畢業(yè)設(shè)計(jì)論文單片機(jī)電子秤設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)電子秤計(jì)系（分院）： 電子信息工程系 專業(yè)班 級(jí)： 應(yīng)用電子3091 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 二一二年 四 月一 日摘 要整個(gè)小車平臺(tái)主要以51單片機(jī)為控制核心，通過無線遙控實(shí)現(xiàn)前進(jìn)后退和轉(zhuǎn)向行駛；通過紅外線傳感器,實(shí)現(xiàn)小車的自適應(yīng)巡航、避障等功能。設(shè)計(jì)采用對(duì)比選擇，模塊獨(dú)立，綜合處理的研究方法。通過翻閱大量的相關(guān)文獻(xiàn)資料，分析整理出有關(guān)信息，在此基礎(chǔ)上列出不同的解決方案，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)比方案優(yōu)劣選出最優(yōu)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。從電機(jī)車體，最小系統(tǒng)到無線遙控，紅外線對(duì)管的自動(dòng)尋跡再到紅外線自動(dòng)避障和語音控制，完成各模塊設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：智能，紅外線傳感器，自動(dòng)尋跡，語音控制目 錄引言.1

2、1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì).2 1.1 系統(tǒng)的工作原理及設(shè)計(jì)基本思路.2 1.1.1 系統(tǒng)的工作原理.3 1.1.2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本思路.6 1.2 系統(tǒng)總體方案比較與論證.7 1.3 單片機(jī)的選型.9 1.4 數(shù)據(jù)采集部分的方案確定.11 1.5.1 傳感器.12 1.5.2 前級(jí)放大器.14 1.5.3 ad轉(zhuǎn)換器.15 1.5 人機(jī)交互部分.15 1.6.1 鍵盤輸入.16 1.6.2 輸出顯示.16 1.6 實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能.162 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).17 2.1 at89s52主控電路.18 2.1.1 芯片介紹.20 2.1.2 主控電路.20 2.2 壓力傳感器放大電路.21 2.2.1 壓力

3、傳感器介紹.21 2.2.2 壓力傳感器放大電路.22 2.3 人機(jī)交換界面.23 2.3.1 鍵盤控制電路.24 2.3.2 液晶控制電路.24 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).25 3.1 主程序流程圖.26 3.2 鍵盤中斷流程圖.27 謝辭.28 參考文獻(xiàn).29 附錄a 原理圖.30 引言該智能作為現(xiàn)代社會(huì)的新產(chǎn)物，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)特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，無需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。本設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)多功能小車的智能模式，設(shè)計(jì)中的理論方案、分析方法及特色與創(chuàng)新點(diǎn)等可以為自動(dòng)運(yùn)輸機(jī)器人、采礦勘探機(jī)器人、家用自動(dòng)清潔機(jī)器人等自動(dòng)半自動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與普

4、及有一定的參考意義。同時(shí)小車可以作為玩具的發(fā)展對(duì)象，為中國玩具市場技術(shù)含量的缺乏進(jìn)行一定的彌補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益，形成商業(yè)價(jià)值。通過調(diào)試檢測(cè)各模塊，得到正確的信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有的功能。最后將各個(gè)調(diào)試成功的模塊結(jié)合到小車的車體上，結(jié)合程序，通過單片機(jī)的控制，將各模塊有效整合在一起，達(dá)到所預(yù)期的目標(biāo)，完成最終設(shè)計(jì)與制作，能使小車在一定的環(huán)境中智能化運(yùn)轉(zhuǎn)。1系統(tǒng)簡介1.1 系統(tǒng)方案根據(jù)課題的設(shè)計(jì)要求，本方案主要由電源模塊、微控制器模塊、尋跡模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、發(fā)射模塊和接收模塊組成。系統(tǒng)框圖如圖3所示。為了較好的實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能，我們做了如下的比較。1.1.1 小車車體的選擇第一種方案是自己用覆銅板

5、和電機(jī)自制一個(gè)小車，前輪使用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)做轉(zhuǎn)向，后輪用直流電機(jī)做動(dòng)力。第二種方案也是自制一個(gè)小車，不過小車前面使用萬用導(dǎo)向輪做轉(zhuǎn)向，小車后面用兩個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過調(diào)節(jié)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)小車的速度。這兩種方案中心都是自制一個(gè)小車，考慮到傳動(dòng)裝置的缺乏和購買傳動(dòng)裝置的費(fèi)用較高，而且組裝出來的裝置傳動(dòng)效果可能不太理想，就放棄了自制小車的兩個(gè)方案。第三種方案是購買成品小車，由于得到老師提供的一款玩具小車的底座，通過分析該小車的轉(zhuǎn)向角和帶負(fù)載能力，都可以滿足本系統(tǒng)的要求。試驗(yàn)時(shí)，在小車上放置一斤以上的重物，小車的速度還需要通過pwm降速，使其速度滿足紅外尋跡的要求。前兩種方案的中心都是自制一個(gè)小車，

6、考慮到傳動(dòng)裝置的缺乏和購買傳動(dòng)裝置的費(fèi)用較高，而且組裝出來的裝置傳動(dòng)效果可能不太理想，于是放棄了自制小車的兩種方案。通過對(duì)三種方案的仔細(xì)研究與比較，我們最終選擇了第三種方案。1.1.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路的選擇所選的小車底座有兩個(gè)直流電機(jī)。單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力無法直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，所以要使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。第一種方案是，選用h橋電路驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)。h橋驅(qū)動(dòng)電路較復(fù)雜，電路的性能無法保證，且電能的利用率較低。最后不做考慮。第二種方案是用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片可以減少電路的復(fù)雜度，使電路美觀，且電能的利用率較高。直流電機(jī)所需的驅(qū)動(dòng)電壓、驅(qū)動(dòng)電流均比較大，因此采用雙h橋高電壓大電流驅(qū)動(dòng)芯片l298

7、n作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。l298n是推挽式功率放大專用集成電路器件，直流驅(qū)動(dòng)電流總和可達(dá)4a，其內(nèi)部具有2個(gè)完全相同的pwm功率放大回路，擁有pwm調(diào)速功能。通過考慮各種驅(qū)動(dòng)芯片的性能和我校實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有資源，選擇了l298n驅(qū)動(dòng)芯片，它可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，并對(duì)兩個(gè)直流電機(jī)進(jìn)行pwm調(diào)速。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，控制電路中，考慮到單片機(jī)會(huì)受到驅(qū)動(dòng)部分的干擾，因此采用了光電藕合器tlp521，把控制部分和驅(qū)動(dòng)部分在電氣上隔離開來。采用8個(gè)1n5822高速大電流肖特基二極管組成續(xù)流保護(hù)電路，消除電機(jī)在起停、制動(dòng)及換向時(shí)產(chǎn)生的反電勢(shì)。系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)引腳輸出的控制信號(hào)經(jīng)過光電耦合器之后輸入電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片l298n

8、，控制電機(jī)動(dòng)作。當(dāng)需要調(diào)速時(shí)，只需改變pwm波(本設(shè)計(jì)中由單片機(jī)p2.1和p2.3端口產(chǎn)生)的占空比即可，理論上可以實(shí)現(xiàn)256級(jí)調(diào)速。1.1.3 小車電源的選擇第一種方案是選用多塊串聯(lián)的可充電鋰電池?？紤]到此種電池的價(jià)格較高，且充電時(shí)極為不便，于是放棄此方案。第二種方案是使用12v的鉛蓄電池，12v鉛蓄電池質(zhì)量較重，大約800克，擔(dān)心小車的帶負(fù)載能力有限，通過試驗(yàn)得知，小車帶同樣重量的負(fù)載時(shí)，還需要進(jìn)行pwm調(diào)速，速度才可以滿足要求。通過調(diào)整重心的位置，使重心后移，小車可以自由的進(jìn)行轉(zhuǎn)向，從而對(duì)自動(dòng)尋跡的轉(zhuǎn)向沒有任何影響，最后選擇了該方案。1.1.4 尋跡模塊的選擇第一種方案是選擇精準(zhǔn)度較高的

9、紅外探測(cè)傳感器，考慮到紅外探測(cè)傳感器價(jià)格較高，放棄了這個(gè)方案。第二種方案是使用紅外對(duì)管，特點(diǎn)是價(jià)格低，質(zhì)量輕，對(duì)小車的轉(zhuǎn)向不會(huì)造成影響。在使用時(shí)，測(cè)試的效果不夠理想，外界的光線對(duì)其靈敏度有較大的影響，檢測(cè)的靈敏度非常低，不能夠滿足自動(dòng)尋跡的要求。在后來的實(shí)驗(yàn)中，在每個(gè)紅外對(duì)管的外面套上熱縮管，減少外界光線對(duì)紅外對(duì)管的干擾，使得紅外對(duì)管的檢測(cè)靈敏度大大提高，達(dá)到了尋跡檢測(cè)的要求，所以最后選擇了該方案。1.1.5 遙控模塊的選擇第一種方案是紅外遙控。紅外遙控的電路比較簡單，實(shí)現(xiàn)起來比較方便。但是紅外遙控的弊端是容易受到外界光線的干擾，并且紅外遙控必須使遙控端和被遙控端相對(duì)且處于接近一條直線上，這樣

10、根本不能實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的全方位遙控。所以最后放棄了這個(gè)不太合理的方案。第二種方案是使用無線電遙控。一般的無線電電路制作出來之后的效果太理想，為了保證遙控的效果，選擇了集成的無線電收發(fā)模塊電路（315m發(fā)射和接收模塊）。為方便對(duì)無線電的控制，最后選擇了pt2262-l4芯片和pt2272芯片來實(shí)現(xiàn)無線電的編解碼。1.1.8 智能遙控尋跡小車的最終方案1）車體為成品玩具車的底座，包括兩個(gè)直流電機(jī)。2. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路選擇為光耦隔離的l298n驅(qū)動(dòng)電路。3. 電源選擇12v的鉛蓄電池。4. 智能尋跡模塊選用紅外對(duì)管。5. 使用編解碼芯片進(jìn)行無線遙控。1.2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)芯片使用的是

11、sgs公司的產(chǎn)品lm298n，15腳multiwatt封裝的。內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路?？梢苑奖愕尿?qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)。其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)電路的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單可靠，輸出電壓最高可達(dá)50v，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓。l298n可接受標(biāo)準(zhǔn)ttl邏輯電平信號(hào)vss，vss可接457 v電壓。4腳接電源電壓，電壓范圍vih為2546 v。輸出電流可達(dá)25 a，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。l298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，在本模塊中，我們把out1，out2和out3，out4之間分別接電動(dòng)機(jī)。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。6（ena），11（enb）腳分別接pwm控制端，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

12、圖4為l298n的功能邏輯圖，圖5為電機(jī)控制電路原理圖，其中1,15腳為輸出電流反饋引腳，通常在使用中可以直接接地。圖5 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊1.2.2尋跡模塊電路本模塊選用的器件是比較便宜的反射式紅外對(duì)管，通過電位器調(diào)節(jié)紅外發(fā)射管的功率改變發(fā)射的紅外線的強(qiáng)弱，接收管根據(jù)接收到經(jīng)過地面反射回來的紅外線的強(qiáng)弱導(dǎo)通或截止，經(jīng)過接收模塊產(chǎn)生高低電平的變化。為了使其產(chǎn)生穩(wěn)定的電平信號(hào)，在電路中加入史密斯觸發(fā)器74ls14對(duì)接收模塊的輸出信號(hào)整形。其實(shí)循跡原理很簡單,如下圖,就是紅外反射照到黑線上方時(shí)光都被黑線吸收了(注意要調(diào)節(jié)好反射管到地面的距離),接著接收模塊就輸出一個(gè)低電平給控制器(單片機(jī)),然后單片

13、機(jī)就根據(jù)這個(gè)低電平執(zhí)行動(dòng)作(左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn))。74ls14內(nèi)部邏輯圖如圖6所示。紅外尋跡電路原理圖如圖7所示。圖7 紅外循跡電路在紅外對(duì)管的外面加設(shè)熱縮管，大大提高了紅外對(duì)管的靈敏度，實(shí)物圖如圖8所示。1.2.3 無線電遙控模塊315m發(fā)射模塊得電時(shí)會(huì)發(fā)射出穩(wěn)定的頻率為315mhz的高頻信號(hào)。發(fā)射模塊如圖9所示，接收模塊如圖10所示。pt2262/2272是臺(tái)灣普城公司生產(chǎn)的一種cmos工藝制造的低功耗低價(jià)位通用編解碼電路，pt2262/2272最多可有12位(a0-a11)三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平),任意組合可提供531441地址碼,pt2262最多可有6位(d0-d5)數(shù)據(jù)端

14、管腳,設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。 編碼芯片pt2262發(fā)出的編碼信號(hào)由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片pt2272接收到信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對(duì)后，vt腳才輸出高電平，與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會(huì)連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機(jī)沒有按鍵按下時(shí)，pt2262不接通電源，其17腳為低電平，所以315mhz的高頻發(fā)射電路不工作，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，pt2262得電工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號(hào)，當(dāng)17腳為高電平期間315mhz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號(hào)，當(dāng)17腳為低平期間315mhz的高頻發(fā)射

15、電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于pt2262的17腳輸出的數(shù)字信號(hào)，從而對(duì)高頻電路完成幅度鍵控（ask調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制為100的調(diào)幅。 pt2262特點(diǎn)： 、cmos工藝制造，低功耗 、外部元器件少 、rc振蕩電阻 、工作電壓范圍寬：2.6-15v 、數(shù)據(jù)最多可達(dá)6位 、地址碼最多可達(dá)531441種 應(yīng)用范圍 ：、車輛防盜系統(tǒng) 、家庭防盜系統(tǒng) 、遙 控 玩 具 pt2262-l4引腳圖如圖11所示,pt2272引腳圖如圖12所示。在具體的應(yīng)用中，外接振蕩電阻可根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，阻值越大振蕩頻率越慢，編碼的寬度越大，發(fā)碼一幀的時(shí)間越長。我們選用這種組合方式。遙控器電路圖如圖13所示

16、，接收模塊電路圖如圖15所示。315m發(fā)射模塊原理圖如圖14所示，315m接收模塊原理圖如圖16所示。圖13 遙控器原理圖圖14 315m發(fā)射模塊電路圖圖15無線接收模塊電路圖圖16 315m接收模塊原理圖制作后的遙控器為圖15所示。1.2.5 軟件流程圖主程序程序流程圖如圖16所示。執(zhí)行部分流程圖如圖17所示。開始初始化等待按鍵有鍵按下？否是判斷鍵值k4按下k3按下k2按下k1按下k4_m+確認(rèn)命令右轉(zhuǎn)命令左轉(zhuǎn)命令k4_m=3k4_m=2k4_m=1尋跡模式后退模式前進(jìn)模式結(jié)束圖16 主程序流程圖否否否否開始左側(cè)檢測(cè)到黑線？右側(cè)檢測(cè)到黑線？兩側(cè)沒檢測(cè)到黑線？兩側(cè)都檢測(cè)到黑線？是結(jié)束前進(jìn)左轉(zhuǎn)前進(jìn)前進(jìn)右轉(zhuǎn)剎車是是是圖18 智能尋跡子函數(shù)流程圖2 特色列舉本設(shè)計(jì)選用的集成元件l298n，pt2262,pt2272等，簡化了硬件設(shè)計(jì)，縮小了硬件空間，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，軟件設(shè)計(jì)使用pwm調(diào)制技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)原有功能的基礎(chǔ)上，減小了電功率，更加節(jié)能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，基本上都使用現(xiàn)在比較通用的電路模塊和集成芯片，利于系統(tǒng)的維護(hù)。設(shè)計(jì)選用的器材實(shí)用性強(qiáng)，價(jià)格較合理，成本適中。本系統(tǒng)小車是智能和人工控制并存，適合單片機(jī)初學(xué)者的制作與學(xué)習(xí)。3 系統(tǒng)使用范圍智能小車不僅生動(dòng)有趣還牽涉到機(jī)械結(jié)構(gòu)、電子