【正文】 基于 80C51 單片機(jī)的智能小車設(shè)計(jì) 3 2 總體 方案 設(shè)計(jì) 整體方案 的 設(shè)計(jì)思 想 利用 超聲波檢測(cè) 模塊 檢測(cè)道路前面的障礙物，然后把回響信號(hào)交給單片機(jī)處理，如果前面有障礙物，單片機(jī)的引腳會(huì)輸出兩個(gè)高電平信號(hào) 控制 小車剎車，當(dāng)距離接近到一定程度以后控制小車向左轉(zhuǎn)，與此同時(shí)繼續(xù)檢測(cè)障礙物。程序中 T0定時(shí)器采用中斷的方式 控制 PWM信號(hào)的頻率 ,T1 定時(shí)器采用查詢的方式控制 PWM信號(hào)的占空比 。小車能夠顯示距障礙物的距離。 智能小車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，有很大的擴(kuò)展空間，稍加改動(dòng)便可應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)生活中，也可作為高校學(xué)生以及廣大機(jī)器人愛好者學(xué)習(xí)研究使用。 課題的目的和意義 本題目設(shè)計(jì)的是具有自動(dòng)避障功能的智能小車，其設(shè)計(jì)思想與一些日常生活迫切需要的 智能 機(jī)器人類似。 本設(shè)計(jì)與實(shí)際相結(jié)合，現(xiàn)實(shí)意義很強(qiáng)！智能的技術(shù)研究、應(yīng)用 也 都是非常有意義而且有很高的市場(chǎng)價(jià)值的。 本次 設(shè)計(jì)的智能小車應(yīng)該能夠 調(diào)節(jié) 速度，具有自動(dòng)避障功能，可 以記錄 行駛速度、 顯示小車與前面障礙物的距離 。與普遍意義上的機(jī)器人相比智能小車制作成本低廉，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，程序調(diào)試方便，具有很強(qiáng)的趣味性，為此其深受廣大機(jī)器人愛好者以及高校學(xué)生的喜愛。 關(guān)鍵詞 ： 智能小車；單片機(jī)；超聲波 檢測(cè) ； PWM 調(diào)速 基于 80C51 單片機(jī)的智能小車設(shè)計(jì) II Abstract As a new product of modern society, intelligence is the trend in future development. It can work in some specific environment according to the mode which sets in advance. Dispensing with behavior adjustment management,but it can achieve the expected， even higher goal. Smart car is a means through programming specific tasks to plete the iniaturi zation of the robot, it has produced lowcost, circuit structure is simple and conveni ent debugging. Because of its highly interesting, intelligent robot car enthusiasts, as well as by the broad masses of college students love. This system regards the request of the topic, adopting 80C51 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 automatically and the construction of whole system is simple, the function is dependable. Experiment test result basically satisfy the request, this text emphasizes introduced the hardware system designs and the write of program. Key words： smart car； single chip puter； ultrasound detector； PWM speed adjusting 基于 80C51 單片機(jī)的智能小車設(shè)計(jì) III 目 錄 1 引言 ………………………………………… …………………………………… (1) 課題背景 ………………………………………… … ………………… .……… (1) 課題的目的和意義 … ……………………………… … ………………… .…… (1) 設(shè)計(jì)要求 ………………… … ……………………… … ……………… .……… (1) 2 總體方案設(shè)計(jì) ……………………………… ………………… ……… .… ..…… .(3) 整體方案的設(shè)計(jì)思想 ………………… ………… ……… … ……… ..………… (3) 總體設(shè)計(jì)框圖 ……………………………… …… ………………… .………… (3) 各模塊分析選擇 ……………………………………… ……… ……… .… .…… (3) 小車部分分析 ………………………………………… … ……… ..………… (3) 控制芯片的分析選擇 …………… ……… ……………………… .………… (4) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的分析與選擇 ………………………………… ..…………… (5) 避障模塊的分析與選擇 …………………………………… .… .…………… (5) 電源分析與選擇 …………………………………… … ……… ..…………… (6) 智能小 車最后方案 ………………………………… .………… .…………… (6) 3系統(tǒng)單元電路的設(shè)計(jì) ……………………………………………… ..…………… (7) 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ……………… ……………………………… .……… (7) STC89C52 單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 ………… …………… …………………… (7) 單片機(jī)時(shí)鐘震蕩電路 …………………………………………… ...……… (10) 單片機(jī)復(fù)位電路 …………………… ………… ……… ...………………… (10) 顯示模塊的設(shè)計(jì) ……… …………………………………… ...……………… (12) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) …………………………………… ...… ………… …… (13) 智能小車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求 ……………………………… … ……………… (13) 直流電機(jī)調(diào)速原理 …………………… …………… ……… … …………… (14) L298N雙 H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片簡(jiǎn)介 ……………………… ..…………… (15) HC— SR04 超聲波測(cè)距模塊 ………………………………… …… ...… ……… (18) 模塊特點(diǎn) ………………… … …………………………………… … ……… (18) 主要技術(shù)參數(shù) ……………………………………………………… … …… (19) 模塊 實(shí)物圖 ………………………… ………………………………… … … (19) 基于 80C51 單片機(jī)的智能小車設(shè)計(jì) IV 基本工作原理 …………………… … …………………… … ……………… (19) 超聲波測(cè)距模塊與單片機(jī)相連的接線方法 ……………… … …………… (20) 超聲波時(shí)序圖 ………………………………………… ...……… … .…… … (20) 超聲波測(cè)距原理及系統(tǒng)組成 ……………… …… …… … .……………… (21) 超聲波檢測(cè)電路 ……………………… …………… …… … ……………… (21) 速度檢測(cè)模塊 ………………………………………………………………… (22) 電源模塊的設(shè)計(jì) …………………………………… ………… … ...………… (27) 4 軟件設(shè)計(jì) …………………………… ……… ………………… … ...…………… (25) 系統(tǒng)主程序流程圖 ………………………………………………… ...……… (25) 顯示子程序設(shè)計(jì)及流程圖 ………………………… ………………… ...… … (26) 測(cè)距子程序設(shè)計(jì)與流程 ……………………………………………………… (27) 按鍵改變占空比程序設(shè)計(jì) …………………………………………………… (28) 5“看門狗”技術(shù) ……………………………………… .…………………… …… (30) 6 軟件的簡(jiǎn)單介紹 …………… ..……………………… ..………… … ...……… .(32) Keil 軟件簡(jiǎn)介 ……………………… …… ...……………………………… … (32) STC_ISP_V480 的簡(jiǎn)介 …………………… ...………………………… ……… (32) 7 總結(jié) …………………………………………… ...……………………………… (34) 致 謝 ……………………………………………… … .…………………………… (35) 參考文獻(xiàn) ……………………………… ……………… ...…………………… …… (36) 附錄 A 作品實(shí)物圖 ……………………………………………………………… (37) 附錄 B 總程序 …………………………………………………………………… (37) 基于 80C51 單片機(jī)的智能小車設(shè)計(jì) 1 1 引言 課題背景 隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展人們發(fā)明了各式各樣的具有感知，決策，行動(dòng)和交互能力的機(jī)器人 。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性能高。由于具有很強(qiáng)的趣味性，智能小車深受廣大機(jī)器人愛好者以及高校學(xué)生的喜愛。基于 80C51 單片機(jī)的智能小車設(shè)計(jì) I 摘 要 智能作為現(xiàn)代社會(huì)的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，無需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。 智能小車是一種能夠通過編程手段完成特定任務(wù)的小型化機(jī)器人，它具有制作成本低廉，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，程序調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)。 本系統(tǒng)以設(shè)計(jì)題目的要求為目的，采用 80C51 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。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果 基本 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 軟件的編寫 。 智能小車可以理解為機(jī)器人的一種特例，它是一種能夠通過編程手段完成特定任務(wù)的小型化機(jī)器人。全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽每年都設(shè)有智能小車類的題目，由此可見國家對(duì)高校機(jī)器人研究工作的重視程度。 根據(jù)題目的要求，確定 了 如下方案：在現(xiàn)有玩具電動(dòng)車的基礎(chǔ)上，加裝光電、紅外 線，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的速度、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的智能控制。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)的飛速發(fā)展，智能控制必將迎來它的發(fā)展新時(shí)代。由于采用了超聲波傳感器，它不受光照強(qiáng)弱和能見度的影響，能耗低，靈敏度高，即使在較復(fù)雜 的環(huán)境內(nèi)也可以工作。 設(shè)計(jì)要求 本設(shè)計(jì)要求采用單片機(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、基于 80C51 單片機(jī)的智能小車設(shè)計(jì) 2 里程和速度。使用 51單片機(jī)的輸出端口產(chǎn)生四路占空比可調(diào)的 PWM 信號(hào) ,驅(qū)動(dòng)四輪兩路智能小車的軟件實(shí)現(xiàn)方法。并通過單片機(jī)自帶的串行口接收主機(jī)傳輸過來的控制智能小車運(yùn)動(dòng)方向和速度 (即占空比 )的信號(hào) , 方便、及時(shí)、可靠、簡(jiǎn)潔地控制智能小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)然小車啟動(dòng)的時(shí)候就要 求開始顯示小車與前面障礙物的距離。在小車上加裝光電傳感器以后，小車后輪每轉(zhuǎn)過一圈，就計(jì)一個(gè)脈沖，通過記錄單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)就可以算出小車的速度。 該 玩具電動(dòng)車價(jià)格低廉，有 完整的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)和控制單元，其中傳動(dòng)裝置是我們所需的， 克服 了自己設(shè)計(jì)制作 STC89C52 單 片 機(jī) 電源模塊 顯示模塊 檢測(cè)避障 模塊 驅(qū) 動(dòng)模塊 看門狗電路 調(diào)速模塊 基于 80C51 單片機(jī)的智能小車設(shè)計(jì) 4 小車 時(shí) 周期較長 的缺點(diǎn) 。同時(shí)， 該 玩具電動(dòng)車 裝有兩個(gè)電機(jī)，分別控制小車的前后兩組輪子， 轉(zhuǎn)向依靠前輪電機(jī)帶動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向完成，精度低 。 可以 完成 前進(jìn)、后退 、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、左后轉(zhuǎn)、右后轉(zhuǎn)等動(dòng)作 滿足本次設(shè)計(jì)的要求?？紤]到利用玩具電動(dòng)小車做車架開發(fā)周期短，可留夠充分的時(shí)間用于系 統(tǒng)調(diào)試，且硬件上的不足 可以通過 優(yōu)良的算法來彌補(bǔ) 。 因此 采用 STC89C52 單片機(jī)作為主控制器 ， STC89C52 是一個(gè)超低功耗，和標(biāo)準(zhǔn) 51 系列單片機(jī)相比較具有運(yùn)算速度 快，抗干擾能力強(qiáng)，支持 ISP 在線編程，片內(nèi)含 8k 空間的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀存儲(chǔ)器，具有 256 bytes 的隨基于 80C51 單片機(jī)的智能小車設(shè)計(jì) 5 機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32個(gè) I/O 口， 3個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器。 且在運(yùn)用過程中 STC89C52 的 精確度和運(yùn)算速度也都完全符合系統(tǒng)的要求。 在選用驅(qū)動(dòng)芯片的過程 中，剛開始我考慮了與小車配套的 傳統(tǒng)