基于單片機智能遙控小車的設(shè)計

編號 單片機課程設(shè)計（ 級） 題 目：基于單片機智能紅外遙控小車的設(shè)計學(xué) 院： 物理與機電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 作者姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱： 副教授 完成日期： 20 年 1 月 6 日二一七 年 一月基于單片機智能紅外遙控小車的設(shè)計摘     要本次設(shè)計的簡易智能小車，采用STC89C52RC單片機作為小車的檢測和控制核心；采用紅外線遙控遠(yuǎn)程人為控制小車行駛狀態(tài)；采用SM4105W80U3顯示小車處于自動行駛還是遙控行駛；可以實現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止運動。 關(guān)鍵詞：STC89C52RC；紅外遙控1  前 言  本設(shè)計能實現(xiàn)對小車的運動狀態(tài)進(jìn)行實時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項要求。本設(shè)計采用MCS-51系列中的STC89C52RC單片機。以STC89C52RC為控制核心，使用紅外遙控對小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止運動進(jìn)行實時的控制。  本次設(shè)計主要內(nèi)容是基于STC89C52RC設(shè)計一部智能小車，小車能夠?qū)崿F(xiàn)自動前進(jìn)，和紅外遙控的智能小車控制系統(tǒng)，包括了對驅(qū)動電路，紅外通訊等的探索和研究。 2  方案設(shè)計與論證 2.1  遙控方案的選擇  由于屬于小范圍內(nèi)遙控，小車在小范圍內(nèi)行駛，為了減少設(shè)計成本，增加便利性，所以采用常用的家用電視紅外遙控器作為紅外遙控發(fā)射部分，只需在小車上加裝紅外接收裝置即可。定義遙控器的上一曲鍵為左轉(zhuǎn)鍵，暫停鍵為右轉(zhuǎn)鍵，下一曲鍵為停止鍵，CH健為前進(jìn)鍵，音量增大鍵為后退鍵，實現(xiàn)小車行駛的基本控制。 紅外遙控系統(tǒng)的組成如圖2.1所示。發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器；接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。圖2.1 紅外流程圖 2.2  遙控對小車的控制 切換到紅外遙控功能，對小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止運動實現(xiàn)實時控制，具體如下所述：（1）前進(jìn)是左右兩個電機同時順時針旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)小車的前進(jìn)；（2）后退是左右兩個電機同時逆時針旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)小車的后退；（3）停止是左右兩個電機同時停止旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)小車的停止；（4）右轉(zhuǎn)是右電機逆時針旋轉(zhuǎn)和左電機順時針旋轉(zhuǎn)同時工作，實現(xiàn)小車的右轉(zhuǎn)；（5）左轉(zhuǎn)是左電機逆時針旋轉(zhuǎn)和右電機順時針旋轉(zhuǎn)同時工作，實現(xiàn)小車的左轉(zhuǎn)； 實現(xiàn)不同的運動方式，是通過PWM信號對L293D芯片中的H橋進(jìn)行控制。電橋一端接電源，另一端接了一個三極管。三極管導(dǎo)通時，電橋通過三極管接地，電機電樞中有電流通過；三極管截止時，電橋浮空，電機電樞中沒有電流通過。系統(tǒng)通過電橋的輸出端為轉(zhuǎn)向電機供電。通過對繼電器開閉的控制即可控制電機的開斷和轉(zhuǎn)速方向進(jìn)而達(dá)到控制玩具車前行與倒車的目的。2.3 系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)原理圖如圖2.2所示：LED顯示模塊接P1.1-1.7口；紅外遙控接P3.2口；看門狗定時器接2.7口：電機控制接P0.0-0.3口；蜂鳴器接P0.7口；功能切換鍵接P3.4口。起停運動L293D驅(qū)動STC89C52RCLED顯示紅外遙控復(fù)位電路光電隔離圖2.2 系統(tǒng)框圖3 硬件設(shè)計 3.1 89C52單片機硬件結(jié)構(gòu) 89C52單片機是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、并行I/O口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。 3.2 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 3.2.1 最小系統(tǒng)用89C52單片機進(jìn)行構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖3.1所示。由于集成度的限制，最小系統(tǒng)只能用作一些最小的控制單元。但也擁有一些有點： (1) 有可供用戶使用的大量I/O口線。 (2) 內(nèi)部存儲器容量有限。 (3) 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。圖3.1 最小系統(tǒng)電路圖3.2.2 燒寫接口電路 RST置高電平，然后向單片機串行發(fā)送編程命令。P1.7(SCK)輸入移位脈沖，P1.6(MISO)串行輸出，P1.5(MOSI)串行輸入。被燒寫的單片機一定是最小系統(tǒng)（單片機已經(jīng)接好電源，晶振，可以運行）。如圖3.2燒寫接口電路。圖3.2 燒錄程序電路圖3.2.3 PWM脈寬調(diào)速 本設(shè)計調(diào)速采用PWM控制，選用了常用的雙極式H型變換器，它是由4個三極電力晶體管和四個續(xù)流二極管組成的橋式電路。圖3.3為雙極式H型可逆PWM變換器的電路原理圖。 4個電力晶體管的基極驅(qū)動電壓分為兩組。VT1和VT4同時導(dǎo)通和關(guān)斷，其驅(qū)動電路中Ub1=Ub4；VT2和VT3同時動作，其驅(qū)動電壓Ub2=Ub3=-Ub1。 雙極式PWM變換器的優(yōu)點如下：（1）電流一定連續(xù)； （2）可使電動機在四象限中運行； （3）電機停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)； （4）低速時，每個晶體管的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利于保證晶體管可靠導(dǎo)通； （5）低速平穩(wěn)性好，調(diào)速范圍可達(dá)20000左右。圖3.3 PWM驅(qū)動電路圖3.2.4 電源的設(shè)計 本設(shè)計的電源為車載電源。為保證電源工作可靠，單片機系統(tǒng)與動力伺服系統(tǒng)的電源采用了大功率、大容量的蓄電池；而傳感器的工作電源則采用了小巧輕便的干電池。3.3  紅外線遙控電路 方便起見，本設(shè)計直接采用電視遙控器作為紅外遙控的發(fā)射器，只需在小車上加裝紅外接收裝置即可 紅外接收器的電路圖如圖3.4所示：圖3.4 紅外線遙控電路3.4  顯示電路設(shè)計本設(shè)計中用一片1位七段數(shù)碼管SM4105W80U3作顯示器，顯示數(shù)字。  七段數(shù)碼管SM4105W80U3中的abcdefgdp分別連接在單片機的P2.1P2.7，分別控制各段碼，與單片機的連接如圖3.5所示。圖3.5 顯示電路圖4 軟件設(shè)計 4.1 設(shè)計流程 一個智能化的系統(tǒng)，軟件設(shè)計必不可少，軟件設(shè)計是更具系統(tǒng)需求，通過編程語言控制單片機的行為，實現(xiàn)智能控制。 模塊化的程序設(shè)計有以下有點：（1） 單個模塊比起一個完整的程序易編寫及調(diào)試； （2）模塊可以共存，一個模塊可以被多個任務(wù)在不同條件下調(diào)用；（3） 模塊程序允許設(shè)計者分割任務(wù)和利用已有程序，為設(shè)計者提供方便。 本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序中斷子程序顯示子程序算法子程序、遙控子程序構(gòu)成。 本次設(shè)計采用的即是模塊化的軟件編程，各程序功能清晰、明確。軟件流程圖如圖4.1所示：NY結(jié)束自動行駛遙控行駛遙控功能選擇開始 開始圖4.1 流程圖4.2  軟件抗干擾技術(shù)提高小車智能控制的可靠性，僅靠硬件抗干擾是不夠的，需要進(jìn)一步借助于軟件抗干擾技術(shù)來克服某些干擾。在單片機控制系統(tǒng)中，如能正確的采用軟件抗干擾技術(shù)，與硬件干擾措施構(gòu)成雙道抗干擾防線，無疑為了將大大提高控制系統(tǒng)的可靠性。經(jīng)常采用的軟件抗干擾技術(shù)是數(shù)字濾波技術(shù)、指令冗余技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)等。4.3 程序設(shè)計 軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計，思路清晰，也便于查找問題。紅外遙控鍵位對應(yīng)子程序流程圖如圖4.2所示開始 開始采集紅外遙控數(shù)據(jù)NY延時等待判地址碼是否相同進(jìn)行鍵位對應(yīng)結(jié)束圖4.2 紅外遙控流程圖5 不足與展望本次設(shè)計的總體效果不是很好，控制靈敏性較差，尋跡和避障功能沒有很好的實現(xiàn)。因此要設(shè)計具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑，方便使用，控制精確，轉(zhuǎn)動靈敏，可實現(xiàn)頻繁的無極快速起動、制動和轉(zhuǎn)動，需要滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊要求。為此，設(shè)計制造高性能、高可靠性的智能小車控制系統(tǒng)有著十分重要的現(xiàn)實意義。6 設(shè)計心得經(jīng)過這次課程設(shè)計我感受頗多，在正式進(jìn)行設(shè)計之前，我參考了一些網(wǎng)上的資料，通過對這些設(shè)計方案來開拓自己的思路，最后終于有了自己的思路。此次課程設(shè)計不僅是對前面所學(xué)單片機技術(shù)和運動控制理論的一種檢驗，更是對所學(xué)知識大融合，站在新的高度看待新的問題，而且也是對自己運用所學(xué)知識的能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺，自己要學(xué)習(xí)的東西還太多。以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程。參考文獻(xiàn)1 張毅剛，喜元.原理與應(yīng)用設(shè)計M. 北京：北京市海淀區(qū)四季青印刷廠，2010.2 張毅剛.新編MCS-51單片機運用設(shè)計M. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003.3 張義和,敏男,宏昌,長春.例說51單片機（c語言版）M. 北京：人民郵電出版社，2009.4 馬忠梅 籍順心 張 凱 馬 巖.單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計M. 北京：北京航空航天大學(xué)，2010.5 Samsung Electronics. S3C44BOX Risc microcontroller ARM instruction sheet .2002.6 郭天祥.51單片機C語言教程M.子工業(yè)出版社，2005年7月.7 丁元杰.單片微機原理及應(yīng)用M,械工業(yè)出版社，2005年7月.8 樓然苗,光.單片機課程設(shè)計指導(dǎo)M.京: 北京航空航天大學(xué)出版社，2007.附 錄1 實物圖242 源程序清單#include <REGX52.H> #include <intrins.h>sbit LeftLed=P20; sbit RightLed=P07; sbit FontLled=P17;sbit LeftIR=P35; sbit RightIR=P36; sbit FontIR=P37; sbit M1A=P00; sbit M1B=P01; sbit M2A=P02; sbit M2B=P03; sbit B1=P04; sbit SB1=P06; sbit IRIN=P33; unsigned char code LedShowData=0x03,0x9F,0x25,0x0D,0x99, 0x49,0x41,0x1F,0x01,0x19；unsigned char code RecvData=0x19,0x46,0x15,0x43,0x44,0x40,0x0D,0x0E,0x00,0x0F;unsigned char IRCOM7;static unsigned int LedFlash; bit EnableLight=0; #define ShowPort P2 unsigned char temp = 1;void tingzhi() M1A=0; M1B=0; M2A=0; M2B=0;void qianjin() M1A=1; M1B=0; M2A=1; M2B=0;void houtui() M1A=0; M1B=1; M2A=0; M2B=1;void zuozhuan() M1A=0; M1B=1; M2A=1; M2B=0;void youzhuan() M1A=1; M1B=0; M2A=0; M2B=1;void Delay1ms(unsigned int i) unsigned char j,k; do j = 10; do k = 50; do _nop_(); while(-k); while(-j); while(-i); void delay_nus(unsigned int i) i=i/10; while(-i); void delay_nms(unsigned int n) n=n+1; while(-n) delay_nus(900); void delayms(unsigned char x) unsigned char i; while(x-) for (i = 0; i<13; i+) void Delay() unsigned int DelayTime=30000; while(DelayTime-); return; void ControlCar(unsigned char ConType) tingzhi(); switch(ConType) case 1: /前進(jìn) LeftLed = 0 ;qianjin(); break; case 2: /后退 LeftLed = 1 ; houtui(); break; case 3: /左轉(zhuǎn) zuozhuan(); break; case 4: /右轉(zhuǎn) youzhuan(); break; case 8: /停止 tingzhi();break; void ControlCar_yaokong(unsigned char ConType) tingzhi(); switch(ConType) case 1: /前進(jìn) tingzhi(); Delay1ms(150);LeftLed = 0 ;qianjin(); break; case 2: /后退 tingzhi(); Delay1ms(150); LeftLed = 1 ; houtui(); break; case 3: /左轉(zhuǎn) tingzhi(); Delay1ms(150); zuozhuan(); break; case 4: /右轉(zhuǎn) tingzhi(); Delay1ms(150); youzhuan(); break; case 8: /停止 tingzhi();break; void main() bit RunFlag=0; LedFlash=3000; EX1=1; IT1=1; EA=1; ControlCar(8); while(1) if(P3_2 = 0) delay_nms(10); if(P3_2 = 0) temp+; while(!P3_2); if(temp > 3) temp = 1; switch(temp) case 1:ShowPort= LedShowData1;Robot_Traction();EX1 = 0;break;case 2: ShowPort= LedShowData2;Robot_Avoidance();EX1 = 0;break;case 3: ShowPort = LedShowData3;EX1 = 1;break; void IR_IN() interrupt 2 using 0 unsigned char j,k,N=0; EX1 = 0; delayms(15); if (IRIN=1) EX1 =1; return; while (!IRIN) delayms(1); for (j=0;j<4;j+) for (k=0;k<8;k+) while (IRIN) delayms(1); while (!IRIN) delayms(1); while (IRIN) delayms(1); N+; if (N>=30) EX1=1; return; IRCOMj=IRCOMj >> 1; if (N>=8) IRCOMj = IRCOMj | 0x80; N=0; if (IRCOM2!=IRCOM3) EX1=1; return; for(j=0;j<10;j+) if(IRCOM2=RecvDataj) ControlCar_yaokong(j); EX1 = 1;