基于單片機的智能小車控制畢業論文(已修改)

　

【正文】 本科畢業設計（論文）基于單片機的智能小車控制專 業： 測控技術與儀器 姓 名： 咸蛋小超人 2013年 6 月江蘇理工學院畢業論文(說明書) 基于單片機的智能小車控制 摘要：智能化作為現代電子產品的新趨勢，是今后的電子產業的發展方向。智能化設計的電子產品可以按照預先設定的模式在一個環境里自動運作，不需要人為的管理，可應用于科學勘探、環境監測、智能家居等方面。基于單片機的智能小車控制就是其中的一個體現。本設計實現了一種基于51單片機的自動避障智能模型車系統，通過紅外傳感器采集路況信息，通過對檢測信息的分析，自動控制轉向電機轉向，改變行駛路徑，繞過障礙物，從而實現車穩定避障。本課題設計的智能小車，具有自動避障功能，超聲波測距報警，無線電遙控等功能。 關鍵詞：智能車；51單片機；避障；紅外線Smart car based on SCM control Abstract：As a new trend of modern electronic products, intelligent is the developmental direction of electronic industry after then. Electronic products, which are intelligently designed, can automatically operate following the mode that is preset. Without the management of human beings, it can be used for scientific exploring, environmental monitoring, intelligent home furnishing, etc. One of the embodiments is the intelligent control car which is based on single chip microputer. In the design, an intelligent model car system based on MCU 51 has been realized. It can collect traffic information with infrared sensors. Meanwhile, by the analysis of information examined, it can transfer from automatic control to motor steering in order to change the route and dodge the obstacles so that the steady avoidance of the barrier can e true.In this paper, a car with the ability of intelligent judgment has been designed and made. It functions as the device which can dodge obstacles automatically, alarm with ultrasonic distance examination, and remote control by radio. Key words: Smart Cart。Singlechip 51。Obstacle Avoidance。Infrared目 錄序 言 3第1章 總體設計方案 4 4 方案論證 4 5 6第2章 系統硬件構成 7 7 7 STC89C52RC簡介 7 NRF24L01無線收發芯片簡介 8 L298N芯片直流電機驅動模塊 9 紅外避障模塊 9 HCSR04超聲波測距模塊 11 蜂鳴器驅動電路 13 液晶顯示電路 13 14第3章 軟件的設計與說明 15 15 16 遙控部分主程序流程 16 24L01子程序流程圖 17 小車部分主程序流程圖 18第4章 調試與總結 20 20 20II 24L01無線電模塊 20 外接電源模塊 20 軟件部分 21 超聲波模塊 21 小車聯調 21 調試的總結 23參考文獻 24致 謝 26附錄 27附件1 L298N電機驅動模塊 27附件2 小車側視圖 28附件3 小車俯視圖 29附件4 小車的遙控部分 30附件5 小車最終硬件圖 31附件6 程序清單 32 32 41附件7 元器件清單 50 附件8 英文資料及中文翻譯 51III序 言隨著我國科學技術的進步，智能化和自動化技術越來越普及，各種高科技也廣泛應用于智能小車和機器人玩具制造領域，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、人工智能等許多學科的知識，涉及到當今許多前沿領域的技術[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、導航、人工智能及自動控制等技術來實現環境感知、規劃決策和自動行駛為一體的高新技術綜合體。它在軍事、民用和科學研究等方面已獲得了應用，對解決道路交通安全提供了一種新的途徑。隨著汽車工業的迅速發展，關于汽車的研究也就越來越受人關注。全國電子大賽和省內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，許多國家已經把電子設計比賽作為創新教育的戰略性手段。電子設計涉及到多個學科，機械電子、傳感器技術、自動控制技術、人工智能控制、計算機與通信技術等等，是眾多領域的高科技[2]。電子設計技術，它是一個國家高科技實例的一個重要標準，可見其研究意義很大。第1章 總體設計方案 當前的電動小汽車基本上采取的是基于純硬件電路的一種開環控制方法, 或者是直線行使, 或者是在遙控下作出前進、后退、轉彎、停車等基本功能。但是這不能滿足某些特殊場合下的要求。基于此，本文設計了智能小車控制系統。智能小車是一個運用傳感器、單片機、信號處理、電機驅動及自動控制等技術來實現環境感和自動行駛為一體的高新技術綜合體，它在軍事、民用和科學研究等方面已獲得了應用。 通過各種選題之后，我們發現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。同時通過本課題設計與裝配、調試，提高自己的動手能力，鞏固已學的理論知識，建立單片機理論和實踐的結合，了解傳感器各單元電路之間的關系及相互影響，從而能正確設計、計算定時計數的各個單元電路。初步掌握傳感器的調整及測試方法。提高動手能力和排除故障的能力。本設計采用直流減速電機，電機專用驅動芯片L298N進行電機驅動控制，主控芯片為STC89C52，測距部分采用超聲波模塊，控制器采用24L01無線電通信模塊，自動避障部分采用紅外收發模塊。 本次設計雖然只是一個演示模型，但是具有充分的科學性和實用性。首先我們根據交通路面的復雜情況，按照適當的比例制作出一個路況模型，包括彎道、直道以及路面上設置的障礙物等。在彎、直道上，小車沿著預定軌道自由行使，當小車遇到障礙物時，脈沖調制的紅外線傳感器將檢測到的信號發送給單片機，單片機根據程序發出相應的控制信號控制小車自動避開障礙物。由無線模塊控制小車進行倒車、前進、左轉、右轉等動作。 方案論證 方案一：小車的無線通信模塊采用紅外遙控，紅外收發遙控是目前大部份遙控小車采用的遙控手段，紅外遙控具有代碼簡單，操作性強的特點。如圖11為紅外遙控模塊實物圖。圖11 紅外遙控模塊實物圖 方案二：小車的通信模塊采用無線電NRF24L01模塊，~，世界通用ISM頻段的單片無線收發器芯片。無線收發器包括：頻率發生器、增強型SchockburstTM模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器、解調器。輸出功率、頻道選擇和協議的設置可以通過SPI接口進行設置。如12為NRF24L01無線模塊實物圖。圖12 NRF24L01無線模塊實物圖 方案論證：方案一中的紅外遙控模塊的信號傳送距離有限，并且發送和接收的紅外信號容易受到干擾。NRF20L01發射頻率高，所受到的干擾影響較小，無線通信的距離比紅外的要長許多。小車的遙控是小車的最主要的部分之一，所以選擇NRF24L01無線通信模塊，故選擇方案一。 方案一：小車的電機驅動部分采用自己搭建的9012三極管電路來實行小車的驅動，9012三極管電路具有電路簡單，操作方便的等特點。方案二：小車的電機驅動部分采用L298N芯片直流電機驅動模塊，該模塊具有較大的驅動帶載能力，驅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：本設計為4輪驅動的小車，對于小車驅動部分要求能夠有較大的帯載能力，并且在小車的實際設計過程中，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，小車的電機驅動部分使用L298N芯片直流電機驅動模塊。第2章 系統硬件構成 本設計主要分為兩部分：遙控部分和小車部分。遙控部分主要由電源電路，單片機最小系統，無線電模塊組成，遙控部分的系統框圖如圖21所示。圖21 遙控系統框圖 小車部分由電源電路，單片機最小系統，顯示電路，無線電木塊，報警電路，超聲波電路等電路模塊組成，小車部分的系統框圖如圖22所示。圖22 小車的系統框圖 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EM78系列等[1]。本次設計最終選用了STC89C52單片機。本系統采用最常用的STC89C52單片機，它是一種帶4K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable 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制造，與工業標準的MCS51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提供了一種靈活性高且價廉的方案。[6]引腳排列如圖23所示。圖23 STC89系列引腳排列 NRF24L01無線收發芯片簡介 ，世界通用ISM頻段的單片無線收發器芯片。無線收發器包括：頻率發生器、增強型SchockburstTM模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器、解調器。輸出功率、頻道選擇和協議的設置可通過SPI接口進行設置。極低的電流消耗：當工作在發射模式下發射功率為6dBm時電流消耗為9mA。掉電模式和待機模式下電流消耗更低。NRF24L01引腳排列如圖24所示。圖24 NRF24L01引腳排列 L298N芯片直流電機驅動模塊該模塊由L298N作為雙H橋直流電機驅動芯片，驅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。模塊的驅動不封峰值電流Io為2A。其他相關參數見表21。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21 L298N芯片直流電機驅動模塊產品參數邏輯部分端子供電范圍Vss ＋5V～＋7V（可板內取電＋5V） 邏輯部分工作電流范圍 0～36mA 控制信號輸入電壓范圍 低電平：－≤Vin≤ 高電平：≤Vin≤Vss 使能信號輸入電壓范圍 低電平：－≤Vin≤(控制信號無效) 高電平：≤Vin≤Vss(控制信號有效) 最大功耗 20W（溫度T＝75℃時） 存儲溫度 －25℃～＋130℃ 驅動板尺寸 82mm*57mm*33mm (帶固定銅柱，散熱片高度) 驅動板重量 60g 其他擴展 控制方向指示燈、 邏輯部分板內取電接口 紅外避障模塊紅外避障的原理：用紅外線傳感器進行避障。紅外線發射頭與接收頭于一體的檢測開關，其工作原理是根據發射頭發出的光束，被物體反射，接收頭據此做出判斷是否有障礙物。當有光線反射回來時，輸出低電平。當沒有光線反射回來時，輸出高電平。單片機根據接收頭電平的高低做出相應控制，避免小車碰到障礙物