【正文】 基于單片機(jī)的自動(dòng)往返小車的設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文 好 ! 基于單片機(jī)的自動(dòng)往返 小車的設(shè)計(jì) 摘要 89S52 單片機(jī)是一款八位單片機(jī)他的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評(píng)這里介紹的是如何用 89S52 單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院的畢業(yè)設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題本系統(tǒng)以設(shè)計(jì)題目的要求為目的采用 89S52 單片機(jī)為控制核心利用超聲波傳感器檢測(cè)道路上的障礙控制電動(dòng)小汽車的自動(dòng)避障快慢速行駛以及自動(dòng)停車并可以自動(dòng)記錄時(shí)間里程和速度自動(dòng)尋跡和尋光功能整個(gè) 系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠性能高實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果滿足要求本文著重介紹了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法及測(cè)試結(jié)果分析 采用的技術(shù)主要有 通過編程來控制小車的速度 傳感器的有效應(yīng)用 新型顯示芯片的采用 關(guān)鍵詞 80C52 單片機(jī)電動(dòng)小車光電檢測(cè)器 PWM 調(diào)速 Abstract 89S52 is a 8 bit single chip puter Its easily using and multifunction suffer large users This article introduces the Engineeringtechnical College of Chengdu University of Technology graduation design with the 89S52 single chip puter This design bines with scientific research object This system regards the request of the topic adopting 89S52 for controlling core super sonic sensor for test the hinder It can run in a high and a low speed or stop automatically It also can record the time distance and the speed or searching light and mark automatically the electric circuit construction of whole system is simple the function is dependable Experiment test result satisfy the request this text emphasizes introduced the hardware system designs and the result analyze The adoption of technique as Reduce the speed by program the engine efficient application of the sensor The adoption of the new display chip Keywords 80C52 single chip puterElectricity motive small carlight electricity detectorPWM speed adjusting 目錄 摘要 I Abstract II 目錄 III 前言 1 1 方案設(shè)計(jì)與論證 2 11 電動(dòng)小車 2 12 控制模塊 3 13 電機(jī)控制模塊 3 14 直流調(diào)速系統(tǒng) 3 15 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 5 16 信號(hào)檢測(cè)模塊 5 17 行車距離檢測(cè) 7 18 系統(tǒng)原理 9 2 硬件設(shè)計(jì) 10 21 AT89S52 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 10 22 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 3 軟件設(shè)計(jì) 13 31 主程序設(shè)計(jì) 13 32 顯示子程序設(shè)計(jì) 15 33 避障子程序設(shè)計(jì) 15 34 軟件抗干擾技術(shù) 15 341 數(shù)字濾波技術(shù) 15 342 開關(guān)量的軟件抗干擾技術(shù) 16 343 指令冗余技術(shù) 16 344 軟件陷阱技術(shù) 17 345 程序區(qū) 18 35 看門狗技術(shù) 18 36 可編程邏輯器件 20 4 測(cè)試數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果分析及結(jié)論 21 致 謝 23 參 考 文 獻(xiàn) 24 附錄 1 程序清單 25 附錄 2 硬件原理 圖 34 前言 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注全國(guó)電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目全國(guó)各高校也都很重視該題目的研究可見其研究意義很大本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的設(shè)計(jì)一款智能電動(dòng)小車智能電動(dòng)小車應(yīng)該具有自動(dòng)尋找軌跡的功能 根據(jù)題目的要求本設(shè)計(jì)以 AT89S52 為控制核心在現(xiàn)有電動(dòng)小車的基礎(chǔ)上加裝傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制本系統(tǒng)控制靈活可靠精度高滿足各項(xiàng)要求利用紅外線傳感器檢測(cè)地上的特定軌跡將數(shù)據(jù)傳給 AT89S52 經(jīng)過AT89S52 分析后做出 反應(yīng)控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行使小車按照特定軌跡行駛 AT89S52 是一款八位單片機(jī)它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評(píng)它是第三代單片機(jī)的代表其最主要的技術(shù)特點(diǎn)是向外部接口電路擴(kuò)展以完善控制功能外部可接其他功能單元如 AD、 PWM、 PCA、 WDT、 AT89S52 采用 CHOMS 工藝功耗很低可用于很多小型設(shè)備中該設(shè)計(jì)具有實(shí)際意義稍作修改就可以應(yīng)用于考古機(jī)器人醫(yī)療器械等許多方面尤其是在足球機(jī)器人研究方面具有很好的發(fā)展前景在考古方面可用超聲波傳感器進(jìn)行檢測(cè)所以本設(shè)計(jì)與實(shí)際相結(jié)合現(xiàn)實(shí)意義很強(qiáng) 1 方案設(shè)計(jì)與論證 根據(jù)題目的 要求確定如下方案在現(xiàn)有電動(dòng)小車的基礎(chǔ)上加裝傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)路面特殊軌跡的實(shí)時(shí)測(cè)量并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至主控制器進(jìn)行處理然后由主控制器根據(jù)所檢測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)電動(dòng)車進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)按照路徑自動(dòng)行駛 這種方案如圖 11 能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制控制靈活可靠精度高可滿足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求 圖 11 自動(dòng)尋跡小車原理圖 11 電動(dòng)小車 方案一轉(zhuǎn)向和動(dòng)力分開的電動(dòng)小車轉(zhuǎn)向和動(dòng)力分開的電動(dòng)小車是將輪胎分為兩組一組與點(diǎn)動(dòng)機(jī)相連輸出動(dòng)力控制小車的行駛另外一組控制小車的方向兩組輪胎的前后順序可調(diào)其換影響不大轉(zhuǎn)向輪可使用單輪方案一只需一個(gè)電動(dòng) 機(jī)一個(gè)轉(zhuǎn)向器由主控制器分別進(jìn)行控制控制程序較多 方案二轉(zhuǎn)向和動(dòng)力結(jié)合的電動(dòng)小車轉(zhuǎn)向和動(dòng)力結(jié)合的電動(dòng)小車是使用兩個(gè)獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)各自帶動(dòng)一個(gè)輪胎位于兩側(cè)通過兩個(gè)輪胎速度的改變實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向控制所用程序較少控制器控制起來簡(jiǎn)單這種轉(zhuǎn)向方式類似于坦克的轉(zhuǎn)向方式為了小車的平衡再裝上萬向輪 綜上分析本設(shè)計(jì)使用方案二 12 控制模塊 方案一采用 FPGA作為系統(tǒng)的主控制器 FPGA可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能規(guī)模大集成度高體積小穩(wěn)定性好 IO 口資源豐富易于進(jìn)行功能擴(kuò)展處理速度快但是適用于大規(guī)模實(shí)時(shí)性要求較高的系統(tǒng)價(jià)格高編程實(shí)現(xiàn)難度 大本系統(tǒng)只需要完成信號(hào)檢測(cè)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制邏輯功能簡(jiǎn)單對(duì)控制器的數(shù)據(jù)處理能力要求不高所以不選擇此方案 方案二采用嵌入式系統(tǒng)作為主控制器嵌入式系統(tǒng)工作頻率較高速度較快控制能力很強(qiáng)也有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力但同樣價(jià)格較高編程實(shí)現(xiàn)難度大 方案三采用 Atmel公司的 AT98S52單片機(jī)作為主控制器 AT98S52是一款低功耗高性能的 8位單片機(jī)片內(nèi)含有 8KB的 Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 256 Bytes的 RAM32個(gè)外部雙向輸入輸出 IO 口 5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2層中斷嵌套中斷等價(jià)格便宜使用方便編程實(shí)現(xiàn)難度低適合用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制 功能 總上分析本設(shè)計(jì)使用方案三 13 電機(jī)控制模塊 為了實(shí)現(xiàn)電動(dòng)小車對(duì)行走路徑的準(zhǔn)確定位和精確測(cè)量可以考慮一下兩種方案 方案一采用直流電機(jī)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大體積小重量輕轉(zhuǎn)配簡(jiǎn)單使用方便主要適用于高速點(diǎn)擊系統(tǒng)本系統(tǒng)要求控制精度高不易達(dá)到 方案二采用步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)控制也比較簡(jiǎn)單具有瞬時(shí)啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越性比較適合本系統(tǒng)控制精度高的特點(diǎn) 總上分析但由于實(shí)際原材料考慮本設(shè)計(jì)使用方案一 14 直流調(diào)速系統(tǒng) 方案一旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變流由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī) 供電調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流即可改變其輸出電壓從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速改變勵(lì)磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨著改變所以旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)的可逆運(yùn)行是很容易實(shí)現(xiàn)的該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組至少包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)還要一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)設(shè)備多體積大費(fèi)用高效率低維護(hù)不方便等缺點(diǎn)且技術(shù)落后因此擱置不用 方案二靜止可控整流器簡(jiǎn)稱 VM系統(tǒng) VM系統(tǒng)是當(dāng)今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式它可以是單相三相或更多相數(shù)半波全波半控全控等類型可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速 VM系統(tǒng)的缺點(diǎn)是晶閘管的單向?qū)щ娦运辉试S電流反向給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成 困難它的另一個(gè)缺點(diǎn)是運(yùn)行條件要求高維護(hù)運(yùn)行麻煩最后當(dāng)系統(tǒng)處于低速運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的功率因數(shù)很低并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設(shè)備 方案三脈寬調(diào)速系統(tǒng)采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是在這里晶閘管不受相位控制而是工作在開關(guān)狀態(tài)當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)電源電壓加到電動(dòng)機(jī)上當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開電動(dòng)機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流兩端電壓接近于零脈沖寬度調(diào)制 Pulse Width Modulation 簡(jiǎn)稱 PWM 脈沖周期不變只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間即通過改變脈沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)速 與 VM 系統(tǒng)相比 PWM 調(diào)速系統(tǒng)有下 列優(yōu)點(diǎn) 1由于 PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動(dòng)很小的直流電流電樞電流容易連續(xù)系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)調(diào)速范圍較寬可達(dá)110000 左右由于電流波形比 VM 系統(tǒng)好在相同的平均電流下電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小 2 同樣由于開關(guān)頻率高若與快速響應(yīng)的電機(jī)相配合系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶因此快速響應(yīng)性能好動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng) 3 由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)主電路損耗較小裝置效率較高 根據(jù)以上綜合比較以及本設(shè)計(jì)中受控電機(jī)的容量和直流電機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向本設(shè)計(jì)采用了 H 型單極型可逆 PWM 變換器進(jìn)行調(diào)速 脈寬調(diào) 速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器簡(jiǎn)稱 PWM 變換器 脈寬調(diào)速也可通過單片機(jī)控制繼電器的閉合來實(shí)現(xiàn)但是驅(qū)動(dòng)能力有限為順利實(shí)現(xiàn)電動(dòng)小汽車的前行與倒車本設(shè)計(jì)采用了可逆 PWM變換器可逆 PWM變換器主電路的結(jié)構(gòu)式有 H型 T型等類型我們?cè)谠O(shè)計(jì)中采用了常用的雙極式 H型變換器它是由 4 個(gè)三極電力晶體管和 4 個(gè)續(xù)流二極管組成的橋式電路 15 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 方案一采用集成芯片 L298N驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) L298N是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片相應(yīng)頻率較高穩(wěn)定性較好單本系統(tǒng)兩個(gè)電機(jī)時(shí)序不同會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)不同延時(shí)程序的情況系統(tǒng)處理負(fù)荷大影響 電機(jī)工作同時(shí)價(jià)格相對(duì)較高 方案二用功率管如 TP1328A70W 構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格低廉經(jīng)測(cè)試完全可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成控制功能 綜上分析選擇方案二 16 信號(hào)檢測(cè)模塊 方案一采用光敏電阻組成光敏探測(cè)器光敏電阻原理簡(jiǎn)單使用方便價(jià)格低廉但受光照強(qiáng)度影響很大可靠性不高 方案二采用角度傳感器實(shí)用角度傳感器來測(cè)量車體水平方向和豎直方向的角度感測(cè)到的傾角信號(hào)經(jīng)編碼后傳感給單片機(jī)由單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行角度傳感器靈敏度合適響應(yīng)速度好但使用復(fù)雜價(jià)格高昂且不易購(gòu)買 方案三采用光電傳感器光電傳感器原理簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)方便價(jià)格低 廉可集發(fā)射器和接收器于一體使用這類光電傳感器電路簡(jiǎn)單工作性能穩(wěn)定能完成需要的信號(hào)檢測(cè)功能 綜上分析選擇方案三本系統(tǒng)共設(shè)計(jì)兩個(gè)光電三極管分別放置在電動(dòng)車車頭的左右兩個(gè)方向用來控制電動(dòng)車的行走方向當(dāng)左側(cè)光電管受到光照時(shí)單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向左轉(zhuǎn)當(dāng)右側(cè)光電管受到光照時(shí)單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向右轉(zhuǎn)當(dāng)左右兩側(cè)光電管都受到光照時(shí)單片機(jī)控制直行見圖 12 電動(dòng)車的方向檢測(cè)電路 a 行車方向檢測(cè)電路見圖 13 電動(dòng)車的方向檢測(cè)電路 b 采用反射接收原理配置了一對(duì)紅外線發(fā)射接收傳感器該電路包括一個(gè)紅外發(fā)光二極管一個(gè)紅外光敏三極管及其 上拉電阻紅外發(fā)光二極管發(fā)射一定強(qiáng)度的紅外線照射物體紅外光敏三極管在接收到反射回來的紅外線后導(dǎo)通發(fā)出一個(gè)電平跳變信號(hào) 此套紅外光電傳感器固定在底盤前沿貼近地面正常行駛時(shí) 圖 12 電動(dòng)車的方向檢測(cè)電路 a 圖 13 電動(dòng)車的方向檢測(cè)電路 b 發(fā)射管發(fā)