基于單片機的智能小車控制

1、信息工程專業(yè)課程設(shè)計（二） 題目基于STC89C52單片機的智能小車姓名袁誠學(xué)號2014116020431所在院系教育信息與技術(shù)所在班級1404完成時間2016.6.25基于單片機的智能小車 摘要：智能化作為現(xiàn)代電子產(chǎn)品的新趨勢，是今后的電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。智能化設(shè)計的電子產(chǎn)品可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個環(huán)境里自動運作，不需要人為的管理，可應(yīng)用于科學(xué)勘探、環(huán)境監(jiān)測、智能家居等方面?；趩纹瑱C的智能小車控制就是其中的一個體現(xiàn)。本設(shè)計實現(xiàn)了一種基于51單片機的按鍵操作控制和溫度檢測顯示系統(tǒng)，通過溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)并且通過顯示模塊顯示出來，通過對按鍵的操作，自動控制轉(zhuǎn)向電機轉(zhuǎn)向，改變行駛方向。

2、本課題設(shè)計的智能小車，具有按鍵控制前后左右的功能，溫度采集功能，液晶顯示功能。 序 言1第1章 總體設(shè)計方案21.1課題任務(wù)分析21.2 方案論證31.2.1小車驅(qū)動部分31.2.2 溫度顯示部分3第2章 系統(tǒng)硬件構(gòu)成42.1系統(tǒng)設(shè)計原理42.2主要元器件簡介42.2.1 STC89C52RC簡介42.2.2 液晶顯示電路52.2.3 L298N芯片直流電機驅(qū)動模塊62.2.4遙控部分獨立按鍵電路7第3章 軟件的設(shè)計與說明83.1軟件設(shè)計83.2軟件的說明93.2.1 控制部分主程序流程93.2.2 溫度檢測顯示部分主程序流程圖10第4章 調(diào)試與總結(jié)124.1 調(diào)試的總結(jié)12參考文獻13致 謝

3、14附錄15附件1 L298N電機驅(qū)動模塊15附件2 小車側(cè)視圖16附件3 小車俯視圖16附件4 小車最終硬件圖17附件5 程序清單18III序 言隨著我國科學(xué)技術(shù)的進步，智能化和自動化技術(shù)越來越普及，各種高科技也廣泛應(yīng)用于智能小車和機器人玩具制造領(lǐng)域，使智能機器人越來越多樣化。智能小車是一個多種高新技術(shù)的集成體，它融合了機械、電子、傳感器、計算機硬件、軟件、人工智能等許多學(xué)科的知識，涉及到當(dāng)今許多前沿領(lǐng)域的技術(shù)1。而智能電動車正是智能機器人的一種，具有不可估量的實際意義。智能車輛是一個運用計算機、傳感、信息、通信、導(dǎo)航、人工智能及自動控制等技術(shù)來實現(xiàn)環(huán)境感知、規(guī)劃決策和自動行駛為一體的高新技

4、術(shù)綜合體。它在軍事、民用和科學(xué)研究等方面已獲得了應(yīng)用，對解決道路交通安全提供了一種新的途徑。隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。全國電子大賽和省內(nèi)電子大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，許多國家已經(jīng)把電子設(shè)計比賽作為創(chuàng)新教育的戰(zhàn)略性手段。電子設(shè)計涉及到多個學(xué)科，機械電子、傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)、人工智能控制、計算機與通信技術(shù)等等，是眾多領(lǐng)域的高科技。電子設(shè)計技術(shù)，它是一個國家高科技實例的一個重要標(biāo)準(zhǔn)，可見其研究意義很大。第1章 總體設(shè)計方案 1.1課題任務(wù)分析 本文設(shè)計了智能小車控制系統(tǒng)。智能小車是一個運用傳感器、單片機、信號處理、電

5、機驅(qū)動及自動控制等技術(shù)來實現(xiàn)環(huán)境感和自動行駛為一體的高新技術(shù)綜合體，它在軍事、民用和科學(xué)研究等方面已獲得了應(yīng)用。 通過各種選題之后，我發(fā)現(xiàn)制作智能小車非常有意思，它喚起我們對玩具的革新思想，智能小車制作的興趣。自己遇到過的汽車的功能是怎樣的，想通過自己的手創(chuàng)作出屬于自己的智能汽車。也夾雜一種童年時對玩具智能化的假想。所以我選定制作單片機智能小車。 通過這次設(shè)計，掌握51單片機的原理，了解簡單傳感器組成原理，初步掌握傳感器的調(diào)整及測試方法，提高動手能力和排除故障的能力。同時通過本課題設(shè)計與裝配、調(diào)試，提高自己的動手能力，鞏固已學(xué)的理論知識，建立單片機理論和實踐的結(jié)合，了解傳感器各單元電路之間的關(guān)

6、系及相互影響，從而能正確設(shè)計、計算定時計數(shù)的各個單元電路。初步掌握傳感器的調(diào)整及測試方法。提高動手能力和排除故障的能力。本設(shè)計采用直流電機，電機專用驅(qū)動芯片L298N進行電機驅(qū)動控制，主控芯片為STC89C52，控制器部分采用簡單按鍵，溫度數(shù)據(jù)的采集采用DS18B20溫度傳感器模塊，顯示部分采用1602液晶。本次設(shè)計雖然只是一個演示模型，但是具有充分的科學(xué)性和實用性。首先我們根據(jù)汽車的復(fù)雜情況，按照現(xiàn)有材料搭建一個小車模型，車輪，車身，直流電機，按鍵，溫度傳感器，單片機，L29BN電機驅(qū)動模塊等。DS18B20溫度傳感器將檢測到的溫度數(shù)據(jù)傳給單片機，單片機根據(jù)接收到的信號進行處理再傳給顯示模塊

7、顯示，由按鍵模塊控制小車進行倒車、前進、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等動作。 1.2 方案論證1.2.1小車驅(qū)動部分方案一：小車的電機驅(qū)動部分采用自己搭建的9012三極管電路來實行小車的驅(qū)動，9012三極管電路具有電路簡單，操作方便的等特點。方案二：小車的電機驅(qū)動部分采用L298N芯片直流電機驅(qū)動模塊，該模塊具有較大的驅(qū)動帶載能力，驅(qū)動部分端子供電范圍Vs：+5V+35V，并且另外自帶了5V、3V的輸出端口。方案論證：本設(shè)計為2輪驅(qū)動的小車，對于小車驅(qū)動部分要求能夠有較大的帯載能力，并且在小車的實際設(shè)計過程中，需要不同的輸出電壓來提供給小車的各個模塊。因此綜上所述采用方案二，小車的電機驅(qū)動部分使用L298N芯片

8、直流電機驅(qū)動模塊。1.2.2 溫度顯示部分方案一： 溫度的顯示通過數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管驅(qū)動簡單，但是所能顯示的字符數(shù)量有限有局限性方案二：用液晶來顯示溫度傳感器采集到的溫度，雖然操作比數(shù)碼管要復(fù)雜一點，但是功能比數(shù)碼管要強大很多，能夠顯示各種各樣的字符 方案論證：本設(shè)計是要顯示溫度，并且要顯示需要顯示英文字符，數(shù)碼管無法滿足要求，因此采用1602液晶來做顯示模塊第2章 系統(tǒng)硬件構(gòu)成 2.1系統(tǒng)設(shè)計原理本設(shè)計主要分為兩部分：按鍵控制部分和溫度檢測部分?？刂撇糠种饕呻娫措娐罚瑔纹瑱C最小系統(tǒng)，按鍵模塊和電機驅(qū)動模塊組成，遙控部分的系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。小車部分由電源電路，單片機最小系統(tǒng)，顯示電路，

9、無線電木塊，報警電路，超聲波電路等電路模塊組成，小車部分的系統(tǒng)框圖如圖2-2所示。 2.2主要元器件簡介 2.2.1 STC89C52RC簡介 常用的單片機有很多種：Intel8051系列、Motorola和M68HC系列、Atmel的AT89系列、臺灣華邦(Winbond)W78系列、荷蘭PiliPs的PCF80C51系列、MicrochiP公司系列4位單片機、臺灣義隆的EM-78系列等1。本次設(shè)計最終選用了STC89C52單片機。本系統(tǒng)采用最常用的STC89C52單片機，它是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable

10、 Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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STC89C52是一種高效微控制器。STC89C52單片機為很多嵌入式系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。6引腳排列如圖2-3所示。圖2-3 STC89系列引腳排列2.2.2 液晶顯示電路 該設(shè)計的顯示部分采用LCD1602來顯示超聲波測距模塊測得的距離。對于現(xiàn)實電路我們可以采用數(shù)碼管，也可以采用液晶顯示。液晶顯示相對于數(shù)碼管顯示電路更簡潔，顯示更明了，故我

11、們采用液晶顯示電路。液晶又分字符型和點陣型，我們使用的液晶是字符型液晶。LCD1602自帶字符庫，不需要查找代碼，英文字符可直接使用。液晶電路使用時，如果發(fā)現(xiàn)液晶不亮可以調(diào)節(jié)連接液晶的電位器，調(diào)節(jié)液晶的亮度。液晶顯示電路如圖2-11所示。圖2-11 液晶顯示電路 2.2.3 L298N芯片直流電機驅(qū)動模塊該模塊由L298N作為雙H橋直流電機驅(qū)動芯片，驅(qū)動部分端子供電范圍Vs：+5V+35V。如果在模塊上取電壓供電，則模塊供電范圍為Vs：+7V+35V。模塊的驅(qū)動不封峰值電流Io為2A。其他相關(guān)參數(shù)見表2-1。模塊的實物圖見附錄附件1（注：紅色線框部分為電源接口）。表2-1 L298N芯片直流電

12、機驅(qū)動模塊產(chǎn)品參數(shù)邏輯部分端子供電范圍Vss5V7V（可板內(nèi)取電5V） 邏輯部分工作電流范圍036mA 控制信號輸入電壓范圍低電平：0.3VVin1.5V 高電平：2.3VVinVss 使能信號輸入電壓范圍低電平：0.3Vin1.5V(控制信號無效) 高電平：2.3VVinVss(控制信號有效) 最大功耗20W（溫度T75時） 存儲溫度25130 驅(qū)動板尺寸82mm*57mm*33mm (帶固定銅柱，散熱片高度) 驅(qū)動板重量60g 其他擴展控制方向指示燈、 邏輯部分板內(nèi)取電接口 2.2.4遙控部分獨立按鍵電路 遙控部分的獨立按鍵與單片機的接口設(shè)置為P1.2、P1.3、P1.4、P1.5，分別控

13、制小車的前進、后退、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎。獨立按鍵采用低電平觸發(fā)，即當(dāng)按下按鍵時給單片機一個低電平信號，單片機隨后做出相應(yīng)的處理，當(dāng)按鍵松開時，單片機接收到一個高電平信號，單片機隨后繼續(xù)做出相應(yīng)處理?？刂撇糠值莫毩存I電路如圖2-12所示。圖2-12 控制部分獨立按鍵電路第3章 軟件的設(shè)計與說明 3.1軟件設(shè)計系統(tǒng)功能的實現(xiàn)依賴于軟、硬件的協(xié)同工作。主控芯片為STC89C52RC單片機。單片機控制軟件實現(xiàn)遙控和小車的各項功能。程序編譯采用Keil uVision4編程軟件，Keil uVision4程序編譯界面如圖3-1所示。程序部分采用目前單片機最通用的C語言進行編程。程序的燒錄軟件采用STC_I

14、SP_V479軟件燒寫編譯好的HEX文件，STC_ISP_V479軟件程序燒寫界面如圖3-2所示。圖3-1 Keil uVision4編程軟件界面圖3-2 STC_ISP_V479軟件程序燒寫界面 3.2軟件的說明 3.2.1 控制部分主程序流程遙控部分主程序流程圖如圖3-3所示。程序從主函數(shù)開始執(zhí)行，獨立按鍵模塊初始化，同時在主函數(shù)中定義單片機口對應(yīng)的按鍵按下時所發(fā)出的函數(shù)值。接下來判斷是否有按鍵按下，如果有按鍵按下，則發(fā)送相應(yīng)的按鍵對應(yīng)的函數(shù)值，接著判斷是否又有按鍵按下。如果未發(fā)現(xiàn)按鍵按下則在主函數(shù)中循環(huán)判斷是否有按鍵按下。圖3-3 遙控主程序流程圖 3.2.2 溫度檢測顯示部分主程序流程

15、圖 小車部分主程序流程圖如圖3-5所示。程序從主函數(shù)開始執(zhí)行，液晶顯示模塊初始化，按鍵模塊初始化。各個模塊初始化完畢后，單片機判斷是否接受到了DS18B20采集的數(shù)據(jù)信號，如果接收到信號，處理相應(yīng)的數(shù)值，如果沒有接收到新的數(shù)值則返回繼續(xù)判斷是否接受到新的信號。接收到信號后，單片機對應(yīng)的對液晶的讀寫進行命令。圖3-5 溫度檢測顯示部分流程圖第4章 調(diào)試與總結(jié) 基于單片機的智能小車控制有許多的模塊，在做整體設(shè)計之前首先是對每個模塊的調(diào)試。只有在確保每個模塊都正常的情況下才能進行總體的設(shè)計和總體的調(diào)試。每個模塊都需要軟硬件的調(diào)試才能確保模塊的正常。 單片機的電路系統(tǒng)相對于簡單一些，對于焊接只要多練習(xí)

16、就不會出現(xiàn)問題，但是，單片機的電路系統(tǒng)中只要出于一處的錯誤，則會對檢測造成很大的不便，而且電路的交叉線較多，對于各種鋒利的引腳都要注意處理，否則會刺破帶有包皮的導(dǎo)線，則會對電路造成短路現(xiàn)象。 在本次單片機的設(shè)計調(diào)試中遇到了很多的問題。回想這些問題只要認(rèn)真多思考都是可以避免的，主要問題在于電機不能正常速度驅(qū)動，原因出于電源電壓不夠造成的。解決方案：更換大功率電源。 4.1 調(diào)試的總結(jié)通過這次設(shè)計，掌握51單片機的原理，了解簡單傳感器組成原理，初步掌握傳感器的調(diào)整及測試方法，提高動手能力和排除故障的能力。同時通過本課題設(shè)計與裝配、調(diào)試，提高自己的動手能力，鞏固已學(xué)的理論知識，建立單片機理論和實踐的

17、結(jié)合，了解傳感器各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計、計算定時計數(shù)的各個單元電路。初步掌握傳感器的調(diào)整及測試方法。提高動手能力和排除故障的能力。調(diào)試期間要多向同學(xué)老師請教，有問題就該虛心請教。 經(jīng)過多次的反復(fù)測試與分析，可以對電路的原理及功能更加熟悉，同時提高了設(shè)計能力與對電路的分析能力，同時在軟件的編程方面得到更高的提高，對編程能力得到加強，同時對所學(xué)的知識得到很大的提高與鞏固。參考文獻1 徐國華.移動機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢J.機器人技術(shù)與應(yīng)用，2001,(03):1102-1103,1150.2 彭宏業(yè),段哲民編著.小型舞蹈機器人的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計J.國外電子元器件.2005,(0

18、4):56-65.3 陳南主編.定位控制器的設(shè)計與實現(xiàn)J.西安科技大學(xué)學(xué)報. 2003.4譚浩強C語言程序設(shè)計M北京：清華大學(xué)出版社，19985蘇衛(wèi)東，任思聰?shù)葴乜叵鋽?shù)學(xué)模型的建立及其自適應(yīng)PID控制J中國慣性技術(shù)學(xué)報，1995年,(3):4.6萬福君. MCS-51單片機原理、系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用M. 北京：清華大學(xué)出版社，2008.7 彭宏業(yè),段哲民編著.小型舞蹈機器人的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計J.國外電子元器件.2005,(4).8 劉甘娜等編著.IBM-PC微機原理及接口技術(shù)J.西安：西安電子科技大學(xué)出版社,1998.9孫廣清便攜式溫度傳感標(biāo)定裝置D西北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.10 鮑麗星，陳曉

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20、and Lighting， 2006，14（5）：21-23.16I.M Filanvsky,H.Baltes.CMOS Schmit Trigger DesignJ.IEEE Transactioms on Circuits and System-Fundamental Theory andApplications.1994,41(1):46-49.致 謝 在作品完成之際，我們要特別感謝嚴(yán)焰老師的熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。在我們作品制作的過程中，老師們給了我們很多耐心的指導(dǎo)和啟發(fā)，不僅讓我學(xué)到了專業(yè)知識，還讓我學(xué)到了很多做人的道理。特別是他們廣博的學(xué)識、深厚的學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和一絲不茍的工

21、作作風(fēng)使我們終生受益，在此表示真誠地感謝。 在作品的制作過程中，也得到了許多同學(xué)的寶貴建議，在此一并致以誠摯的謝意。感謝所有關(guān)心、支持、幫助過我們的朋友。 最后，向在百忙中抽出時間對本文進行評審并提出寶貴意見的各位領(lǐng)導(dǎo)老師表示衷心地感謝！由于自身水平有限，設(shè)計中一定存在很多不足之處，敬請各位老師批評指正。附錄附件1 L298N電機驅(qū)動模塊附件2 小車側(cè)視圖附件3 小車俯視圖附件4 小車最終硬件圖附件5 程序清單 # include <reg52.h>#include<intrins.h># define uchar unsigned char# define uint

22、unsigned intsbit key1=P12;sbit key2=P13;sbit key3=P14;sbit key4=P15;sbit IN1 = P01;sbit IN2 = P02;sbit IN3 = P03;sbit IN4 = P04;sbit RS=P05; /液晶sbit RW=P06;sbit EN=P07;sbit DQ=P30;/ds18b20與單片機連接口unsigned char code str1="temperature: "unsigned char code str2=" "uchar data disdata5

23、;uint tvalue;/溫度值uchar tflag;/溫度正負(fù)標(biāo)志 void delay(uint xms)int i,j;for(i=xms;i>0;i-)for(j=110;j>0;j-);/*小車部分*/void qianjin()IN1=1; IN2=0;delay(5);IN3=1;IN4=0;void houtui()IN1=0; IN2=1;delay(5);IN3=0;IN4=1;void zuozhuan()IN1=1; IN2=0;delay(5);IN3=0;IN4=0;void youzhuan()IN1=0; IN2=0;delay(5);IN3=1

24、;IN4=0;void tingzhi()IN1=0; IN2=0;delay(5);IN3=0;IN4=0;/*lcd1602程序*/void delay1ms(unsigned int ms)/延時1毫秒（不夠精確的）unsigned int i,j; for(i=0;i<ms;i+) for(j=0;j<100;j+);void wr_com(unsigned char com)/寫指令/ delay1ms(1); RS=0; RW=0; EN=0; P2=com; delay1ms(1); EN=1; delay1ms(1); EN=0;void wr_dat(unsign

25、ed char dat)/寫數(shù)據(jù)/ delay1ms(1); RS=1; RW=0; EN=0; P2=dat; delay1ms(1); EN=1; delay1ms(1); EN=0;void lcd_init()/初始化設(shè)置/delay1ms(15);wr_com(0x38);delay1ms(5); wr_com(0x08);delay1ms(5); wr_com(0x01);delay1ms(5); wr_com(0x06);delay1ms(5); wr_com(0x0c);delay1ms(5);void display(unsigned char *p)/顯示/while(*p

26、!='0')wr_dat(*p);p+;delay1ms(1); void init_play()/初始化顯示 lcd_init(); wr_com(0x80);display(str1);wr_com(0xc0);display(str2);/*ds1820程序*/void delay_18B20(unsigned int i)/延時1微秒 while(i-);void ds1820rst()/*ds1820復(fù)位*/ unsigned char x=0;DQ = 1; /DQ復(fù)位delay_18B20(4); /延時DQ = 0; /DQ拉低delay_18B20(100);

27、 /精確延時大于480usDQ = 1; /拉高delay_18B20(40); uchar ds1820rd()/*讀數(shù)據(jù)*/ unsigned char i=0; unsigned char dat = 0;for (i=8;i>0;i-) DQ = 0; /給脈沖信號 dat>>=1; DQ = 1; /給脈沖信號 if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(10); return(dat);void ds1820wr(uchar wdata)/*寫數(shù)據(jù)*/unsigned char i=0; for (i=8; i>0; i-) DQ = 0; DQ = wdata&0x01; delay_18B20(10); DQ = 1; wdata>>=1; read_temp()/*讀取溫度值并轉(zhuǎn)換*/uchar a,b;ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳過讀序列號*/ds1820wr(0x44);/*啟動溫度轉(zhuǎn)換*/ds1820rst(); ds1820wr(0xcc);/*跳過讀序列號*/ ds1820wr(0xbe);/*