基于单片机的多功能智能小车设计

学科代码：学号：XXXXXXXXXXXXX大学（本科）毕业论文题目：基于单片机的多功能智能小车设计学院：专业：年级：姓名：指导教师：完成时间：20年月日、基于单片机的多功能智能小车设计摘要：近几年，我国经济的迅速的增长使得小车的销售量逐渐升高，2016年，我国新能源汽车的销售达到了51.7万辆，销售率同比增长了20.5%。汽车数量的日益增多使得交通拥挤的现象越来越严重，因此，交通事故的发生的频率也在逐渐的增多。为了提高小车运行的安全，本文提出了一种基于单片机的多功能智能型小车的设计。本文以STC89C51的单片机为核心，设计了一款多功能的智能小车，由于STC89C51的单片机在市场上受到了消费者普遍的好评，利用它进行智能小车的设计，既满足了大众的需求，又提高了小车设计的性能。同时，本文还结合了直流电机L298N型号的驱动芯片、E18-D80NK红外避障传感器、TCRT5000红外反射式接近开关传感器对智能小车的整体进行了构架。关键词：单片机；多功能；智能小车；设计AbstractInrecentyears,China'srapideconomicgrowthmakesthecarsalesgraduallyincreased,in2016,China'snewenergyvehiclesalesreached517,000,salesrateincreasedby20.5%.Theincreasingnumberofcarsmakestrafficcongestionmoreandmoreserious,sothefrequencyoftrafficaccidentsisgraduallyincreasing.Inordertoimprovethesafetyofcaroperation,thispaperpresentsamulti-functionalintelligentcarbasedonsingle-chipdesign.Inthispaper,STC89C51single-chipasthecore,designedamulti-functionalsmartcar,asSTC89C51microcontrollerinthemarketbyconsumersgenerallypraise,useitforintelligentcardesign,bothtomeettheneedsofthepublic,butalsoimproveTheperformanceofthecardesign.Atthesametime,thisarticlealsocombinestheDCmotorL298Nmodeldriverchip,E18-D80NKinfraredobstacleavoidancesensor,TCRT5000infraredreflectorproximityswitchsensorontheoverallstructureofthesmartcar.KeyWords:Single-chip；multi-function；intelligentcar；design目录Abstract............................................................3引言................................................................51方案选型..........................................................51.1车体设计.....................................................51.2电机驱动选择.................................................52.3PWM调速技术.................................................72.4循迹模块技术................................................72.5避障模块技术................................................82.6控制系统模块................................................82.7电源选择.....................................................92总体方案设计......................................................92.1设计任务描述.................................................92.2总体设计.....................................................92.3需求分析.....................................................92.4总体方案....................................................103硬件电路设计.....................................................103.1电源电路设计................................................103.2驱动电路设计................................................103.3循迹避障部分电路............................................114程序设计.........................................................134.1主程序设计概述..............................................134.2主程序流程图...............................................134.3驱动程序流程图.............................................144.4循迹程序流程图.............................................154.5避障程序流程图.............................................165制作安装与调试...................................................175.1小车的安装..................................................175.2小车运动模式调试............................................175.3小车循迹调试................................................185.4小车避障调试................................................185.3小车的功能..................................................18结论...............................................................19参考文献...........................................................20引言当前，关于智能化小车的设计越来越成为当前学者们关注的热点问题，对于智能小车的设计，采用的方法也越来对多样，利用单片机的程序设计的智能小车也是其中的一种。单片机的技术的使用提升了小车的性能，帮助小车减少了阻碍，并将小车在运行过程中所遇到的危险降低到了最下化。因此，本文应用了现代化的思维，利用STC89C51的单片机对智能小车进行设计。不同型号的单片机的优点和缺点也各不相同，本文选择了在市场上广泛得到认同的STC89C51的单片机对智能小车的程序进行了总体的设计，主要满足了大众的需求。1方案选型1.1车体设计本次设计采用了两轮驱动式的车体。两轮驱动的优势就是充分的利用了两个电机来驱动；两个轮子，这种做法主要是满足了小车动力能够得到均匀的分配。在小车遇到滑动的紧急时刻时，能够降低小车滑动的力度。另外，使用四轮驱动对小车安全性的提升更加的明显。两者同时都可以根据路面的行驶的状态通过发动机传输将按钮分布在轮子上，提高小车行驶的性能。两轮驱动比四轮驱动容易，驱动元件的分布较为密集。1.2电机驱动选择小车在行驶的过程中，必须要使用轮子来实现驱动，由于小车在行进的过程中每个轮子的转速是不一样的。为了区分每个轮子在转弯时的速度，因此，就需求利用电机的驱动模块对电机进行驱动。直流电机的优势在于它能够反复的承受冲击，驱动过程也只是需要合适的直流电压驱动就可以了。直流电机解决了小车在转弯的过程中遇到的急速转弯与反复转动时遇到的问题。由于直流电压的转速范围较广，转速实现方便，因而只需要合适的电压就能实现其转动。它是不需要精确的计算与全圈数的限制的。为了实现电机的驱动，就需要借助单片的I/O来实现，I/O使用两的增加也增加了设计的难度。选择直流电机能够降低难度。直流电机的驱动模式呈现了“H”型的驱动，它的组成是由四个晶体管和一个电机组成。在组成的结构中，四个晶体管组成的形式恰好呈现了一个“H”的形状，接上了“+”、“-”电压后，就能成功的实现驱动。在使用的过程中，使用单独的元器件来实现“H”型电路非常的有难度。为了实现“H”型的桥式电路可以使用市面上的封装的芯片。因此在设计电路时需要考虑芯片的工作范围，控制电路实际所需要的信号。图1-1H桥式驱动电路驱动模块采用了专用的芯片L298N作为本次智能小车设计的电机驱动的芯片，型号L298N芯片具有的优势体现在它是一个具有高压大电流的全桥驱动芯片，它响应频率较高，它能够控制两个直流电机。图1.2是L298N的引脚图和输入输出关系表。图1-2L298N外部引脚表1-1L298N输入输出关系ENAIN1IN2电机运行情况HHL正转HLH反转HIN2IN1快速停止LXX停止L298N的5、7、10、12四个引脚接到单片机上，通过对单片机的编程就可实现两个直流电机的PWM调速控制。图1-3L298N电机驱动电路1.3PWM调速技术利用PWM技术来实现硬件的调试的方式有两种，一种是硬件的调制法，另外一种就是生成法。硬件生成的方法主要是利用波形的调制的信号将需要传递的信息用波形来改变。由于在三角比较容易实现系统控制，利用参数进行调节也比较容易。由于复杂的信号是不同的正弦信号叠加而成。利用正弦波的信号来实现PWM波的调制，利用这种信号产生信号会更加的容易，利用PWM进行波形的变幻时只需要在软件的程序中进行简单的修改就能实现系统的控制。由于硬件调制法电路是属于模拟电路，其结构比较复杂，而且在实现电路设计和搭建时，相比较起来不方便，难以实现精确的控制。而软件生成法就比较简单，只要在控制程序里加上PWM调制就可以。因此，我采用软件生成法来实现PWM波形。1.4循迹模块技术小车前进的过程中，我们要将小车的行驶的灵敏性考虑其中。因为只有保证了小车的较强的灵敏性才能对小车行驶的路径进行较好的探索。循迹模块的采用可以通过采用发光的红外线二级管来照明，例如利用光电流的形式将红外线连接在电路上，对产生的信号的通电系统进行利用，使用这一模块的优势在于，光电信号会随着光的变化而产生变化。它受到光强的作用比较明显，本次设计的智能