基于單片機的遙控智能小車設計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 正射時才能測到信號，這樣就使光敏傳感器的返回信號更加可靠，單 9 片機一旦接到的光敏傳感 器返回的信息，便能作出正確的判斷。倘若測不到信號，說明光敏傳感器被障礙物擋住，正前方不能通行，單片機控制電機繞開障礙物行駛。 （ 3）反射式紅外發(fā)射接收器。并且其反應 較為靈敏，外圍電路也較為 簡單，制作 也 比較簡單。紅外發(fā)射管通電 以后，發(fā)射管將發(fā)射出紅 外線。紅外線遇到前方障礙物是 要 遵循光 的 反射定律 的 ，將紅外光 線 反射回來，其中當紅外線遇到黑色 的 物體時大部分被物體吸收 了 ，所以返回信號 其實很弱。到遇到白色 的 物體時大部分光 就會被反射回來 ，所以返回信號 就 很強。紅外 線 接收電路 是 根據(jù)接收到的反射信號 強弱 ，判斷 正 前方是否有障礙物 。因 為 其反應靈敏，實時性好， 而且外圍電路也不復雜 ， 所以， 在實際中應用較為廣泛。 綜合上述并結合實際，本設計選擇第三種方案。 無線遙控收發(fā) 及數(shù)據(jù)傳輸 模塊設計方案 常用的無線遙控收發(fā)方案有以下幾種 : （ 1） NRF24L01 無線收發(fā)模塊。 NRF24L01 是一款新型單片射頻收發(fā)器件 ,工作于 GHz～ GHz ISM 頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊 ,并融合了增強型 ShockBurst 技術，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。 nRF24L01 功耗低 ,在以 6 dBm的功率發(fā)射時，工作電流也只 9 mA。接收時，工作電流只有 mA，多種低功率工作模式 (掉電模式和空閑模式 )使節(jié)能設計更方便。 本設計的數(shù)據(jù)傳輸模塊，使用這種裝置。 （ 2） PT2262/2272 固定碼編碼發(fā)射接收模塊 。 這個模塊體積小 ,具有工作電壓范圍寬 (3V— 12V 電源 ),發(fā)射 功耗低、與編碼芯片可直接應用 ,廣泛適用于簡單的數(shù)據(jù)無線傳輸、無線遙控、防盜報警等。并且 易于使用 ,操作簡單 ,價格便宜。為了簡化單片機程序 ,提高效率 ,所以將遙控器使用獨立的硬件電路來實現(xiàn)。 因此，本設計 的遙控裝置 采用這種模塊。 10 溫度傳感裝置的設計方案 常用的溫度傳感裝置有兩種： （ 1）利用熱敏電阻。通過多熱敏電阻的阻值隨溫度變化的測量，得出一條阻值 — 溫度曲線，再搭建相關電路，使在一定溫度范圍內(nèi)，盡量讓溫度與某個參量（如電壓或電流）的大小成線性關系。然后運用到實際中就是通過對電氣特性的測量，來反映溫度的大 小。但由于其本身的不精確性，再加上輸出的信號是模擬信號，不便于單片機的直接處理，可以說運用到本設計中會太過復雜，故而本設計不宜采用此種方法。 （ 2）利用專用的溫度傳感器，如 DS18B20。采用美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數(shù)字測溫和控制領域。獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 測溫范圍 － 55℃～+125℃，固有測溫分辨 率 ℃。工作電源 : 3~5V/DC 在使用中不需要任何外圍元件 。測量結果以 9~12 位數(shù)字量方式串行傳送 。 鑒于 DS18B20 的硬件電路簡單，且直接輸出數(shù)字信號，便于單片機直接處理，使用方便，并且價格不貴，所以本設計就選擇了 DS18B20 作為車載溫度傳感器。 溫度顯示方案的設計 顯示屏的選擇 方案一：選擇點陣屏作為顯示終端。這種屏的好處是，顯示出的字跡和畫面清晰、細膩，分辨率都較高。但是控制起來有些復雜，且成本稍高。另外，由于是點陣屏，所示每個要顯示的字符都要對應較長的編 碼（如，漢字對應有專門的字庫等），寫程序時就要增加了復雜度，并且要占用更 11 多的存儲空間，會大大降低程序的執(zhí)行效率。 方案二：用普通的七段數(shù)碼管來顯示。這種方法的最大優(yōu)點是簡單，由于只有八個控制字段（外加一位小數(shù)點）， 所以控制起來也較為方便，且顯示時不用查找大量的表格，大大減小了程序的復雜度和控制難度。 由于，本設計只需顯示溫度值，并無顯示漢字等復雜字符的必要，因此選用一般的數(shù)碼管已經(jīng)足夠。由于要精確到 小數(shù)點后一位和正負號的顯示 ，所以本設計選用四位數(shù)碼管顯示。 顯示方法的選擇 方案一：靜態(tài) 顯示方案。這種方法的特點是，每一位數(shù)碼管的控制引腳都單獨對應單片機的一個 I/O 口，在控制和 程序上都 稍微簡單一些。但四個數(shù)碼管，加起來卻要占用 32 個 I/O 口，這對 51 單片機來說，是個極大的浪費。為此，這種方法極為不妥。 方案二：動態(tài)顯示方案。 這種方法的特點是，四個數(shù)碼管輪流顯示，但每次只能有一個數(shù)碼管顯示。由于每個數(shù)碼管顯示的間隔時間較小，以及數(shù)碼管的余輝效應和人眼的視覺暫留效應，看起來四個數(shù)碼管還是同時顯示的，因而可以達到和靜態(tài)顯示幾乎同樣的顯示效果。 綜上所述，本設計選擇動態(tài)顯示方案。 12 3 小車的硬件 設計 整個小車分為 四 大部分： 51 最小系統(tǒng)板、車體部分、數(shù)據(jù)接收器、遙控器。 圖 31 小車實物圖 51 板： 51 最小系統(tǒng)板是小車的核心部分，它負責整個小車控制信號的產(chǎn)生，以及溫度信息的采集、發(fā)送及小車壁障等功能實現(xiàn)。在不使用小車時可以將 51 最小系統(tǒng)板板從小車上拆下來，單獨工作，以供其他研究學習之用。另外，車載 51 最小系統(tǒng)板上還安裝有車燈、無線發(fā)送、避障等模塊。 如圖 31 所示。 車體部分：小車車體主要為兩個電機驅動裝置，分前輪（方向）驅動和后輪（動力驅動） 。在車體的下面有一個裝電源的電池盒，共 5 節(jié)可充電電池，整個小車的電源就是由它來提供的。在小車的 51 電路板上有一個黑色的小開關，它負責控制整個小車的電源開通與關斷。 13 遙控器：它是無線遙控信號的發(fā)射端，是控制小車運行的基本工具。由獨立電池供電，共四個按鍵，實現(xiàn)小車基本動作的控制功能。 數(shù)據(jù)接收器：這也是由 51 最小系統(tǒng)板組成的獨立模塊。 主要包含按鍵、數(shù)碼管、無線接收設備、蜂鳴器報警模塊、指示燈等裝置。可實現(xiàn)對小車上的溫度數(shù)據(jù)實時接收，并進行初步分析，另外，通過按鍵進行相關設置，可實現(xiàn)準確的溫度報警功能。 如圖 32 所示。 圖 32 數(shù)據(jù)接收器實物圖 51 最小系統(tǒng)板 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提 供 14 T2/1T2EX/234SS/5MOSI/6SCK/8MISO/7RST9RXD/10TXD/11INT0/12INT1/13T0/14T1/15WR/16RD/17XTAL218XTAL119GND20A8/21A9/22A10/23A11/24A12/25A13/26A14/27A15/28PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31AD7/32AD6/33AD5/34AD4/35AD3/36AD2/37AD1/38AD0/39VCC40AT89S52*AT89S5212Y?XTAL300pFC?Cap300pFC?Cap10υFC?Cap SemiS?SWPB10KR?Res2VCC123456781615141312111091KR?Res Pack4高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 具有以下標準功能： 8k字節(jié) Flash，256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結構，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結， 單片機一切工作停止， 直到下一個中斷或硬件復位為止。 如圖 33 所示 ，是其原理圖 ： 圖 33 51 最小系統(tǒng)原理圖 （ 1） 復位電路 如 圖 34 所示 。 采用的是按鍵復位和上電復位方式。 15 圖 34 復位電路原理圖 （ 2） 數(shù)碼管顯示電路 如 圖 35 所示， 是其實物圖，具體電路如圖 331 所示（見 節(jié)） 。P00~P07 是控制數(shù)碼管段選的信號輸入端， 1,4,5,12 是控制位選的端口。該數(shù)碼管共有 4 位，設計中用的實際數(shù)碼管為共陰極，段選時，高電平有效；位選時 低電平有效。 圖 35 數(shù)碼管 （ 3） 蜂鳴器電路 原理圖如下圖 36 所示。低電平有效。實際電路中，選三極管用的是S8550。當從 P35 輸入低電平時，三極管導通，蜂鳴器響。 16 VCC1DQ2GND3DS18B20*6DS18B20VCCP301KR1Res21KR2Res21KR3Res2S1SWPBS2SWPBS3SWPBVCCLS1Bell10KR11Res2Q13PNP8550VCCP20 圖 36 蜂鳴器電路 （ 4） DS18B20 測溫 電路 如圖 37 所示， DQ 輸出溫度數(shù)據(jù)。 圖 37 DS18B20 測溫電路 圖 38 獨立按鍵電路 （ 5） 獨立按鍵電路 如 圖 38 所示，獨立按鍵電路，高電平有效。 當任一按鍵按下時，輸出高電平。 每個按鍵單獨對應一個 I/O 口。 17 Q1PNP8550Q2PNP8550Q11NPN8050Q9NPN8050Q7NPN8050Q5NPN8050200R1Res2200R6Res22KR4Res22KR9Res2MB1MotorP04P05 驅動模塊及方向控制模 塊 該模塊 電路設計，是采用 H 橋電路控制。 Q Q Q1 Q19 四個三極管組成四個橋臂， Q1 和 Q9 組成一組， Q11 和 Q2 組成一組， Q5 控制 QQ11 的導通與關斷， Q7 控制 Q1 和 Q9 的導通與關斷，而 Q Q7 由 P04 和P05 控制，這樣就可以通過 P04 和 P05 控制四個橋臂的導通與關斷控制后輪電機的運行狀態(tài)，使之正轉反轉或者停轉，進而控制小車的前進和后退。如圖 39 所示，是其電路原理圖。 圖 39 電機 控制模塊的電路設計 下面來介紹一下該電路的工作原理。 當 P04 輸入高電平， P05 輸入低電平時， Q1,Q9 導通， Q2， Q11 導通， Q1， Q9 關斷，此時電機兩端加的是反向的電壓，電機 實現(xiàn) 反轉； 當 P05 輸入為高電平， P04 輸入為低電平時，Q7 導通，這時 Q1， Q9 導通， Q2， Q11 關斷，電機實現(xiàn)正轉。 由于 Q Q3， Q Q4 的導通和關斷是通過 Q Q6 控制，而 Q Q6的導通和關斷又是通過 P0 P05 控制的，所以電機的狀態(tài)還是通過 I/O 18 端口來控制的。 表 31 IOB9和 IOB8所控制電機運行狀態(tài)與端口數(shù)據(jù)的 對應關系 P04P05 Q5 Q7 Q Q11 Q Q9 電機 00 關斷 關斷 關斷 關斷 停轉 10 導通 關斷