【正文】 .................. 27 數(shù)據(jù)處理子程序流程圖 ...................................................................... 28 自動循跡避障流程圖 .................................................................................... 29 本章小結 ........................................................................................................ 30 結 論 ............................................................................................................................ 31 致 謝 ............................................................................................................................ 32 參考文獻 ...................................................................................................................... 33 附錄 1........................................................................................................................... 34 附錄 2........................................................................................................................... 35 附錄 3........................................................................................................................... 54 摘要 I 摘 要 紅外線遙控小車具有體 積小、成本低、生存能力強等特點，是上世紀提出的一種新型小車， 在軍事偵察、反恐、防爆、防核化及污染等危險與惡略環(huán)境作業(yè)中有廣闊的應用前景。本設計對紅外遙控智能玩具小車的設計過程進行了全面描述 ,包括主體設 計方案、各模塊的硬件電路設計描述以及單片機控制程序的編寫。系統(tǒng)以 AT89C51 單片機為主控核心，對外設進行控制，利用線性穩(wěn)壓芯片對電壓進行穩(wěn)定控制，為單片機及其他外設進行穩(wěn)定供電，利用紅外對管進行黑白信號檢測，利用 L298N 電機驅(qū)動模塊對直流電機進行穩(wěn)定控制，利用無線遙控芯片HT6221 進行遙控，發(fā)射指令編碼信號，再通過一體化紅外接收頭 HS0038 接收，經(jīng)過單片機解碼發(fā)出 命令指令，再通過兩個直流電動機的控制，實現(xiàn)小車停車、倒車、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等狀態(tài)功能。 這次設計通過基于完備的軟硬件系統(tǒng)，很好的實現(xiàn)了小車循跡避障、顯示運動狀態(tài)等功能。 Infrared to tube。Integration infrared sensor 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 設計 背景及目的 設計背景 隨著消費電子技術和自動控制技術等的快速發(fā)展 ,以及人們生活水平的提高，各種方便于生活的消費電子產(chǎn)品行業(yè)發(fā)展如雨后春筍般，層出不窮 。 現(xiàn)今智能小車發(fā)展很快，從智能玩具到其它各行業(yè)都有實質(zhì)成果。 我國作為世界電子產(chǎn)品生產(chǎn)大 國，可在高科技產(chǎn)品的發(fā)展方面和外國的差距還是有的 。所以，及時投入精力廣泛開展這方面的研究，無論對技術創(chuàng)新應用，還是社會經(jīng)濟發(fā)展，都有重大的現(xiàn)實意義。 在設計中，對紅外遙控、電機控制等技術做些深入了解，真身體驗為什么科學技術才是第一生產(chǎn)力。希望在以后能在科學技術 領域 扎根創(chuàng)新，與時俱進， 有所成就， 撐起 IT 行業(yè)一片天地，并應用于民生，造福于大眾。通過設計 培養(yǎng)學生綜合運用四年大學所學知識去分析問題和解決實際問題的能力。 體驗一個科研項目開發(fā)的全過程，學會單片機開發(fā)應用方法 ,鍛煉應用能力 ,動手能力。通過這次畢業(yè)論文及設計，檢驗自己綜合素質(zhì)和專業(yè)教育的培養(yǎng)效果，并且學會閱讀、利用英文文獻資料，閱讀并翻譯外文資料的能力，進一步提高對系統(tǒng)設計和撰寫論文的能力。該電動車要具備下述功能： （ 1）能夠接受并識別紅外遙控信號，并根據(jù)此命令動作； （ 2）具有避障功能，當探測到有障礙物時能夠及時避開； （ 3）能夠顯示停車、倒車、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等狀態(tài)； （ 4）能夠按事先設定好的軌跡行走。 設計意義 隨著社會的發(fā)展、科技的進步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的自動控制系統(tǒng)開始進入了人們的生活，以單片機為核心的智能控制系統(tǒng)就是其中之一。它實用性強，功能齊全，技術先進，使人們相信這是科技進步的成果。 本設計主要應用 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、光電傳感器、行列式鍵盤相結合的系統(tǒng)。其優(yōu)點硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等特點，具有一定的使用和參考價值。第 2 章 總體方案設計 3 第 2 章 總體方案設計 系統(tǒng)原理框圖 按照設計要求，系統(tǒng)可以分為以下幾個基本功能模塊：無線遙控模塊、顯示模塊、避障模塊、循跡模塊、顯示 模塊、電機驅(qū)動模塊以及報警模塊等。 根據(jù)設計內(nèi)容及要求將各個模塊系統(tǒng)組架起來，畫出系統(tǒng)原理框圖，見圖 21。 主 控 系 統(tǒng) 電機驅(qū)動模塊 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 復位模塊 時鐘振蕩模塊 電源模塊 報警模塊 吉林建筑工程學院電子信息科學與技術專業(yè)畢業(yè)論文 4 主控系統(tǒng)方案設計與論證 根據(jù)設計要求，我認為此設計屬于多輸入量的復雜程序控制問題。 CPLD 具有速度快、編程容易、資源豐富、開發(fā)周期短等優(yōu)點，可利用 VHDL 語言進行編寫開發(fā)。同時， CPLD 的處理速度非常快，而小車的行進速度不可能太高，那么對系統(tǒng)處理信息的要求也就不會太高，在這一點上， MCU 就已經(jīng)可以 勝任了。為此，我們不采用該種方案，進而提出了第二種設想。充分分析我們的系統(tǒng)，其關鍵在于實現(xiàn)小車的自動控制，而在這一點上，單片機就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢 控制簡單、方便、快捷。因此，這種方案是一種較為理想的方案。根據(jù)這些分析 ,我選定了 AT89C51 單片機作為本設計的主控裝置， 51 單片機具有功能強大的位操作指令， I/O 口均可按位尋址，程序空間多達8K，對于本設計也綽綽有余，更可貴的是 51 單片機價格非常低廉。 方案二 ： 采用電阻網(wǎng)絡或數(shù)字電位器調(diào)節(jié)電動機的分壓，從而達到分壓的目的。更主要的問題在于一般的電動機電阻很小，但電流很大，分壓不僅回降低效率，而且實現(xiàn)很困難。線性型驅(qū)動的電 第 2 章 總體方案設計 5 路結構和原理簡單，加速能力強，采用由達林頓管組成的 H 型橋式電路 (如圖22)。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高， H 型橋式電路保證了簡 單的實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開關速度很快，穩(wěn)定性也極強，是一種廣泛采用的 PWM 調(diào)速技術。 這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點。 9 0 1 38 0 5 08 0 5 08 5 5 08 5 5 01k4 1 4 84 1 4 84 1 4 84 1 4 81k9 0 1 31k1kP W M 1P W M 2 圖 22 H 橋式電路 顯示模塊方案設計與論證 方案一： 采用數(shù)碼管靜態(tài)顯示，一個鎖存器對應一個數(shù)碼管。 方案二： 采用數(shù)碼管動態(tài)顯示，利用視覺暫留效應，通過對數(shù)碼管進行不停的掃描來產(chǎn)生視覺效果。對于本系統(tǒng)來說，由于 CPU 任務多，時間資源有限，此方案反而會使系統(tǒng)變得復雜而且難以調(diào)試。 方案三： 為了能直觀的顯示出小車的各種狀態(tài)，這里使用 LCD 液晶屏顯示這樣不僅能直觀的顯示出小車的運動狀態(tài)，而且能顯示小車的運動模式。 綜上方案，方案三直觀方便， 是我設計 最佳的狀態(tài)顯示方案。在使用過程極易出現(xiàn)問題，而且容易因為 該部件造成整個系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 方案二： 采用 2 只紅外對管，分別置于小車車身前軌道的兩側，根據(jù)兩只光電開關接受到白線與黑線的情況來控制小車轉(zhuǎn)向來調(diào)整車向，測試表明，只要合理安裝好兩只光電開關的位置就可以很好的實現(xiàn)循跡的功 能。 方案三： 采用同時在底盤裝設 4 只紅外對管，進行兩級方向糾正控制，提高其循跡的可靠性。圖中循跡傳感器共安裝 4個，全部在一條直線上。小車行走時，始終保持黑線在 R1 和 L1 這兩個第一級傳感器之間，當小車偏離黑線時，第 一級傳感器一旦探測到有黑線，單片機就會按照預先編定的程序發(fā)送指令給小車的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)再對小車路徑予以糾正?？梢钥闯觯诙壏较騻鞲衅鲗嶋H是第一級的后備保護，從而提高了小車循跡的可靠性。 第 2 章 總體方案設計 7 圖 23 小車底面仰視圖 避障模塊方案設計與論證 方案一： 采用一只紅外對管置于小車中央。 方案二： 采用二只紅外對管分別置于小車的前端兩側，方向與小車前進方向平行，對小車與障礙物相對距離和方位能作出較為準確的判別和及時反應。 方案三： 采用超聲波傳感器置于小車右側，方向與小車前進方向平行，當前方出現(xiàn)障礙物時，超聲波傳感器會收到信號，并將傳給單片機，檢測距離調(diào)整在 20cm 內(nèi)，即只有在 20cm 之內(nèi)有障礙時小車才會做出避讓動作，在這個范圍之外的障礙小車不予處理。通過測試此種方案就能很好的實現(xiàn)小車避開障礙物，且充分的利用資源而不浪費。 R2 L1 R1 L2 吉林建筑工程學院電子信息科學與技術專業(yè)畢業(yè)論文 8 電源模塊方案設計與論證 方案一： 采用實驗室有線電源通過穩(wěn)壓芯片供電，其優(yōu)點是可穩(wěn)定的提供 5V 電壓，但占用資源 過大。 方案三： 采用 8 支 電池雙電源分別給單片機與電機供電可解決方案二的問題且能讓小車完成其功能。 紅外線模塊方案設計與論證 由于在遙控端的按鍵數(shù)目有多個，而紅外通道傳輸?shù)闹荒苁怯?0、 1組成的串行代碼，所以需要在發(fā)射端對按鍵進行 “并 串 ”編碼，在接收端相應的要進行 “串 并 ”解碼。 方案一： 將紅外碼調(diào)制成 38KHZ 的脈沖信號通過紅 外發(fā)射二極管將紅外碼發(fā)出。開始時參照了《電子制作》上的一篇論文，使用的是 NEC 的 upd6121，但是后來發(fā)現(xiàn)這種芯片不是很好買到，即所謂的市場貨源不充足，這是電子制作必須考慮的問題，所以放棄了這款芯片，改選 HOTEK 的 HT6221，他們的性能及其外圍電路幾乎相同。 TX2 的 11 腳和 12腳之間接的電阻決定振蕩頻率； 3 腳接地； 10 腳接 35V 電源； 14 腳、 1 腳、 4腳、 5 腳、 6 腳分別為 5 路發(fā)射控制端； 9 腳為發(fā)射指示端，當有按鍵按下時 LED1發(fā)光提示； 7 腳為帶載波的編碼信號輸出端，即編碼信號已經(jīng)內(nèi)調(diào)制到 38KHZ的載波上，該腳的信號通過一個 NPN 型三極管放大后可直接驅(qū)動紅外發(fā)射二極管發(fā)射信號； 8 腳為不帶載波的編碼信號輸出端。另外，為了方便操作，可以將TX2 的 5 路功能擴展成 9 功能，即在遙控發(fā)射端可以接 9 個按鍵。 通過比較，兩種方案都可實現(xiàn)無線遙控功能，不過方案二成本較高，所以選取方案一作為本次設計最終方案。設計中采用一片 AT89C51 單片機來實現(xiàn)所有功能，在軟件方面通過對結構的特殊設計，基本上實現(xiàn)了多任務并發(fā)運行，并且通過軟件的分層結構將功能實現(xiàn)和具體的硬件分離開，這將給后續(xù)的各模塊軟件的設計帶來方便。 AT89C51 簡介 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100 次。由于將多功能 8 位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89C51 單片機見圖 31。 AT89C51 引腳說明 AT89C51 的引腳說明如下： VCC：供電電壓。 P0