基于单片机的智能小车设计_毕业设计论文(2)

并且其体现灵敏， 电路也很简单。电路如下图右图： 2．1.3电动机的选用 采用普通直流风机。直流电动机具有优良的调速特性，调速平 滑、方便，调整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实 现经常的无级快速推进、制动和反转；能满足各类不同的特殊运行要 2.1.4电动机驱动方案的选用 如下图右图采用四个大功率晶体管组成H 桥电路，四个大功率 晶体管分为两组，交替导通和截止，用单片机控制使之工作在开关状 态，进而控制电动机的运行。该控制电路由于四个大功率晶体管只工 作在饱和与截止状态下，效率比较高，并且大功率晶体管开关的速率 很快，稳定性也极强，是一种广泛运用的电路。 桥控电路2.1.5 路程检测方案的选用 采用光电码盘进行测试。光电码盘测距基本原理如图三所示。 旋轴旋转，带动码盘转动，码盘上刻有许多狭缝，码盘转动时发射光 透过狭缝被接受元件接受。用计数器对接受到的信号进行计数。用这 种方案能很准确的算出小车终于走过的距离。 2.1.6 障碍物探测方案的选择 脉冲调制的反射式红外发射。由于配备该有交流分量的调制信号，则可大幅度减少外界干扰；另外红外发射接受管的最大工 作电流取决与平均功率，如果运用信噪比小的调制信号，在平均电流 不变的状况下，瞬时电流很大（50~100mA），则大大提高了信噪比。

并且其体现灵敏，电路也很简单。 超声波检测电路 2.1.7 供电电源方案的选用 采用单一电源电力。电源直接给电动机供电，因电动机启动瞬间 电流较大，会导致电池电流波动，因而控制与测试部分电路通过集成 稳压块供电。其电力电路相当简单， 第三章系统软件电路设计 3．1 系统软件设计 3．1．1 路面黑线检测设计与实现 当测量到黑线时，红外光管接收到反射出来的红外光，其输出立 即出现高低电平跳变，该信号经放大整形后送单片机分析处理。为保 证车辆延黑线行驶，采用了两个检测器并行排列。在汽车穿行过程中， 若向左方向偏离黑线，则左侧的探头就会检查到黑线，把信号传给单 片机。，单片机控制车身向右转。路面黑线检测电路如下图所示： 3．1．2电动机驱动电路设计与实现 由四个大功率晶体管组成H 桥电路组成，四个晶体管分为两组， 交替导通和截止，以确保车辆完成前进、后退、左传、右转等运行动 3．1．3车轮检速与路程计算 测距原理：将光栅安装在轴承轴上，当水泵转动时，光栅也逐渐 转动，同时加装在狭缝一侧的红外发光二极管点亮，在光栅的另两侧 设有红外三极管，用于接收红外发光二极管发出的红外线信号。由于 光栅随电机高速旋转，则红外线三极管接收到的就是一系列脉冲信 号。

将该信号存储到AT89C51 单片机的外部计数器计数，根据预先实 测的数据折算关系就能推算出电动车的行驶距离。 在车轴上固定有一个沟槽状的断式红外开关，共有18 个沟槽， 用尺测得车子轮胎周长，在单片机控制时，每测试到一个脉冲，认为 小车前行了一定距离。由光电装置测试得到的波形不是很理想，因而 对其进行了放大和施密特整形后送入单片机计数。放大和施密特整形 电路如图八所示。其中40106 为施密特触发器。 由于红外测试具备反应速度快、定位精度高，可靠性强并且可见光传 感器所不能比拟的缺点，故选用红外光学码盘测速方案。具体电路如 下所示： 行车距离测量电路红外测距仪由测距轮，遮光盘，红外光电耦合器及凹槽型支架组 成的。测长轮的周长为记数的单位，最好取有效值为单一的数值（如 本设计中运用 0.1 米），精度根据电动车控制的必须确认。测距轮安 装在车轮上，这样能使记数值精确一些。 遮光盘有一缺口，盘下方的凹形物为槽型光电耦合器，其两端高 出部分的里边分别装有红外发射管和红外接收管。遮光盘在小孔中转 动时，缺口处于凹槽时，红外线可以借助，缺口离开凹槽红外线被阻 挡。由此可见，测距轮每转一周，红外光接收管均能接收到一个脉冲 信号经过整形器后送入计数器或直接送入单片机中。

为推动可逆记数功能，我们在测距仪中并列放置了两个槽型光电 耦合器，遮光盘先后通过小孔可形成两个脉冲信号。根据两个脉冲信 号出现的相继顺序与两个光电耦合器的位置关系，即可计算出玩具车 的行车方向（前进或后退）。 遮光盘及槽型光电耦合器均加装在不透光的盒子里，以防止外界光线的干扰，使电路不能正常工作。 3.1.4 红外避障电路 红外发射二极管发射的红外线遇到障碍物后，被反射回去，接 收管接收到红外线，信号被LM358 放大后再经LM567 锁相环后输出低 电平，并送给单片机进行处理。 IfilCfil CT GND RT OUT R2210K R25 10K R24 10K 5K1R26 5K1 R23 10K R27 300 C6 104 C8 104 C11 102 C10 104 Rp6 100K Rp5 100K Rp4 1K C7 1uF Lm358D1 +5V +5V C9 1u LM567 3．1．5电源电路 为了确保电压的稳定性，特别制作了稳压电路。使用7805 稳压集成块，使得电流维持+5V不变。LED 灯进行指示。开关的作用 是方便为最小系统板上的程序的烧写提供电源。

稳压电源电路 4．1．1 AT89C51 主控芯片介绍 7805 104C5 R17 470 LED +5vvcc AT89C51是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器 （FPEROM—Falsh Programmable ErasableRead Only Memory） 的低电压，高性能CMOS 位微处理器，俗称单片机。该元件采用ATMEL高密度非易失存储器制造科技生产，与工业标准的MCS-51 指令集和 输出管脚相兼容。由于将8 位CPU 和闪烁存储器组合在单个芯 片中，ATMEL 的AT89C51 是一种高效微控制器，为这些嵌入式控制系 统提供了一种灵活性高且低廉的方案。 主要特点与MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命：1000 写/擦循环 数据保留时间：10 全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定 128*8 位内部RAM 32 可编程I/O 两个16位定时器/计数器 个中断源可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 2．管脚说明： VCC：供电电流。GND：接地。 P0 口：P0 位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL 流。

当P1口的管脚第一次写1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于 外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH 进行校验时，P0 输出原码， 此时P0 外部需要被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 口缓冲 器能接收输出4TTL 门电流。P1 口管脚写入1 可用作输入，P1口被内部下拉为低电平时，将输出电压，这是因为 内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口成为第八位地址接 P2口：P2 口为一个内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 口缓冲器可 接收，输出4 个TTL 门电流，当P2 口被写“1”时，其管脚被外部上 拉电阻拉高，且成为输入。并为此作为输入时，P2 口的管脚被内部 拉低，将输出电流。这是鉴于内部上拉的缘故。P2 口当用于内部程 序存储器或16 位地址外部数据存储器进行存取时单片机智能小车怎么转向，P2 口输出地址的 高八位。在给出地址“1”时，它运用外部上拉优势，当对内部八位 地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊用途寄存器的内容。 P2 口在FLASH 编程和校验时接收高八位地址讯号和控制信号。

P3 口：P3 口管脚是8 个带外部上拉电阻的单向I/O 口，可接收输出 个TTL门电流。当P3 口写入“1”后，它们被外部上拉为高电平， 并用作输入。作为输入，由于内部下拉为低电平，P3口将输出电流 （ILL）这是鉴于上拉的缘故。 P3 口也可成为AT89C51 的一些特殊用途口，如下表所示： 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0 外部输入） P3.5 T1（记时器1 外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST 脚两个机器周期 的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出转矩用于锁存 地址的地位字节。在FLASH 编程之后，此引脚用于输入编程脉冲。在 平时，ALE 端以不变的速率周期输出正脉冲信号，此速率为振荡器频 率的1/6。因此它可用作对内部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要 注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE 脉冲。如想 禁止ALE的输出可在SFR8EH 地址上置0。此时， ALE 只有在执行MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理 器在内部执行状况ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的 选通信号。在由内部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问内部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出 现。/EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器 （0000H-FFFFH），不管能否有外部程序存储器。注意加密方法1 /EA将外部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存 储器。在FLASH 编程之后，此引脚也用于施加12V 编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及外部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 3．振荡器特性： XTAL1 和XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以 配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如选用外部时钟 源驱动元件，XTAL2 应不接。

有余输入至外部时钟信号要借助一个二 分频触发器，因此对内部时钟信号的脉宽无任何规定，但需要确保脉 冲的高低电平要求的厚度。 4．芯片擦除： 整个PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可借助恰当的控制信号 组合，并维持ALE 管脚进入低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中， 代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字符被重复编程以前，该操 作需要被执行。 此外，AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零温度的条件下静态逻辑， 支持两种工具可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但RAM， 定时器，计数器，串口和中止系统仍在工作。在掉电方式下，保存RAM 的内容以及冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬 件复位为止。 4．1．2 电动机驱动芯片L293D L293D 采用16 引脚DIP 封装，其外部集成了双极型H-桥电路， 所有的开量都变成n 型。这种双极型脉冲调宽方式具备这些特点，如 电流连续；电机可四角限运行；电机停止时有微振电流，起到“动力 润滑”作用，消除正逆向时的静摩擦死区：低速平稳性好等。L293D 通过外部逻辑生成使能信号。H-桥电路的输入量可以用来设定马达转 动方向单片机智能小车怎么转向，使能信号可以用于脉宽调整（PWM）。

另外，L293D H-桥电路集成到1片芯片上，这就意味着用1 片芯片可以同时控制2 个电机。每1 个电机必须3 个控制信号EN12、IN1、IN2，其中EN12 是使能信号，IN1、IN2 为电机旋转方向控制信号，IN1、IN2 分别为 1，0 时，电机正转，反之，电机反转。选用一路PWM 连接EN12 引脚， 通过微调PWM 的信噪比可以微调电机的怠速。选择一路I/O 向器74HC14分别接IN1 和IN2 引脚，控制舵机的正反转. 4．1．3 串口电路芯片MAX232 MAX232 芯片是美信公司专门为电脑的RS-232 标准串口设计的接 口电路,使用+5v 单电池电力。 内部构架基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6 只电容组成。功能是造成+12v 和-12v 两个电源，提供给RS-232 串口电平的需 构成两个数据通道。其中13 脚（R1IN）、12 脚（R1OUT）、11 脚（T1IN）、14 脚（T1OUT） 为第一数据通道。 脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10 脚（T2IN）、7 脚（T2OUT）为第 二数据通道。 TTL/CMOS 数据从T1IN、T2IN 输入转化成RS-232 数据从T1OUT、 T2OUT 送到电脑DB9 插头；DB9 插头的RS-232 数据从R1IN、R2IN 入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT 输出。

第三部分是供电。15 脚GND、16 脚VCC（+5v）。 第五章 软件设计 5.1 软件设计思想 在进行微机控制平台设计时，除了系统软件设计外，大量的工作 就是如何按照每个制造对象的实际应该设计应用程序。因此，软件设 计在微机控制系统设计中占重要地位。对于本平台，软件更为重要。 在单片机控制系统中，大体上可分为数据处理、过程控制两个基 本类别。数据处理包括：数据的收集、数字滤波、标度变换等。过程控制程序主要是使单片机按一定的方式进行计算，然后再输出，以便 控制生产。 为了完成上述任务，在进行软件设计时，通常把整个过程分成若 干个部份，每一部分叫做一个模块。所谓“模块”，实质上就是所完 成必定功能，相对独立的程序段，这种程序设计方法叫组件程序设计 模块程序允许设计者分割任务和运用已有程序，为设计者提供便利。 本平台工具运用模块化结构，由主程序定时子程序、避障子程 序中断子程序显示子程序调速子程序算法子程序构成。 5．1．1 主程序设计 主程序清单如下： limiw equ 30h ;厘米位 miao equ 31h fenmiequ 32h ;分米位 fmiao equ 33h ;分秒位 meter equ 34h fenzhequ 35h pointequ 36h ;小数点位 shimi equ 37h ;十米位 shifn equ 38h ;十分位 sudu equ 39h ;速度控制 jishk equ 3ah ;记时开始 zhond equ 3bh zhodu equ 3ch zhon equ 3eh maicho equ 3fh jinweb equ 40h bhcs equ 41h dpan equ 42h fenchu equ 43h fencun equ 44h pand equ 45h fenmc equ 51h org 0000h ajmpmain org 000bh ajmp st0 org 001bh ajmp st1 org 0100h main: mov limiw,#00h mov miao,#00h mov fenmi,#00h mov fmiao,#00h mov meter,#00h mov fenzh,#00h mov point,#0bh mov shimi,#00h mov shifn,#00h mov jishk,#00h mov zhond,#00h mov zhodu,#00h mov zhon,#00h mov maicho,#00h mov jinweb,#03h movbhcs,#00h mov sp,#6fh mov tmod,#21h mov th0,#3ch mov tl0,#0b0h mov th1,#9ch

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