【正文】 畢業(yè)論文紅外遙控玩具車(chē)的設(shè)計(jì)徐明亮吉 林 建 筑 工 程 學(xué) 院 2012 年 6月畢業(yè)論文紅外遙控玩具車(chē)的設(shè)計(jì)學(xué) 生： 徐明亮指 導(dǎo) 教 師： 遲耀丹 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù)所 在 單 位： 電氣與電子信息工程學(xué)院答 辯 日 期： 2012 年 6月 目 錄摘 要 IABSTRACT II第1章 緒論 1 設(shè)計(jì)背景及目的 1 設(shè)計(jì)背景 1 設(shè)計(jì)目的 1 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求 2 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 2 設(shè)計(jì)要求 2 設(shè)計(jì)意義 2 本章小結(jié) 2第2章 總體方案設(shè)計(jì) 3 系統(tǒng)原理框圖 3 主要功能模塊方案設(shè)計(jì)與論證 3 主控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證 4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊方案設(shè)計(jì)與論證 4 顯示模塊方案設(shè)計(jì)與論證 5 循跡模塊方案設(shè)計(jì)與論證 6 避障模塊方案設(shè)計(jì)與論證 7 電源模塊方案設(shè)計(jì)與論證 8 紅外線模塊方案設(shè)計(jì)與論證 8 本章小結(jié) 9第3章 硬件設(shè)計(jì) 10 10 AT89C51簡(jiǎn)介 10 AT89C51功能部件和特性 11 AT89C51引腳說(shuō)明 11 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 13 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 13 L298N簡(jiǎn)介 13 小車(chē)方向與速度控制 15 循跡系統(tǒng) 16 循跡原理 16 TCRT5000光電對(duì)管簡(jiǎn)介 16 LM324比較器 17 避障系統(tǒng) 18 避障原理 18 避障報(bào)警 18 無(wú)線遙控系統(tǒng) 19 紅外發(fā)射電路 19 HT6221簡(jiǎn)介 20 紅外接收電路 20 顯示系統(tǒng) 21 LCD1602簡(jiǎn)介 21 LCD1602功能特性 21 LCD1602引腳說(shuō)明 21 最小單元電路系統(tǒng) 22 復(fù)位電路模塊 22 時(shí)鐘電路 23 本章小結(jié) 24第4章 軟件設(shè)計(jì) 25 發(fā)送端程序流程圖 25 發(fā)送端主程序流程圖 25 發(fā)送端中斷子程序流程圖 25 接收端程序流程圖 26 接收端主程序流程圖 26 接收端中斷子程序流程圖 27 數(shù)據(jù)處理子程序流程圖 28 自動(dòng)循跡避障流程圖 29 本章小結(jié) 30結(jié) 論 31致 謝 32參考文獻(xiàn) 33附錄1 34附錄2 35附錄3 54摘 要 紅外線遙控小車(chē)具有體積小、成本低、生存能力強(qiáng)等特點(diǎn)，是上世紀(jì)提出的一種新型小車(chē)，在軍事偵察、反恐、防爆、防核化及污染等危險(xiǎn)與惡略環(huán)境作業(yè)中有廣闊的應(yīng)用前景。本設(shè)計(jì)對(duì)紅外遙控智能玩具小車(chē)的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了全面描述,包括主體設(shè)計(jì)方案、各模塊的硬件電路設(shè)計(jì)描述以及單片機(jī)控制程序的編寫(xiě)。小車(chē)設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)控制系統(tǒng)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、循跡模塊、避障模塊、顯示模塊以及無(wú)線接收發(fā)射模塊組成，集成驅(qū)動(dòng)、控制、傳感和能源等于一體。系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為主控核心，對(duì)外設(shè)進(jìn)行控制，利用線性穩(wěn)壓芯片對(duì)電壓進(jìn)行穩(wěn)定控制，為單片機(jī)及其他外設(shè)進(jìn)行穩(wěn)定供電，利用紅外對(duì)管進(jìn)行黑白信號(hào)檢測(cè)，利用L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定控制，利用無(wú)線遙控芯片HT6221進(jìn)行遙控，發(fā)射指令編碼信號(hào)，再通過(guò)一體化紅外接收頭HS0038接收，經(jīng)過(guò)單片機(jī)解碼發(fā)出命令指令，再通過(guò)兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)小車(chē)停車(chē)、倒車(chē)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等狀態(tài)功能。本次設(shè)計(jì)還利用紅外對(duì)管發(fā)出的紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，為小車(chē)添置了循跡避障功能，實(shí)現(xiàn)小車(chē)智能行駛，并且用LCD1602顯示小車(chē)即時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這次設(shè)計(jì)通過(guò)基于完備的軟硬件系統(tǒng)，很好的實(shí)現(xiàn)了小車(chē)循跡避障、顯示運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等功能。關(guān)鍵詞 單片機(jī)；紅外對(duì)管；比較器；一體化紅外接收頭ABSTRACTThe infrared remote controlled car has a small size, low cost, survival ability, and other features. It is a new type of car proposed in the last century. And it have broad application prospects in the dangerous and evil work environment of the military reconnaissance, terrorism, explosionproof, preventing the nucleation and pollution in slightly. This design of infrared remote controlled car design processing of the intelligent a prehensive description, including main body design, hardware circuit design of each module is described and the writing of the single chip microputer control procedures. The small car design mainly by the single chip microputer control system module, motor driver module, methodist tracing module, obstacle avoidance module, display module and wireless access launch module, integrated drive, control, sensors and energy equal to one. With AT89C51 singlechip microputer control system for core, foreign set control, using linear regulator chip to voltage stability of control for single chip microputer and other peripherals for the reliable power supply, the use of infrared pipe is black and white signal detection, use L298N motor driver module to the dc motor stability control, use wireless remote control chip HT6221 remote controlled, launch instruction encoding signals, then through the integrated infrared sensor HS0038 receiving, single chip mands decoding instruction, again through the two dc motivation of the control, realize the small car parking, backing up, turn right, turn left, the state function. The design also use of a tube of infrared infrared in different colors of physical surface has a different reflection properties characteristics for the car to acquire the follow mark obstacle avoidance function, achieve intelligent driving car, and use LCD1602 show car instant motionsBased on the perfect design of the hardware and software system, it is well realized on car tracing obstacle avoidance, displaying motion state and other functions.Keywords SCM。 Infrared to tube。 parator。Integration infrared sensor第1章 緒論 設(shè)計(jì)背景及目的 設(shè)計(jì)背景隨著消費(fèi)電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等的快速發(fā)展,以及人們生活水平的提高，各種方便于生活的消費(fèi)電子產(chǎn)品行業(yè)發(fā)展如雨后春筍般，層出不窮。當(dāng)今市場(chǎng)傳統(tǒng)低科技含量產(chǎn)品比重逐步縮水，而高科技含量的電子產(chǎn)品則蒸蒸日上?，F(xiàn)今智能小車(chē)發(fā)展很快，從智能玩具到其它各行業(yè)都有實(shí)質(zhì)成果。其基本可實(shí)現(xiàn)循跡、避障、檢測(cè)貼片、尋光入庫(kù)、聲控系統(tǒng)等功能，飛思卡爾智能小車(chē)更是走在前列。我國(guó)作為世界電子產(chǎn)品生產(chǎn)大國(guó)，可在高科技產(chǎn)品的發(fā)展方面和外國(guó)的差距還是有的。比如說(shuō)蘋(píng)果公司把產(chǎn)品90%的利潤(rùn)帶走，而只給制造商留下10%，少部分人拿走了巨額財(cái)富，卻要讓數(shù)十萬(wàn)人再去瓜分那可憐的10%利潤(rùn)。所以，及時(shí)投入精力廣泛開(kāi)展這方面的研究，無(wú)論對(duì)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，還是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，都有重大的現(xiàn)實(shí)意義。鑒于國(guó)內(nèi)和國(guó)外科技方面發(fā)展較落后的原因，我選擇了紅外遙玩具車(chē)為我的畢業(yè)論文題目。在設(shè)計(jì)中，對(duì)紅外遙控、電機(jī)控制等技術(shù)做些深入了解，真身體驗(yàn)為什么科學(xué)技術(shù)才是第一生產(chǎn)力。也同時(shí)希望在設(shè)計(jì)中使用更多的先進(jìn)技術(shù)且能有效的控制設(shè)計(jì)成本，使其表現(xiàn)出極高的性?xún)r(jià)比和極強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。希望在以后能在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域扎根創(chuàng)新，與時(shí)俱進(jìn)，有所成就，撐起IT行業(yè)一片天地，并應(yīng)用于民生，造福于大眾。 設(shè)計(jì)目的直流電機(jī)的控制技術(shù)是電機(jī)控制的最基本技術(shù)，本設(shè)計(jì)目的是通過(guò)設(shè)計(jì)直流電動(dòng)玩具車(chē)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)直流電機(jī)的控制，使小車(chē)可按規(guī)定線路和要求行駛。通過(guò)設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用四年大學(xué)所學(xué)知識(shí)去分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在實(shí)踐中檢驗(yàn)所學(xué)知識(shí),從而加強(qiáng)理論與實(shí)踐的相結(jié)合。 體驗(yàn)一個(gè)科研項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的全過(guò)程，學(xué)會(huì)單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用方法,鍛煉應(yīng)用能力,動(dòng)手能力。本課題設(shè)計(jì)是具有一定難度的基于單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。通過(guò)這次畢業(yè)論文及設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)自己綜合素質(zhì)和專(zhuān)業(yè)教育的培養(yǎng)效果，并且學(xué)會(huì)閱讀、利用英文文獻(xiàn)資料，閱讀并翻譯外文資料的能力，進(jìn)一步提高對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和撰寫(xiě)論文的能力。 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)紅外遙控的電動(dòng)車(chē)，使之可按遙控器的控制行走。該電動(dòng)車(chē)要具備下述功能：（1）能夠接受并識(shí)別紅外遙控信號(hào)，并根據(jù)此命令動(dòng)作；（2）具有避障功能，當(dāng)探測(cè)到有障礙物時(shí)能夠及時(shí)避開(kāi)；（3）能夠顯示停車(chē)、倒車(chē)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等狀態(tài)；（4）能夠按事先設(shè)定好的軌跡行走。 設(shè)計(jì)要求（1）提出合理的方案；（2）繪制小車(chē)控制系統(tǒng)原理圖； （3）編寫(xiě)解碼軟件，調(diào)整對(duì)紅外信號(hào)的解碼，編寫(xiě)控制軟件實(shí)現(xiàn)功能。 設(shè)計(jì)意義隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)入了人們的生活，以單片機(jī)為核心的智能控制系統(tǒng)就是其中之一。同時(shí)也標(biāo)志了自動(dòng)控制領(lǐng)域成為了數(shù)字化時(shí)代的一員。它實(shí)用性強(qiáng)，功能齊全，技術(shù)先進(jìn)，使人們相信這是科技進(jìn)步的成果。它更讓人類(lèi)懂得，數(shù)字時(shí)代的發(fā)展將改變?nèi)祟?lèi)的生活，將加快科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用AT89C51芯片作為控制核心，紅外發(fā)送和接收電路、LCD液晶屏顯示、直流電機(jī)、光電傳感器、行列式鍵盤(pán)相結(jié)合的系統(tǒng)。充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能。其優(yōu)點(diǎn)硬件電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性?xún)r(jià)比較高等特點(diǎn)，具有一定的使用和參考價(jià)值。 本章小結(jié) 本章主要講述紅外遙控小車(chē)所應(yīng)用的技術(shù)目前的發(fā)展背景，闡明這次設(shè)計(jì)的目的，概括這次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及要求，并表述了紅外遙控小車(chē)所代表的時(shí)代意義。第2章 總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)原理框圖按照設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)可以分為以下幾個(gè)基本功能模塊：無(wú)線遙控模塊、顯示模塊、避障模塊、循跡模塊、顯示模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及報(bào)警模塊等。將系統(tǒng)拆分成以上的這些基本功能模塊后，再根據(jù)各個(gè)模塊所要完成的功能分別去設(shè)計(jì)，也就是按照“逐步求精”的思想去設(shè)計(jì)本系統(tǒng)，這將使設(shè)計(jì)工作細(xì)化，也有助于制定進(jìn)度安排。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求將各個(gè)模塊系統(tǒng)組架起來(lái)，畫(huà)出系統(tǒng)原理框圖，見(jiàn)圖21。報(bào)警模塊主控系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊遙控接收模塊循跡模塊避障模塊顯示模塊遙控發(fā)射模塊遙控器芯片復(fù)位模塊時(shí)鐘振蕩模塊電源模塊圖21 系統(tǒng)原理框圖 主要功能模塊方案設(shè)計(jì)與論證本章節(jié)主要介紹的是主控模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、循跡模塊、避障模塊、遙控發(fā)射模塊和電源模塊的方案設(shè)計(jì)與論證，選出最適宜的方案。 主控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我認(rèn)為此設(shè)計(jì)屬于多輸入量的復(fù)雜程序控制問(wèn)題。據(jù)此，擬定了以下兩種方案并進(jìn)行了綜合的比較論證，具體如下：方案一：選用一片CPLD（如EPM7128LC8415）作為系統(tǒng)的核心部件，實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。CPLD具有速度快、編程容易、資源豐富、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，可利用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)開(kāi)發(fā)。但CPLD在控制上較單片機(jī)有較大的劣勢(shì)。同時(shí)，CPLD的處理速度非常快，而小車(chē)的行進(jìn)速度不可能太高，那么對(duì)系統(tǒng)處理信息的要求也就不會(huì)太高，在這一點(diǎn)上，MCU就已經(jīng)可以勝任了。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的