基于AT89C52的智能小车设计

长春大学毕业设计（论文）纸共34页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一章绪论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速度，具有自动寻迹、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：在现有玩具电动车的基础上，加装光电、红外线，实现对电动车的速度、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AT80C51单片机。以AT80C52为控制核心，利用红外线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。并可以自动寻迹。80C52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。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80C52为控制核心，80C52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单片机的发展趋势行检测。所以本设计与实际相结合，现实意义很强。单片机在目前的形势下，表现出几大趋势:*可靠性及应用越来越水平高和互联网连接已是一种明显的走向。*所集成的部件越来越多;NS(美国国家半导体)公司的单片机已把梧音、图象部件也集成到单片机中，也就是说，单片机的意义只是在于单片集成电路，而不袄于其功能了;如果从功能上讲它可以讲是万用机，原因是其内部已集成上各种应用电路。*功耗越来越低。*和模拟电路结合越来越多。随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高，单片机还会不断产生新的变化和进步，最终人们可能发现:单片机与微机系统之何的距离越来越小，甚至难以辨认。长春大学毕业设计（论文）纸共34页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第二章系统方案论证与选择2.1系统总体方案设计论证本系统基本框图2-1所示：图2-1系统基本框图在设计车体框架时，我们有两套起始方案，自己制作和直接购买玩具电动车。方案一：自己设计制作车架自己制作小车底盘，用两个直流减速电机作为主动轮，利用两电机的转速差完成直行、左转、右转、左后转、右后转、倒车等动作。减速电机扭矩大，转速较慢，易于控制和调速，符合避障小车的要求。而且自己制作小车框架，可以根据电路板及传感器安装需求设计空间，使得车体美观紧凑。但自己制作小车设计制作周期较长，且费用较高，因而我们放弃这一方案。方案二：购买玩具电动车，玩具电动车价格低廉，有完整的驱动、传动和控制单元，其中传动装置是我们所需的，缩短了开发周期。但玩具电动车采用普通直流电机驱动，带负载能力差，调速方面对程序要求较高。同时，玩具电动车转向依靠前轮电机带动前轮转向完成，精度低。考虑到利用玩具电动小车做车架开发周期短，可留够充分的时间用于系统调试，且硬件上的不足我们有信心用优良的算法来弥补，故我们选择方案二。2.2系统各个模块论证2.2.1控制器模块的选择与论证（单片机的选择）左轮电机右轮电机红外对管寻迹电路电机驱动电路避障电路AT89C52蜂鸣器长春大学毕业设计（论文）纸共34页第3页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊方案一：采用凌阳公司的16位单片机，它是16位控制器，具有体积小、驱动能力强、可靠性高、功耗低、结构简单、具有语音处理、运算速度快等优点，但考虑到我们小组对这个方案采用的微处理器并不熟悉，使用起来并不是很方便，这对于硬件电路的设计和软件编程增加了难度。我们决定不再使用此方案，考虑其他方案。方案二：采用AT89C52单片机作为主控制器。AT89C52是一个超低功耗，和标准51系列单片机相比较具有运算速度快，抗干扰能力强，支持ISP在线编程，片内含8k空间的可反复擦写1000次的Flash只读存储器，具有256bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个I/O口，2个16位可编程定时计数器。其指令系统和传统的8051系列单片机指令系统兼容，降低了系统软件设计的难度，电路设计简单、价格低廉，在后来的实验中我们发现，AT89C52精确度和运算速度也都完全符合我们系统的要求。综合以上方案我们选择比较普通的更为熟悉的方案二使用AT89C52单片机为我们整个系统的控制核心。2.2.2寻线模块的选择与论证小车沿着黑色路线运动，且不能偏离该轨迹，可以利用传感器来感知轨迹。方案一：用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。方案二：红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。单片机就是通过接收到的高低电平为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。对于发射和接收红外线的红外探头，可以自己制作或直接采用集成式红外探头。经测试，此种方法简单可靠。经反复对比后，采用方案二2.2.3控制电机模块的选择与论证方案一：利用步进电机的准确定长步进性能方便的实现调速和方向的偏转，且长春大学毕业设计（论文）纸共34页第4页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊能准确的测量速度、路程以及时间，简化编程和硬件连接的工作量。但是步进电机在与机械配合的小车改装上难度极大，非短时间所能完成。该方案实现较困难。方案二：用玩具小车上自带的双直流电机，只需对后轮电机进行简单改造，加上一个齿轮减速装置即可，两电机分别负责小汽车的驱动和转向的功能，依据外围红外反射传感器所采集到的信息可以补足直流电机定位不准的缺点，同时红外反射传感器的使用还能实现比较准确的寻迹行驶，用较好的控制算法及特色硬件来提高小车的整体性能，可具有很高的性能/价格比。经比较验证，显然方案一的机械结构也短时间内难以满足题目的要求，而方案二本身是与小车相兼容的，性能也比较好，采用方案二。2.2.4电机驱动模块的选择与论证方案一：采用传统的功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，成本低，加速能力强，但功率损耗大，特别是低速大转距运行时，通过电阻R的电流大，发热厉害，损耗大。方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度进行调整.此方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢,易损坏,寿命较短,可靠性不高。方案三：采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。且由L298N结合单片机可实现对小车速度的精确控制。这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。因此决定采用L298N控制直流电机。2.2.5避障模块的选择与论证方案一：用超声波传感器进行避障。超声波传感器的原理是：超声波由压电陶瓷超声波传感器发出后，遇到障碍物便反射回来，再被超声波传感器接收。超声波传感器在避障的设计中被广泛应用。采用超声波避障，超声波受环境影响较大，电路复杂，而且地面对超声波的反射，会影响系统对障碍物的判断。此我们考虑其它的方案。方案二：用漫反射式光电开关进行避障。光电开关的工作原理是根据光线发射头发出的光束，被物体反射，其接收电路据此做出判断反应，物体对红外光由同步长春大学毕业设计（论文）纸共34页第5页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊回路选通而检测物体的有无。当有光线反射回来时，输出低电平。当没有光线反射回来时，输出高电平。但是这种电路在户外容易受阳光的影响。因此放弃此方案。方案三：采用红外线避障，利用单片机来产生38KHz信号对红外线发射管进行调制发射，发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管采用数字接受器件HS0038对反射回来信号进行解调，输出TTL电平，外界对红外信号的干扰比较小，且易于实现，价格也比较便宜，考虑到本系统只需要检测障碍物，没有十分复杂的环境。为了使用方便，便于操作和调试，我们最终选择了方案三。2.2.6电源选择与论证方案一：所有器件采用单一电源(5节五号电池)。这样供电比较简单，但是由于电动机启动瞬间电流很大，会造成电压不稳、有毛刺等干扰，严重时可能会造成单片机系统掉电，使之不能完成预定行程。方案二：双电源供电。电动机驱动电源采用5节五号电池，单片机及其外围电路电源采用5V钮扣电池供电，两路电源完全分开，这样做虽然可以将电动机驱动所造成的干扰彻底消除，提高了系统稳定性。但是不如单电源方便灵活。方案三采用9V蓄电池为直流电机供电，我们利用lm7805这块芯片将12V的锂电池降压、稳压到5V，为外围芯片供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能，这种接法比较简单，但小车的电路功耗过大会导致后轮电机动力不足我们选择方案二2.3智能小车最终方案经过反复的探讨和论证我们最终确定智能救援小车的如下最终方案：1采用AT89C52单片机作为整个电路的控制核心。2直接使用电池组提供基准电源。3采用直流减速电机作为小车系统的驱动电机。4.使用电机专用驱动芯片L293N作为直流减速电机的驱动芯片。、5.采用红外探测法进行循迹。6．采用红外发射管和HS0038接受管组成避障电路。长春大学毕业设计（论文）纸共34页第6页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第三章系统的硬件设计与实现3.1微控制器电路的设计与原理微控制器电路是整个智能救援小车系统的核心控制部分，它负责对各路传感信号的采集、处理、分析及对各部分硬件电路进行调整。本设计制作的智能小车系统以AT89C52单片机最小系统电路为整个系统的控制电路，通过各种传感器电路，采集各种传感器信息，以发出各种控制信号命令，来完成相应的操作.AT89C52是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。用AT89C52单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图3-1AT89C52单片机最小系统所示。由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点：有可供用户使用的大量I/O口线。内部存储器容量有限。应用系统开发具有特殊性。Y?CRYSTALC?CAPC?CAPEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U?8031R?8.2kC?1ufVCC图3-1单片机最小系统电路原理图1、时钟电路STC89C52虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加