【正文】 端軟件設(shè)計(jì) .................................................................................................... 14 紅外接收端軟件設(shè)計(jì) .................................................................................................... 15 4 系統(tǒng)測試 .............................................................................................................................. 17 硬件測試 ........................................................................................................................... 17 軟件測試 ........................................................................................................................... 17 5 結(jié)語 ...................................................................................................................................... 18 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................... 19 附錄 A 電路原理圖 ................................................................................................................ 20 附錄 B 主要程序代碼 ............................................................................................................ 21 致謝 ............................................................................................................................................ 36 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)成績評定表 1 1 前言 設(shè)計(jì)背景 遙控小車是上世紀(jì)提出的一種新型小車，是一種智能小車。而且，遙控 小車具有成本低，體積小，以及生存能力強(qiáng)等特點(diǎn)。目前單片機(jī)已經(jīng)滲透到我們生活中的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。 設(shè)計(jì)內(nèi)容及意義 本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制和無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的設(shè)計(jì)思想，以 STC89C52RC 單片機(jī)為核心來控制小車，利用紅外線遙控器來控制小車的運(yùn)行方向（前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)）和速度（加速、減速）。紅外接收模塊主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、紅外接收電路、控制電路組成；紅外發(fā)射模塊主要有單片機(jī)最小系統(tǒng)、紅外發(fā)送電路、獨(dú)立式鍵盤 電路組成。此外，通過本次設(shè)計(jì)，更可以提高自己的動(dòng)手能力，積累實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)。中文“單片機(jī)”是由英文“ Single Chip Microputer”直接翻譯而來的。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，許多信號的通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力。系統(tǒng)軟件（如：程序指令、常數(shù)、表格）固化在 ROM 中，不易受病毒破壞，故運(yùn)作時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移 指令、 I/O 口的邏輯操作以及位處理功能。單片機(jī)片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件，片外有很多供擴(kuò)展用的管腳（總線，并行和串行的輸入 /輸出），很容易組成一定規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 （ 4）功能強(qiáng)，有著豐富的內(nèi)置資源。低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。紅外光就其性質(zhì)而言很簡單，與普通光線的頻率特性沒有很大的區(qū)別，但是，由于任何有熱量的物體均有能量產(chǎn)生，所以紅外的利用非常廣泛，而且不可取代，能否檢測紅外、能測到多少紅外或者紅外檢測的技術(shù)是否可以應(yīng)用于任何自然的或想象的場合是紅外應(yīng)用技術(shù)的關(guān)鍵。（李洪明， 2020） 紅外遙控 無線遙控方式可分為無線電波式、聲控式、超聲波式和紅外線式。超聲波式頻帶較窄，易受噪聲干擾，系統(tǒng)抗干擾能力差以及聲控式識別正確率低，難度大而未能大量采用。另外，紅外遙控具有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如紅外線發(fā)射裝置采用紅外發(fā)光二極管，遙控發(fā)射器易于小型化且價(jià)格低廉；采用數(shù)字信號編碼和二次調(diào)制方式，不僅可以實(shí)現(xiàn)多路信息的控制，增加遙控功能，提高信號傳輸?shù)目垢蓴_性，減少誤動(dòng)作，而且功率消耗低；紅外線不會(huì)向室外泄露，不會(huì)產(chǎn)生信號串?dāng)_；反應(yīng)速度快、傳輸效率高、工作穩(wěn)定可靠等。（ 戴峻峰，付麗輝， 2020） 2 方案確定及原理分析 設(shè)計(jì)原理 目前市場上一般采用的遙控編碼及解碼集成電路。而采用單片機(jī)進(jìn)行遙控系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)，具有編程靈活多樣、操作碼個(gè)數(shù)可隨意設(shè)定等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)我們按下某一個(gè)按鍵的時(shí)候，由單片機(jī)識別出該按鍵后，由 CPU向接有紅外發(fā)射管的端口發(fā)射一定頻率的脈沖，該脈沖與38KHz 左右的載波脈沖進(jìn)行調(diào)制，然后將已調(diào)制的脈沖 進(jìn)行緩沖放大，激勵(lì)紅外發(fā)光二極管將電能轉(zhuǎn)化為光能，使得紅外發(fā)光二極管發(fā)射出一定頻率的紅外線，當(dāng)接收控制系統(tǒng)接收到該紅外光后，由單片機(jī)內(nèi)定時(shí) /計(jì)數(shù)器得到該紅外光的頻率，然后將該頻率送往CPU，由 CPU 對該信號進(jìn)行反編碼，識別出控制信號，從而對控制電路實(shí)施控制功能，完成整個(gè)遙控功能。 當(dāng)獨(dú)立式鍵盤有按鍵按下時(shí)，發(fā)射端單片機(jī)掃描并確認(rèn)是哪一個(gè) 鍵按下，并將鍵對應(yīng)的操作編碼后通過紅外發(fā)射電路發(fā)射出去，這樣便完成了一次紅外數(shù)據(jù)的發(fā)射。 紅外接收端原理 紅外遙控接收端主要有單片機(jī)、單片機(jī)最小系統(tǒng)（包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路）、電源、紅外接收電路以及控制電路（包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、指示燈電路）等組成。其原理圖如圖 2所示。 STC89C52RC單片機(jī)簡介 STC89C52RC 單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速 /低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，主要特性如下： （ 1）增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)， 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以 任意選擇，指 5 令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051。 （ 3）工作頻率范圍： 0～ 40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá) 48MHz。 （ 5）片上集成 512 字節(jié) RAM。 （ 7） ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。 （ 9）具有看門狗功能。即定時(shí)器 T0、 T T2。 （ 12） 通用異步串行口（ UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART。 （ 14） PDIP 封裝。在 STC89C52RC 單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳 片的外部， XTAL1 和 XTAL2 之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，再利用芯片內(nèi)不得振蕩電路形成反饋電路，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的時(shí)鐘電路。 一般的 ，電容 C1和 C2 取 30pF 左右，晶體的振蕩頻率范圍是 0~24MHz。 STC89C52RC 單片機(jī)在通常應(yīng)用情況下，使用的振蕩頻率為 6MHz 或 12MHz。一般情況下，單片機(jī)時(shí)鐘輸入均采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，外接一個(gè)振蕩電路，本系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，其電路如圖 4 所示。但是，單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能產(chǎn)生復(fù)位信號，實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。 （ 1）上電復(fù)位： STC89 系列單片及為高電平復(fù)位，通常在復(fù)位引腳 RST 上連接一個(gè)電容到 VCC，再連接一個(gè)電阻到 GND，由此形成一個(gè) RC 充放電回路保證單片機(jī)在上電時(shí) RST 腳上有足夠時(shí)間的高電平進(jìn)行復(fù)位，隨后回歸到低電平進(jìn)入正常工作狀態(tài)，這個(gè)電阻和電容的典型值 為 10K 和 10uF。 本系統(tǒng)采用按鍵復(fù)位方式，其電路如圖 5所示。這樣就使得不僅可以單片機(jī)正常工作探究決定基于一個(gè)穩(wěn)壓管來設(shè)計(jì)電源電路。最后決定選用 7805 穩(wěn)壓管來設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)壓電路，其電路如圖 6 所示。 獨(dú)立式鍵盤電路設(shè)計(jì) 獨(dú)立式鍵盤是指直接用 I/O 線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，每個(gè)獨(dú)立式按鍵占有一根 I/O 口線，每根 I/O 口線上的按鍵的工作狀態(tài)不會(huì)影響其他 I/O 口線的工作狀態(tài)，主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于設(shè)計(jì)。當(dāng)鍵 K1被按下時(shí)，對應(yīng)的操作為“左轉(zhuǎn)”，小車左轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)燈亮；當(dāng)鍵 K2 被按下時(shí)，對應(yīng)的操作為“前進(jìn)”，小車前進(jìn)；當(dāng)鍵 K3被按下時(shí)，對應(yīng)的操作為“后退”，小車后退；當(dāng)鍵 K4被按下時(shí)，對應(yīng)的操作為“右轉(zhuǎn)”，小車右轉(zhuǎn)；當(dāng)鍵 K5 被按下時(shí)，對應(yīng)的操作為“停止”，小車停止；當(dāng)鍵 K6 被按下時(shí)，對應(yīng)的操作為“加速”，小車加速；當(dāng)鍵 K7 被按下時(shí)，對應(yīng)的操作為“減速”，小車減速； 當(dāng)鍵 K8被按下時(shí)，對應(yīng)的操作為“前燈”，小車前燈亮。 紅外發(fā)送電路單片機(jī)發(fā)送控制電路和紅外發(fā)送管驅(qū)動(dòng)輸出電路組成，當(dāng)單片機(jī) 9 口輸出為“ 0”時(shí)，發(fā)射管不發(fā)光，當(dāng)單片機(jī) 口輸出為“ 1”時(shí)，紅外發(fā)送管發(fā)出38KHz 調(diào)制紅外線。 圖 8 紅外發(fā)射電路 紅外接收端設(shè)計(jì) 紅外接收端主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、紅外接收電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電 路及指示燈電路組成。 SM0038 的解調(diào)輸出信號可以直接由微處理器解碼，本電路的主要特點(diǎn)是可靠性好，不易受環(huán)境干擾，并可以防止非控制信號的輸出脈沖出現(xiàn)。 SM0038 紅外接收頭作為紅外接收電路的核心部門，是一種一體化紅外接收頭。內(nèi)部電路包括紅外監(jiān)測二極管、放大器、限副器、帶通濾波器、積分電路、比較器等。交流信號進(jìn)入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30KHz 到 60KHz 的負(fù)載波，通過解調(diào)電路和積分電路進(jìn)入比較器，比較器輸出高低電平，還原出 發(fā)射端的信號波形。 10 紅外接收頭的種類很多，引腳定義也不相同，一般都有三個(gè)引腳，包括供電腳，接地和信號輸出腳。紅外接收頭內(nèi)部放大器的增益很大，很容易引起干擾，因此在接收頭的供電腳上須加上濾波電容，一般在 22uf 以上。 圖 9 SM0038 紅外接收頭 SM0038 電路內(nèi)置帶通濾波器、積分器和自動(dòng)增益控制電路，以抑制各種干擾和噪聲，避免產(chǎn)生不希望的非控制脈沖信號輸出。數(shù)據(jù)信號應(yīng)滿足以下條件： （ 1）載波頻率應(yīng)盡量接近帶通濾波器中心頻率； （ 2）脈沖長度應(yīng)有 300us 以上； （ 3）對于脈沖長度在 300us~ 的脈沖，脈沖間隙應(yīng)不小于 400us； （ 4）對于脈沖長度在 以上的脈沖，脈沖間隙應(yīng)在脈沖長度的 倍以上； （ 5）每秒鐘最多可接受 1000 個(gè)短脈沖信號。當(dāng)收到 38KHz 調(diào)制紅外線時(shí)， SM0038 輸出為“ 0”，平時(shí)輸出為“ 1”。其電路如圖 10 所示 。其內(nèi)部原理是采用 H 11 橋式差動(dòng)放大。是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè) H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL 邏輯電平信號，可驅(qū)動(dòng) 46V、 2A 以下的電機(jī)。 12 腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)， ENA、 ENB 接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。另外二個(gè) I/O 口可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，控制方法與控制電路都比較簡單。由于電機(jī)在正常工作時(shí)對電源的干擾很大，只用一組電源時(shí)會(huì)影響單片機(jī)的正常工作。一組 5V電源給單片機(jī)和控制電路供電，另外一組 5V、 12V電源給 L298N 的 +VCC、 +VS 供電。其電路如圖 12所示?，F(xiàn)實(shí)中，馬路上的汽車左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)時(shí)，都被要求要開左轉(zhuǎn)燈或右轉(zhuǎn)燈以示意其行為。當(dāng)小車左轉(zhuǎn)時(shí)，代表小車左轉(zhuǎn)燈的一個(gè)紅色 LED 燈亮，直到小車進(jìn)入除左轉(zhuǎn)外的其他狀態(tài)，左轉(zhuǎn)燈滅。無論小車在任何一個(gè)狀態(tài)，可通過操作控制 小車代表小車前燈的兩個(gè)黃色 LED 燈的亮滅。 圖 12 L298N 驅(qū)動(dòng)電路