基于单片机的智能小车设计和实现电气自动化专业.doc

摘要 本论文详细介绍了基于单片机的智能小型车的设计目的、硬件电路设计、软件设计和系统软件。整个小车的控制核心我选择的是单片机，主要包括单片机控制模块、遥控模块、避障模块、循迹模块、速度显示模块等模块。智能小车要实现自动避障功能、循迹行驶、显示实时速度和遥控功能。基于上述要求，传感检测部分考虑到小车一般不用感知清晰的图像，只要求大概感知即可，所以可以抛弃价格昂贵的超声波测距而考虑采用物美价廉的红外反射式传感器来充当，本文采用的是TCRT5000红外探头。智能小车的执行部分是用直流电机来实现的，本设计用到了2个直流电机，用了L298N和L293D来驱动，主要控制小车的前进方向和速度。单片机我选择STC89C52单片机，此单片机能满足本设计的要求，电路设计也比较简单，价格便宜，电源模块采用2块3.7V的锂电池，需要稳压电路来输出稳定的5V电压，显示模块采用液晶LCD1602即可满足需求，红外接收采用1838红外接收头，红外遥控采用HT6221编码芯片，经过数次调试，虽然功能实现有些瑕疵，但是在大体上本设计还是基本实现了所要求的功能。 关键词：LCD1602；直流电机；STC89C52RC I Abstract This paper introduces the design purpose, hardware circuit design, software design and system software of a smart small vehicle based on single-chip microcomputer. The control core of the entire car I chose is a single-chip microcomputer, which mainly includes a single chip microcomputer control module, a remote control module, an obstacle avoidance module, a tracking module, and a speed display module. Smart cars need to achieve automatic obstacle avoidance, tracking, display real-time speed and remote control functions. Based on the above requirements, the sensor detection part takes into account that the car generally does not need to perceive a clear image, and only requires perception, so it is possible to abandon the expensive ultrasonic ranging and consider adopting an inexpensive infrared reflective sensor to act. The TCRT5000 infrared probe. The implementation part of the smart car is realized by a DC motor. This design uses two DC motors, which are driven by L298N and L293D, and mainly control the forward direction and speed of the car. MCU I choose STC89C52 MCU, this MCU can meet the design requirements, circuit design is relatively simple, cheap, power module uses two 3.7V lithium battery, the need for voltage regulator circuit to output a stable 5V voltage, the display module uses LCD1602 The screen can meet the demand. Infrared receiver adopts 1838 infrared receiver, and infrared remote controller adopts HT6221 encoder chip. After several debuggings, although the function is somewhat awkward, the design basically fulfills the required functions. Key words: LCD1602; direct current machin; STC89C52RC II 目录 第一章 绪论 1 1.1 课题背景和意义 1 1.2 课题研究现状和发展趋势 1 1.2.1 研究现状 1 1.2.2 发展趋势 2 1.3 课题内容和要求 2 第二章 总体方案设计与论证 4 2.1 遥控控制模块设计与论证 4 2.2 电机驱动模块设计与论证 5 2.3 避障循迹模块设计与论证 6 2.4 数据显示模块设计与论证 6 2.5 转速测量模块设计与论证 7 2.6 电源模块设计与论证 7 第三章 各模块硬件电路设计 9 3.1 红外遥控发射器模块 9 3.1.1 红外遥控模块的工作原理 9 3.1.2 HT6221编码芯片简介 10 3.1.3 红外遥控发射器 11 3.2 单片机控制模块 12 3.2.1 单片机模块电路 12 3.2.2 复位电路 13 3.2.3 振荡电路 14 3.3 红外接收器及解码 14 3.4 电机驱动模块 16 3.4.1 直流电机的工作原理 16 3.4.2 L298N和L293D芯片简介 17 I 3.4.3 直流电机驱动电路设计 18 3.5 避障循迹模块 19 3.6 转速检测模块 21 3.7 数据显示模块 22 3.8 电源模块 23 第四章 系统软件设计 24 4.1 系统总体程序流程图 24 4.2 避障循迹模块程序设计 25 4.3 红外遥控模块程序设计 4.4 数据显示模块程序设计 27 第五章 系统软件调试 24 5.1 电机驱动的调试 19 5.2 红外探测的调试 21 5.3 测速及显示模块 22 5.4 红外遥控的调试 23 第六章 总结与展望 28 6.1 总结 28 6.2 改进与展望 28 参考文献 29 致谢 30 附录A 各模块电路图 31 附录B 程序 39 III 第一章 绪论 1.1 课题背景和意义 自从进入信息时代，高新技术发展的十分迅速，未来的社会朝着智能化的方向发展。意思是我们可以先设定一个目标，不需要人去操作就可以达到目标。本设计的智能小车采用的技术可以为运输和探险领域提供相关的技术参考。相信大家都清楚，小车是可以作为玩具的，所以本设计也可以为玩具行业所借鉴。智能小车一般选择超声波来实现避开障碍物的功能，在将来的智能汽车行业中将会大量使用。我国科技发展很快，在超声波应用在汽车的研究有大量的研究成果。我国汽车保有量巨大，每年发生的车祸带走了很多人的生命，除了意外车祸，还有大部分的酒驾，所以智能车可以代替醉酒的人驾驶，可以减少醉驾死亡率，还有一些疲劳驾驶，也可以提醒驾驶人员或者代替驾驶，可以拯救不少人的生命，这种类型的小车可以用来去探测外太空，还可以去一些环境十分恶略的地方，人们去的话会有生命危险，比如喜马拉雅山、南极、海底世界等地方，既能完成目的，也能减少人们的生命危险，所以说，本课题的研究意义远大。 1.2 课题研究现状和发展趋势 1.2.1 研究现状 一开始，科学家只能造出模仿人类动作的机器人，之后诞生了一款能自己移动的机器人，经过了几十年的大力发展，智能化产品的功能越来越多，这些功能大部分都很实用，人们的需求越来越大，所以很多国家都投入大量科研人员和资金来研发智能领域。 想要让机器人跟人一样，就必须有人的感知功能，所以法国提出了这样的计划去研究这样的功能，让机器人模仿人所处的环境，能自己去认知事物并且做出处理。但是美国人做出来的机器人更有趣味性了，它就像一个保姆，帮主人扫地、开门、送东西、洗衣服等等家务事，甚至还可以陪孩子们交流和读书，可以作为孩子们有烦恼时的倾诉对象。现在的医疗事故频发，由于医生的疏忽造成手术失败导致病人死亡是不能让人接受的，所以智能机器人可以精确的为患者做手术，安全性会大大提升。中国经历了几十年的发展，智能领域硕果累累，在军事领域尤为突出，已经开发出危险作业机器人、仿人机器人等等在军事上实用性很高的机器人。同样国内很多大学也有相关的研究，并且取得了傲人的成绩，比如中国科学院研究的对话机器人，上海交通大学做出了具有很强翻越障碍物的机器人等等，我国正努力加大研发力度，超越其他国家争第一指日可待。 1.2.2 发展趋势 现在各大高校相继开设智能机器人的专业课程，培养了大批智能领域的人才，将来的技术会越来越成熟，研发的机器人具备生物机电系统，所以也将会越来越智能化，更具有实用性和趣味性，为了方便使用，机器人会越来越轻盈和小巧，能无限接近人类的思想，但是无论如何发展，人类只会统治机器人，不会被机器人操控人类，这是我们人类的底线和原则，不可侵犯，期待未来的机器人能实实在在得提高社会生产力，为人类创造更高的价值，并且会极大改变人们的生活方式，是人类的好朋友。 1.3 课题内容和要求 本设计的核心控制部分是由单片机来充当的，主要包括单片机控制模块、遥控模块、避障模块、循迹模块、数据显示模块等模块。要求能够实现以下几种功能： （1）遥控功能，即通过遥控器来控制小车的启动、停止、左转、右转、后退等动作。 （2）自动避障功能，即小车在前方遇到障碍时可以立即做出反应，自动左转或右转躲避障碍。 （3）自动循迹功能，即小车可以自动沿着规定的路线行驶。 （4）能够实时显示小车行驶的速度。 要求通过此次的实际动手设计掌握以下基本技能： （1）熟悉电子产品的设计和开发流程； （2）掌握单片机原理、稳压原理、循迹原理等等； （3）能独立设计硬件电路和系统软件； 第二章 总体方案设计与论证 本设计方案选择AT89C52单片机作为整个系统控制的核心，主要由两部分组成，分别是红外遥控发射部分和智能小车。其中智能小车部分主要由以下子模块构成：单片机控制模块、电源模块、电机驱动模块、循迹避障模块、转速检测模块、红外接收器和数据显示模块组成；红外遥控发射部分主要由遥控按键、编码芯片、红外发射三个部分构成。其总体设计框图包括两个部分，如图2.1所示： a 遥控部分框图 b 小车部分框图 图2.1 系统总体设计框图 2.1 遥控控制模块设计与论证 如今用的最多的遥控方式有2种，红外遥控控制系统和无线遥控控制系统。 方案一：选择红外线遥控装置作为小车遥控器。红外遥控是通过遥