单片机循迹小车的系统设计大学毕业设计

摘要I摘要本设计是以单片机为核心部件的小车循迹控制，利用电机驱动芯片L298来接控制小车内部前后两个电机的速度与转向。红外一体传感器RPR220安装于小车地盘采集路面信号，然后经处理过后给单片机进行处理。鼠标机械滚轮安装于小车后轮通轴上，用来测小车的行驶速度和路程，方便于控制小车速度。本设计用到扩展芯片74hc164用以I/O口的扩展，后面外接两片带有所存功能的驱动芯片74hc573用来驱动数码管和12864液晶模块。本设计采用C语言编程而非汇编语言，主要因为C语言具有很强的可读性和可移植性，便于改进和扩充，在软件的开发中可大大缩短开发周期，使用C语言进行单片机程序设计也是单片机开发与应用的必然趋势。关键词：单片机；电机驱动；红外RPR220采集信号目录IIIAbstractThedesignisbasedonthecorecomponentsofMCUAT89S52cartrackingcontrol,theuseofmotordriverchipL298totakecontrolofcarbeforeandafterthetwomotorsinsidethespeedandsteering.InfraredbodysensorinstalledinthecarsitecollectionRPR220roadsignals,andthentreatedafteragivenMicrocontrollerforprocessing.Mousemachineryinstalledinthecarrearwheelpassaxisisusedtomeasurespeedanddistancecarridetofacilitatethetocontrolcarspeed.Thedesignusedfortheexpansionof74hc164chipI/Oportexpansion,followedbyanexternaltwostoredfunctionswiththedriverchip74hc573usedtodrivethedigitalcontrolandLCDModule12864.ThisdesignusesaCinsteadofassemblylanguageprogramminglanguage,mainlyduetotheClanguagehasaverystrongreadabilityandportability,easytoimproveandexpand,inthesoftwaredevelopmentcanbegreatlyshortenthedevelopmentcycle,usingtheClanguageformicrocontrollerprogrammingSCMisalsoaninevitabletrendofdevelopmentandapplication.目录IVKeywords:MCU；Motordrives；InfraredRPR220acquisitionsignals目录1前言.....................................................12方案设计与论证...........................................52.1直流调速系统........................................52.2检测系统............................................72.2.1行车起始、终点及光线检测.......................72.2.2检测放大器方案.................................92.2.3行车距离检测..................................132.3显示电路...........................................142.4系统原理图.........................................143硬件设计................................................163.180C51单片机硬件结构...............................163.2最小应用系统设计...................................183.2.1时钟电路......................................193.2.2复位电路......................................193.3前向通道设计.......................................203.4后向通道设计.......................................24目录V3.5显示电路设计.......................................294软件设计................................................334.1主程序设计.........................................334.2显示子程序设计.....................................384.3红外扫描子程序设计.................................414.4软件抗干扰技术.....................................494.5“看门狗”技术.....................................534.6可编程逻辑器件.....................................535测试数据、测试结果分析及结论............................56参考文献..................................................58附录......................................................60致谢......................................................79焦作大学毕业设计1前言11前言随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的，指导教师已经有充分的准备。本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。设计的智能电动小车应该能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能，可程控行驶速度、准确定位停车。根据题目的要求，确定如下方案：在现有玩具电动车改装的基础上，加装光电、红外线、超声波传感器及金属探测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。本设计采用MCS-51系列中的80s52单片机。以80s52为控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障，快慢速行驶，以及自动停车，并可以自动记录时间、里程和速度，自动寻迹和寻光功能。80s52是一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。它是第三代单片机的代表。第三代单片机包括了Intel公司发展MCS-51系列的新一代产品，如8ｘC152﹑80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8ｘC451﹑8ｘC452,还包括了焦作大学毕业设计1前言2Philips﹑Siemens﹑ADM﹑Fujutsu﹑OKI﹑Harria-Metra﹑ATMEL等公司以80C51为核心推出的大量各具特色﹑与80C51兼容的单片机。新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩展，以实现Microcomputer完善的控制功能为己任，将一些外部接口功能单元如A/D﹑PWM﹑PCA(可编程计数器阵列)﹑WDT(监视定时器)﹑高速I/O口﹑计数器的捕获/比较逻辑等。这一代单片机中，在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线，为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。Philips公司还为这一代单片机80C51系列8ｘC592单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线----CAN(ControllerAreaNetworkBUS).新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了良好的基础。本设计就采用了比较先进的80C51为控制核心，80C51采用CHOMS工艺，功耗很低。该设计具有实际意义，可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面。尤其是在足球机器人研究方面具有很好的发展前景；在考古方面也应用到了超声波传感器进行检测。所以本设计与实际相结合，现实意义很强。焦作大学毕业设计1前言3焦作大学毕业设计1前言4焦作大学毕业设计2方案设计与论证52方案设计与论证根据题目的要求，确定如下方案：在现有玩具电动车改装的基础上，加装光电检测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。2.1直流调速系统方案一：串电阻调速系统。方案二：静止可控整流器。简称V-M系统。方案三：脉宽调速系统。旋转变流系统由交流发电机拖动直流电动机实现变流，由发电机给需要调速的直流电动机供电，调节发电机的励磁电流即可改变其输出电压，从而调节电动机的转速。改变励磁电流的方向则输出电压的极性和电动机的转向都随着改变，所以G-M系统的可逆运行是很容易实现的。该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机，还要一台励磁发电机，设备多、体积大、费用高、效率低、维护不方便等缺点。且技术落后，因此搁置不用。V-M系统是当今直流调速系统的主要形式。它可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型，可实现平滑调速。V-M系统的缺点是晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。它的另一个缺点是运行条件要求高，维护运行麻烦。焦作大学毕业设计2方案设计与论证6最后，当系统处于低速运行时，系统的功率因数很低，并产生较大的谐波电流危害附近的用电设备。采用晶闸管的直流斩波器基本原理与整流电路不同的是，在这里晶闸管不受相位控制，而是工作在开关状态。当晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上，当晶闸管关断时，直流电源与电动机断开，电动机经二极管续流，两端电压接近于零。脉冲宽度调制（PulseWidthModulation），简称PWM。脉冲周期不变，只改变晶闸管的导通时间，即通过改变脉冲宽度来进行直流调速。与V-M系统相比，PWM调速系统有下列优点：（1）由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统的低速运行平稳，调速范围较宽，可达1：10000左右。由于电流波形比V-M系统好，在相同的平均电流下，电动机的损耗和发热都比较小。（2）同样由于开关频率高，若与快速响应的电机相配合，系统可以获得很宽的频带，因此快速响应性能好，动态抗扰能力强。（3）由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。根据以上综合比较，以及本设计中受控电机的容量和直流电机调速的发展方向，本设计采用了H型单极型可逆PWM变换器进行调速。脉宽调速系统的主电路采用脉宽调制式变换器，简称PWM变换器。脉宽调速也可通过单片机