為高電平形成復位，同時電解電容被短路放電；按鍵松開時，vcc對電容充電，充電電流在電

34、阻上，rst依然為高電平，仍然是復位，充電完成后，電容相當于開路，rst為低電平，正常工作。單片機復位電路圖如圖3.4所示：圖3.4 復位電路圖3.2 紅外遙控模塊的電路設計3.2.1 紅外遙控的實現(xiàn)原理紅外遙控的實現(xiàn)主要是如何用程序去分析位0和位1。位0和位1所不同之處就是在高電平脈沖后的低電平脈寬不一樣，采用脈寬調制的串行碼，以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進制的“1”。 解碼的關鍵也是如何識別“0”和“1”，從位的定義我們可以發(fā)現(xiàn)“0”、“1”均以0.56ms

35、的低電平開始，不同的是高電平的寬度不同，“0”為0.56ms,“1”為1.68ms,所以必須根據(jù)高電平的寬度區(qū)別“0”和“1”。如果從0.56ms低電平過后，開始延時，0.56ms以后，若讀到的電平為低，說明該位為“0”，反之則為“1”，為了可靠起見，延時必須比0.56ms長些，但又不能超過1.12ms,否則如果該位為“0”，讀到的已是下一位的高電平，因此?。?.12ms+0.56ms）/2=0.84ms最為可靠，一般取0.84ms左右均可。 根據(jù)碼的格式，應該等待9ms的起始碼和4.5ms的結束碼完成后才能讀碼。紅外遙控系統(tǒng)主要分為調制、發(fā)射和接收三部分。紅外遙控芯片將紅外碼調制成合適的脈沖

36、信號經紅外發(fā)射二極管發(fā)射紅外編碼后由紅外接收器把接收到的信號處理后輸出給單片機。紅外遙控的流程圖如圖3.5所示。鍵盤編碼調制led光/電放大解調解碼遙控接收器圖3.5 紅外遙控系統(tǒng)框圖遙控發(fā)射器紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點，因而，繼彩電、錄像機之后，在錄音機、音響設備、空凋機以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。工業(yè)設備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾。3.2.2 紅外發(fā)射器 該電路的主要控制器件為遙控器芯片ht6221。ht6221是holte

37、k公司生產的多功能編碼芯片，采用ppm（pulse position modulation）進行編碼，1.12ms為0，2.24ms為1。 ht6221能編碼16位地址碼和8位數(shù)據(jù)碼，最多能同時支持32個開關鍵。ht6221鍵碼的形成：當一個鍵按下超過36ms，振蕩器使芯片激活，如果這個按鍵按下且延遲大約108ms，這108ms發(fā)射代碼由一個起始碼（9ms），一個結果碼（4.5ms），低8位地址碼（9ms18ms），高8位地址碼（9ms18ms），8位數(shù)據(jù)碼（9ms18ms）和這個8位數(shù)據(jù)碼的反碼（9ms18ms）組成，如果按鍵按下超過108ms仍未松開，接下來發(fā)射的代碼將僅由起始碼（9ms）

38、和結束碼（2.5ms）組成。按照下圖的接法，k1k8的數(shù)據(jù)碼分別為：0x00，0x01，0x02，0x04，0x05，0x06，0x07。紅外遙控發(fā)射器電路圖如圖3.6所示。ht6221將紅外碼調制成38khz的脈沖信號通過紅外發(fā)射二極管發(fā)出紅外編碼。圖3.6中d1是紅外發(fā)射二極管，d2是按鍵指示燈，當有按鍵按下時d2點亮。各個開關的功能分別為：k1停止；k2右轉；k3左轉；k4啟動；k5加速；k6循跡；k7制動；k8后退。圖3.6 遙控發(fā)射器電路原理圖3.2.3 紅外接收器 紅外接收電路通常被廠家集成在一個元件中，成為一體化紅外接收頭。內部電路包括紅外監(jiān)測二極管，放大器，限幅器，帶通濾波器，

39、積分電路，比較器等。紅外監(jiān)測二極管監(jiān)測到紅外信號，然后把信號送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發(fā)射器和接收器的距離遠近。交流 信號進入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30khz到60khz的負載波，通過解調電路和積分電路進入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發(fā)射端的信號波形。注意輸出的高低電平和發(fā)射端是反相的，這樣的目的是為了提高接收的靈敏度。該模塊使用紅外接收頭1838，有三個引腳，包括供電腳，接地和信號輸出腳。其電路如圖3.7所示。瓷片電容104為去耦電容，濾除輸出信號的干擾。1端是解調信號的輸出端，直接與單片機的p3.2口相連。有紅外編碼信號發(fā)射時，經紅外接頭

40、處理后，輸出為檢波整形后的方波信號，并直接提供給單片機，執(zhí)行相應的操作來達到控制電機的目的。圖3.7紅外接收硬件圖3.3 電機驅動模塊的電路設計該模塊主要芯片l298，其可以同時控制兩個電機的正反轉，以及改變電機的轉速，足以滿足設計要求。l298是sgs公司的產品，比較常見的是15腳multiwatt封裝的l298，內部同樣包含4通道邏輯驅動電路?？梢苑奖愕尿寗觾蓚€直流電機，或一個兩相步進電機。l298芯片是一種高壓、大電流雙全橋式的驅動器。其中sensea、senseb分別為兩個h橋的電流反饋腳，不用時可以直接接地。vcc，vs是接電源引腳，電壓范圍分別是4.57v、2.546v，設計中vc

41、c端與單片機電源端共用5v工作電源，vs端接12v電源。ena，enb為使能端，低電平禁止輸出。in1，in2，in3，in4為數(shù)據(jù)輸入引腳，分別于單片機的p1.0、p1.1、p1.2、p1.3連接，從單片機內輸入控制信號。out1，out2、out3，out4為數(shù)據(jù)輸出引腳，分別接電動機mg1和mg2。通過調節(jié)in1，in2，in3，in4之間輸入的高低電平的變化來實現(xiàn)電動機mg1和mg2的正反轉動，從而實現(xiàn)小車的前進、后退、左轉和右轉等功能。當in1輸入低電平時，電機mg1正轉；當in2輸入低電平時，電機mg1反轉；當in3輸入低電平時，電機mg2正轉；當in4輸入低電平時，電機mg2反轉

42、。高電平輸入時，電機不工作。d1d8是保護二極管（in5819），用于釋放掉電機緊急制動停車時產生的反向尖峰電勢，起到保護l298不被損壞的作用。電機驅動模塊的電路圖如圖3.8所示：圖3.8 電機驅動電路原理圖 3.4 循跡模塊的電路設計為了保證小車沿黑線行駛，在前部左右兩側安裝兩對tcrt5000紅外對管。在小車行走過程中，若向左方向偏離黑線，則右側的探頭就會檢測到黑線，把信號傳送到單片機。進行處理校正?？刂破湎蛴肄D，反之，向左轉。黑線檢測原理是利用紅外線在黑線和白紙對光的反射系數(shù)不同的特點，在小車在行駛過程中不斷向地面發(fā)射紅外光，根據(jù)接收到的反射光強弱來判斷是否是黑線。利用這個原理，可以控

43、制小車行走的路跡。當紅外發(fā)射管發(fā)射紅外光線到路面，紅外光線遇到白色線則反射，接收管收到反射光，光敏三極管導通，經施密特觸發(fā)器整形后輸出低電平，而紅外光線遇到黑色線時會被吸收，接收管接收不到反射光線。光敏三極管截止，經施密特觸發(fā)器整形后輸出高電平，這就實現(xiàn)了通過紅外檢測功能的功能。將檢測到的信號送到單片機進行分析處理。然后將處理后的結果發(fā)送到電機驅動模塊，進行校正，從而保證小車能沿著黑線行駛。 循跡模塊電路圖電路如圖3.9所示。圖中施密特觸發(fā)器dm74ls14是一種特殊的門電路。它是一種閾值開關電路，具有突變輸入輸出特性的門電路。這種電路被設計成阻止輸入電壓出現(xiàn)微小變化（低于某一閾值）而引起的輸

44、出電壓的改變。施密特觸發(fā)器采用電位觸發(fā)方式，其狀態(tài)由輸入信號電位維持的特性保證了低高電平輸出的穩(wěn)定性。圖3.9 系統(tǒng)循跡電路原理圖3.5 顯示模塊的電路設計本系統(tǒng)采用14腳的1602型號的lcd顯示器。其電路原理圖如圖3.10所示，圖中rp1是9個插針作為排阻封裝的上拉電阻，主要是對器件1602注入電流，把不確定信號通過電路鉗位在高電平，同時也起到限流的作用。1602lcd顯示器的d0d8分別接在單片機的p0口，rs引腳高電平輸入時輸入數(shù)據(jù)，低電平輸入時輸入指令，接在單片機的p2.0口。rw引腳低電平輸入時向lcd寫入指令或數(shù)據(jù)，高電平輸入時從lcd讀取信息，接在單片機的p2.1口。e引腳使能

45、信號，高電平輸入時讀取信息，高電平向低電平轉換時執(zhí)行指令，接在單片機的p2.2口。圖3.10 系統(tǒng)顯示電路第四章 系統(tǒng)軟件設計4.1 主程序 主程序是個死循環(huán)，程序啟動后，開始檢測黑白線，如果左右兩側都檢測到黑線，則控制小車前進；如果左邊檢測到黑線，右邊檢測到白線，則控制小車左轉；如果右邊檢測到黑線，左邊檢測到白線測控制小車右轉；如果左右兩邊都檢測到白線則后退。 設小車左右兩側的紅外對管分別為1和2，則系統(tǒng)主程序流程圖如圖4.1所示。啟動1、2遇黑線n1遇白線2遇黑線1遇黑線2遇白線左轉右轉1遇白線2遇白線前進nnnyyyy驅動模塊模塊后退循跡模塊圖4.1 主程序流程圖 主程序的編寫步驟： 1

46、. 定義頭文件，如#include ； 2. 對單片機引腳進行定義，定義方式如：sbit rs=p20;； 3. 對程序所用變量進行定義，如unsigned int i;可賦值； 4. 當單片機接收到電機驅動信號時，根據(jù)所需功能程序設計如下： while(1) if(key1=0) /左右電機反轉函數(shù) in1 = 0; /右電機反轉函數(shù) in2 = 1; in3 = 0; /左電機反轉函數(shù) in4 = 1; if(key2=0) /左右電機正轉函數(shù) in1=1; /右電機正轉函數(shù) in2=0; in3=1; /左電機正轉函數(shù) in4=0; if(key3=0) /左轉函數(shù) in1=1; / 右

47、電機正轉函數(shù) in2=0; in3=1; /左電機停止函數(shù) in4=1; if(key4=0) / 右轉函數(shù) in1=1; /右電機停止函數(shù) in2=1; in3=1; /左電機正轉函數(shù) in4=0; if(key5=0) /停止函數(shù) in1=1; /右電機停止函數(shù) in2=1; in3=1; /左電機停止函數(shù) in4=1; in1和in2分別控制小車右邊電機的正反轉，in3和in4分別控制左邊電機的正反轉。通過左右電機的正反轉配合執(zhí)行，控制小車的前進、后退、左右轉和停止。當in1=1，in2=0，in3=1，in4=0時，小車前進；當in1=0，in2=1，in3=0，in4=1時，小車后退

48、；當in1=1，in2=0，in3=1，in4=1時，小車向左轉；當in1=1,in2=1，in3=1，in4=0時，小車向右轉；當in1=1，in2=1，in3=1，in4=1時，小車停止。4.2 lcd顯示程序 顯示程序流程圖如圖4.2所示：顯示內容清屏lcd初始化開始圖4.2 lcd顯示流程圖lcd顯示程序的編寫： 1. 對頭文件，引腳和所需變量的定義與主程序類似；2. lcd初始化主程序如下：init_lcd() /lcd的初始化 write_com(0x38); write_com(0x08); write_com(0x01); write_com(0x06); write_com(

49、0x0c); 3. 顯示內容程序如下：void main() int i; init_lcd();/初始化液晶屏 p1=0xff; write_com(0x80); /初始化顯示 for(i=0;i9;i+) write_data(tmp0i); write_com(0x80+0x40); /初始化顯示第二行 for(i=0;i9;i+) write_data(tmpi); while(1) if(key1=0) write_com(0x01); /清屏 write_com(0x80); /在液晶的第一行寫入 for(i=0;i8;i+) write_data(tmp2i);/寫入的內容 wr

50、ite_com(0x80+0x40); /在液晶屏的第二行寫入 for(i=0;i9;i+) write_data(tmpi); /寫入的內容 if(key2=0) write_com(0x01); /清屏 write_com(0x80); /在液晶屏的第一行寫入 for(i=0;i10;i+) write_data(tmp1i); /寫入的內容 write_com(0x80+0x40); /在液晶屏的第二行寫入 for(i=0;i9;i+) write_data(tmpi); /寫入的內容 if(key3=0) write_com(0x01); /清屏 write_com(0x80); /在

51、液晶屏的第一行寫入 for(i=0;i8;i+) write_data(tmp3i); /寫入的內容 write_com(0x80+0x40); /在液晶屏的第二行寫入 for(i=0;i9;i+) write_data(tmpi); /寫入的內容 if(key4=0) write_com(0x01); /清屏 write_com(0x80); /在液晶屏的第一行寫入 for(i=0;i8;i+) write_data(tmp4i); /寫入的內容 write_com(0x80+0x40); /在液晶屏的第二行寫入 for(i=0;i9;i+) write_data(tmpi); /寫入的內容

52、 if(key5=0) write_com(0x01); /清屏 write_com(0x80); /在液晶的第一個位置寫入“” for(i=0;i4;i+) write_data(tmp5i);/寫入的內容 write_com(0x80+0x40); 在液晶屏的第二行寫入 for(i=0;i9;i+) write_data(tmpi);寫入的內容 第五章 紅外遙控智能小車系統(tǒng)的軟件仿真5.1 繪制仿真電路根據(jù)系統(tǒng)的硬件電路設計，在仿真軟件proteus7.5中繪制仿真電路，仿真電路圖圖如圖5.1所示：圖5.1 仿真電路5.2 仿真的介紹仿真電路圖完成后，進行模擬仿真，在仿真過程中紅色代表高電

53、平，藍色代表低電平，灰色代表不確定電平（floating）。由于仿真軟件無法模擬紅外遙控和光電感應信號，所以在仿真過程中通過按鍵來提供仿真所需的各種信號。下面介紹一下仿真過程：1. 創(chuàng)建仿真文件。用keil uv3編寫仿真程序，生成仿真所需要的hex文件。2. 添加仿真文件。雙擊at89c51，出現(xiàn)屬性對話框，在program file中單擊出現(xiàn)文件瀏覽對話框，找到創(chuàng)建的仿真文件，單擊確定完成添加文件。3. 單擊仿真開始按鈕，進入仿真狀態(tài)，如圖5.2所示：圖5.2 小車仿真開始狀態(tài)圖4. 當前進信號輸入時，即按下key1，兩個電機反轉，小車后退，同時顯示器第一行顯示“go back”，第二行顯示“zhang jun”。如圖5.3所示：圖5.3 小車后退仿真圖5. 當后退信號輸入時，即按下key2，兩個電機正轉，小車前進，同時顯