基于單片機(jī)的多功能智能小車設(shè)計(jì)論文(電路 程序 論文)

1、摘要：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)的簡易智能電動車，采用stc89c52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黑色膠布循跡行駛；采用紅外壁障測障礙物。采用1602lcd實(shí)時(shí)顯示小車行駛的時(shí)間，小車停止行駛后，顯示小車行駛時(shí)間以及硬幣的個(gè)數(shù)。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，較容易實(shí)現(xiàn)，但具有高度

2、的智能化、人性化，一定程度體現(xiàn)了智能。關(guān)鍵詞：stc89c52 循跡 紅外壁障 金屬感應(yīng)器 1602lcd1. 設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)智能電動車，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）（1）電動車從出發(fā)區(qū)出發(fā)（車體不得超出出發(fā)區(qū)），沿引導(dǎo)黑線向終點(diǎn)區(qū)行駛，電動車行駛過程中不可脫離黑色引導(dǎo)線行駛。（2）電動車行駛過程中遇到轉(zhuǎn)角路口時(shí)發(fā)出聲光指示信息。（3）電動車在ab段駛過程中遇到引導(dǎo)線下有硬幣。電動車發(fā)出聲光指示信息并且停車2秒。（4）電動車到達(dá)終點(diǎn)后應(yīng)立即停車，但全程行駛時(shí)間不能大于90秒，行駛時(shí)間到達(dá)90秒時(shí)必須立即自動停

3、車。1.1.2 發(fā)揮部分：（1）進(jìn)一步提高b點(diǎn)到g點(diǎn)的行駛速度（電動車行駛過程中不可脫離黑色引導(dǎo)線行駛）。 （2）電動車在gh段行駛過程中如有豎直放置飲用水瓶電動車發(fā)出聲光指示信息。 （3）電動車在gh段行駛過程中如有倒置放置飲用水瓶電動車起動風(fēng)扇將其吹到。 （4）電動車進(jìn)入終點(diǎn)區(qū)域后，能進(jìn)一步準(zhǔn)確駛?cè)虢K點(diǎn)區(qū)，要求電動車的車身完全進(jìn)入終點(diǎn)區(qū)到達(dá)終點(diǎn)區(qū)中心。停車后，能準(zhǔn)確顯示電動車全程行駛時(shí)間、路程以及遇到硬幣的數(shù)量和飲用水瓶的數(shù)量。2. 方案比較與選擇：2.1 主控系統(tǒng)模塊根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我認(rèn)為此設(shè)計(jì)屬于多輸入量的復(fù)雜程序控制問題。據(jù)此，擬定了以下兩種方案并進(jìn)行了綜合的比較論證，具體如下：方案一

4、：選用一片cpld（如epm7128lc84-15）作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。cpld具有速度快、編程容易、資源豐富、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，可利用vhdl語言進(jìn)行編寫開發(fā)。但cpld在控制上較單片機(jī)有較大的劣勢。同時(shí)，cpld的處理速度非?？?，而小車的行進(jìn)速度不可能太高，那么對系統(tǒng)處理信息的要求也就不會太高，在這一點(diǎn)上，mcu就已經(jīng)可以勝任了。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。為此，我們不采用該種方案，進(jìn)而提出了第二種設(shè)想。方案二：采用單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，用其控制行進(jìn)中的小車，以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng)，其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)小車的自動控制，而在

5、這一點(diǎn)上，單片機(jī)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(jī)就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，這種方案是一種較為理想的方案。針對本設(shè)計(jì)特點(diǎn)多開關(guān)量輸入的復(fù)雜程序控制系統(tǒng)，需要擅長處理多開關(guān)量的標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī)，而不能用精簡i/o口和程序存儲器的小體積單片機(jī)，d/a、a/d功能也不必選用。根據(jù)這些分析,我選定了p89c51ra單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的主控裝置，51單片機(jī)具有功能強(qiáng)大的位操作指令，i/o口均可按位尋址，程序空間多達(dá)8k，對于本設(shè)計(jì)也綽綽有余，更可貴的是51單片機(jī)價(jià)格非常低廉。在綜合考慮了傳感器、兩部電機(jī)的驅(qū)動等諸多因素后，我們決

6、定采用一片單片機(jī)，充分利用stc89c52單片機(jī)的資源。2.2 電機(jī)驅(qū)動模塊方案一：采用繼電器對電動機(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。方案二：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)節(jié)電動機(jī)的分壓，從而達(dá)到分壓的目的。但電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。更主要的問題在于一般的電動機(jī)電阻很小，但電流很大，分壓不僅回降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。方案三：采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)動的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，加速能力強(qiáng)，采用由達(dá)林頓管組成的 h型橋式電路(如圖2.

7、1)。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動機(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型橋式電路保證了簡單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采用的pwm調(diào)速技術(shù)?，F(xiàn)市面上有很多此種芯片，我選用了l298n(如圖2.2)。圖2.1 h橋式電路圖2.2 l298n2.3 循跡模塊方案一：采用簡易光電傳感器結(jié)合外圍電路探測，但實(shí)際效果并不理想，對行駛過程中的穩(wěn)定性要求很高，且誤測幾率較大、易受光線環(huán)境和路面介質(zhì)影響。在使用過程極易出現(xiàn)問題，而且容易因?yàn)?該部件造成整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。故最終未采用該方案。方案二：采用四只

8、紅外對管(如圖2.3)，分別置于小車車身前軌道的兩側(cè)，根據(jù)兩只光電開關(guān)接受到白線與黑線的情況來控制小車轉(zhuǎn)向來調(diào)整車向，測試表明，只要合理安裝好四只光電開關(guān)的位置就可以很好的實(shí)現(xiàn)循跡的功能。方案三：采用三只紅外對管，一只置于軌道中間，兩只置于軌道外側(cè)，當(dāng)小車脫離軌道時(shí)，即當(dāng)置于中間的一只光電開關(guān)脫離軌道時(shí)，等待外面任一只檢測到黑線后，做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向調(diào)整，直到中間的光電開關(guān)重新檢測到黑線（即回到軌道）再恢復(fù)正向行駛?，F(xiàn)場實(shí)測表明，小車在尋跡過程中有一定的左右搖擺不定，雖然可以正確的循跡但其成本與穩(wěn)定性都次與第二種方案。通過比較，我選取第二種方案來實(shí)現(xiàn)循跡。圖2.3 紅外對管3系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：

9、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如下幾個(gè)基本的模塊：3.1 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） 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)金屬傳感器檢測到硬幣時(shí)將對單片機(jī)發(fā)送中斷信號，單片機(jī)運(yùn)行中斷，讓小車停下2秒，并顯示出硬幣的個(gè)數(shù)。3.2 lcd顯示模塊：采用1602lcd，由單片機(jī)的總線模式連接。為節(jié)約io口的使用并且不影響lcd的功能，lcd數(shù)據(jù)的傳送是用595進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的，題目要求顯示出全過程所以的時(shí)間和檢測到硬幣的個(gè)數(shù)。還有題目要求在轉(zhuǎn)彎時(shí)

10、發(fā)出聲音，lcd顯示模塊和蜂鳴器模塊電路圖如下：lcd顯示模塊和蜂鳴器模塊電路圖3.3 紅外壁障模塊紅外避障傳感器/距離可調(diào)3-80cm簡介：這是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器。檢測距離可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。該傳感器具有探測距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)器人避障、流水線計(jì)件等眾多場合。原理：前方無障礙輸出高電平(1)，有障礙輸出口（黃色）電平會從高電平變成低電平(0)，工作原理已經(jīng)標(biāo)在圖上了。背面圖有一個(gè)電位器可以調(diào)節(jié)障礙的檢測距離。這樣就可以按題目要求的那樣檢測到瓶子是否倒立了，如果倒立就啟動電風(fēng)扇吹到瓶子。3.4 最小系統(tǒng)模塊： 該系統(tǒng)主要

11、用到的是單片機(jī)，所以主要的部分是最小系統(tǒng)圖，該最小系統(tǒng)如圖所示：最小系統(tǒng)電路圖3.5 驅(qū)動電機(jī)模塊電機(jī)驅(qū)動一般采用h橋式驅(qū)動電路，l298n內(nèi)部集成了h橋式驅(qū)動電路，從而可以采用l298n電路來驅(qū)動電機(jī)。通過單片機(jī)給予l298n電路pwm信號來控制小車的速度，起停。其引腳圖如3.2，驅(qū)動原理圖如圖3.3。圖3.2 l298n引腳圖圖3.3 電機(jī)驅(qū)動電路3.6 循跡模塊小車循跡原理是小車在畫有黑線的白紙 “路面”上行駛，由于黑線和白紙對光線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來判斷“道路”黑線。筆者在該模塊中利用了簡單、應(yīng)用也比較普遍的檢測方法紅外探測法。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色

12、的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車上的接收管接收不到信號，再通過lm324作比較器來采集高低電平，從而實(shí)現(xiàn)信號的檢測。避障亦是此原理。電路圖如圖3.4和圖3.5。市面上有很多紅外傳感器，在這里我選用tcrt5000型光電對管。圖3.4循跡原理圖圖3.5比較器模塊4. 結(jié)束語：經(jīng)過這次的設(shè)計(jì)，讓我更明白了團(tuán)隊(duì)的重要性以及焊接技術(shù)的重要性，也讓我們對單片機(jī)編程的進(jìn)一步了解，為了這次設(shè)計(jì)我們找了查找了很多資料，包括一些對該設(shè)計(jì)元件的作用、工作電壓等資料的了解，

13、感謝百度和google 公司。他們的搜索功能龐大、快捷又免費(fèi)。讓我們很方便地搜索到了我們所需要的設(shè)計(jì)資料和豐富的知識。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我大學(xué)學(xué)習(xí)中遇到過的時(shí)段最長、涉及內(nèi)容最廣、工作量最大的一次設(shè)計(jì)。用老師的一句話概括就是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)相當(dāng)，如是把以前的小課程設(shè)計(jì)綜合在一起的過程，只要把握住每個(gè)小課設(shè)的精華、環(huán)環(huán)緊扣、增強(qiáng)邏輯，那么這次的任務(wù)也就不難了。同時(shí)感謝老師對我們的指導(dǎo)和為我們理清思路從而使我們更快我完成設(shè)計(jì)。5程序和流程圖：按照預(yù)定的功能，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能的程序流程圖如下所示：程序如下：#include #include#define uchar unsigned char#defin

14、e uint unsigned intsbit lcdrs=p00; /1602數(shù)據(jù)、命令端sbit lcden=p01; /1602液晶使能端 sbit ser_595=p02; /串行數(shù)據(jù)輸入 14腳sersbit rck_595=p03; /輸出鎖存器控制脈沖 12腳rcksbit sck_595=p04; /移位時(shí)鐘脈沖 11腳scksbit beep=p05;sbit in1=p10; /電機(jī)控制位sbit in2=p11; sbit en1=p12;sbit in3=p13;sbit in4=p14;sbit en2=p15;sbit x1=p23;sbit x2=p22;sbit

15、 x3=p21;sbit x4=p20;sbit f1=p16;sbit f2=p17;sbit y1=p06; /￥數(shù)sbit it0=p32;/外部中斷0 sbit it1=p33;/外部中斷1uchar num0=0,t0=0,t1=0,num1=0,y=0,d=0,p1=0,p2=0;void delay(uint z)uint x,y;for(x=0;xz;x+)for(y=0;y0;i-)delay(100);void beep()beep=0;delay(8);beep=1;void go_front()en2=1;en1=1;in1=1;in2=0;in3=1;in4=0;vo

16、id go_back()en1=1;en2=1;in1=0;in2=1;in3=0;in4=1;void stop()en1=0;en2=0;in1=0;in2=0;in3=0;in4=0;void turn_left()en1=1;en2=1;in1=0;in2=1;in3=1;in4=0;void turn_right()en1=1;en2=1;in1=1;in2=0;in3=0;in4=1;void display_595(uchar byte)/通過接595送數(shù)據(jù)到lcd1602 uchar i; for(i=0;i8;i+)sck_595=0;byte=byte1;ser_595=c

17、y;sck_595=1;rck_595=0;rck_595=1; void write_1602(uchar lcdcs,uchar com_date)/1602寫指令和寫數(shù)據(jù)lcdrs=lcdcs;/lcdrs=0寫指令，lcdrs=1寫數(shù)據(jù)display_595(com_date); /指令和數(shù)據(jù)delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void lcd1602_init()/1602初始化函數(shù)lcden=0;write_1602(0,0x38); /設(shè)置8位顯示模式write_1602(0,0x0c); /0x0c開顯示，不顯示光標(biāo)，不閃爍；write_1602

18、(0,0x06); /指針加1模式,光標(biāo)右移write_1602(0,0x01); /顯示清屏write_1602(0,0x0c);/光標(biāo)顯示void displays(uchar row,uchar col,uchar *s)/row是行，col是列，*s為字符串if(row=1)write_1602(0,0x80+col-1);/第一行elsewrite_1602(0,0xc0+col-1);/第二行while(*s)write_1602(1,*s+);/送字符串?dāng)?shù)據(jù)void displayc(uchar row,uchar col,uchar date)if(row=1)write_16

19、02(0,0x80+col-1);/第一行elsewrite_1602(0,0xc0+col-1);/第二行write_1602(1,0x30+date);void displayz(uchar row,uchar col,uchar date)/三位數(shù)的處理displayc(row,col,date/100);displayc(row,col+1,date%100/10);displayc(row,col+2,date%10);void noway()uchar f1,f2,f3,f4;/定義標(biāo)志位if(x1=1) f1=1;/循跡1else f1=0; if(x2=1) f2=1;/循跡2

20、else f2=0;if(x3=1) f3=1;/循跡3else f3=0;if(x4=1) f4=1;/循跡4else f4=0;if(f1=1|f2=1)&(f3=0|f4=0)turn_left();if(f1=0|f2=0)&(f3=1|f4=1)turn_right();if(f1=1&f2=1&f3=0&f4=0)turn_left();beep();if(f1=0&f2=0&f3=1&f4=1)turn_right();beep();if(f1=1&f2=1&f3=1&f4=0)turn_left();if(f1=0&f2=1&f3=1&f4=1)turn_right();if(

21、f1=1&f2=1&f3=0&f4=1)turn_left();if(f1=1&f2=0&f3=1&f4=1)turn_right();if(f1=0&f2=0&f3=0&f4=0)go_front();if(f1=0&f2=1&f3=1&f4=0)go_front();if(f1=1&f2=0&f3=0&f4=1)go_front();if(f1=1&f2=1&f3=1&f4=1)stop();void pingzi()uchar f1,f2;if(f1=0) f1=1;/上面的壁障else f1=0; if(f2=0) f2=1;/下面的壁障else f2=0;if(f1=1&f2=1)/檢測正立的瓶子it1=0;if(it1=0)p1+;if(p1=10)p1=0;displayc(1,5,p1);/正立的瓶子數(shù)if(f1=1&f2=0)go_front();if(f1=0&f2=1)/檢測倒立的瓶子it1=0;if(it1=0)p2+;if(p1=10)p1=0;displayc(1,8,p2);/倒立的瓶子數(shù)if(f1=0&f2=0)go_front();void money()if(y1=0)if(y1=0)beep(); /蜂鳴器響it1=0; /觸發(fā)中斷1while(!y1);d+; /硬