毕业设计（论文）-基于单片机的智能小车的设计（全套图纸）(14页).doc

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1、-毕业设计（论文）-基于单片机的智能小车的设计（全套图纸）-第 10 页毕 业 设 计 题 目 基于单片机的智能小车的设计 学 院 专 业 学生姓名 学 号 年级 指导教师 职称 讲师 2016年11月5日摘 要摘要：智能小车是当今科技智能化的产物，它能够在行驶中自动寻迹以及绕过障碍物到达目的地，本设计采用单片机作为原型，以AT89C51作为控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障，快慢速行驶，以及自动停车，并可以实现自动记录时间、里程和速度，自动寻迹和寻光等等功能。 本文以单片机为核心设计了系统结构图、程序指令、流程图等等，在保留了原始智能小车控制系统的基本功能的

2、同时又增加了一系列的实用功能并简化其电路结构，其将以控制方便，灵活，只要改变输入单片机的控制程序，便可控制小车的行驶轨迹。 关键词：智能小车；单片机；结构图；控制； 全套图纸，加153893706The design of intelligent vehicle based on SCM Specialty： Student Number： Student： Supervisor：Abstract：The smart car is the product of the intelligent technology, it can run in automatic tracing and byp

3、ass the obstacles to reach the destination, this design uses MCS-51 series microcontroller AT89C51 is used as the prototype, using AT89C51 as the control core, using ultrasonic sensors to detect obstacles on the road, automatic obstacle avoidance control of electric cars, fast slow well, automatic p

4、arking, and can automatically record the time, mileage and speed, automatic tracing and light and so on. This paper takes the SCM as the core design of the system structure diagram, program instructions, flow chart and so on, the basic functions of the original intelligent car control system also ad

5、ds a series of practical functions and simplify the circuit structure, the control will be convenient, flexible, as long as the change control procedures for the importation of SCM, can run trajectory control car. Key words：pneumatic manipulator； cylinder； pneumatic loop； Fout degrees of freedom.目 录

6、绪论11. 智能小车总体概况12. 国内外发展状况33. 课题的提出及主要任务54. 系统方案设计5 4.1 方案论证6 4.2 系统硬件总体框图7 4.3 单片机的作用和功能7 4.4 单片机的应用场合85. 硬件电路的设计8 5.1 电源模块9 5.2 时钟电路10 5.3 复位电路10 5.4 红外遥控系统原理框图10 5.5 主控芯片介绍12 5.6 单片机控制模块12 6. 软件系统的设计14 6.1 主程序流程图15 6.2 遥控器解码程序流程图16 7. 系统调试17 7.1 硬件调试19 7.2 软件调试20 7.3 软硬联调21 结论22 参考文献23 致谢24绪论 随着汽车

7、工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电 子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目， 全国各高校也都很 重视该题目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的， 指导教师已经有充分的准备。 本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。设计 的智能电动小车应该能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避 障功能，可程控行驶速度、准确定位停车。 根据题目的要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加装光电、 红外线、超声波传感器及金属探测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的 实时测量， 并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的

8、各 种数据实现对电动车的智能控制。 这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度 高，可满足对系统的各项要求。本设计采用 MCS-51 系列中的 AT89C51 单片机。 以 AT89C51 为控制核心， 利用超声波传感器检测道路上的障碍，控制电动小汽车 的自动避障，快慢速行驶，以及自动停车，并可以自动记录时间、里程和速度， 自动寻迹和寻光功能。AT89C51 是一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到 了广大使用者的好评。它是第三代单片机的代表。 第三代单片机包括了 Intel 公司发展 MCS-51 系列的新一代产品， 8C151 如 80C51FA/FB80C51G

9、A/GB8C4518C451,还包括了 PhilipsSiemens ADMFujutsuOKIHarria-MetraATMEL 等公司以 89C51 为核心推出的大量各具特色与 89C51 兼容的单片机。新一代的单片机的最主要的技术特点 是向外部接口电路扩展，以实现 Microcomputer 完善的控制功能为己任，将一些 外部接口功能单元如 A/DPWMPCA(可编程计数器阵列)WDT(监视定时器) 高速 I/O 口计数器的捕获/比较逻辑等。这一代单片机中，在总线方面最重 要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线， 为单片机应用系统设计提供了更 加灵活的方式。Philips 公司还为这一

10、代单片机 80C51 系列 8C592 单片机引入 了具有较强功能的设备间网络系统总线-CAN(Controller Area Network BUS). 新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打 下了良好的基础。 本设计就采用了比较先进的 89C51 为控制核心，89C51 采用 CHOMS 工艺，功耗很低。 该设计具有实际意义， 可以应用于考古、 机器人、 医疗器械等许多方面。 尤其是在足球机器人研究方面具有很好的发展前景； 在考古方面也应用到了超声 波传感器进行检测。所以本设计与实际相结合，现实意义更强。1 智能小车总体概况 本次设计的智能小车以AT89C51为核

11、心，经焊接相关芯片用电路板自制而成，通过 I/O 口检测信号，输出信号到 L293D，从而驱动两个直流电机控制其前进、停止、左 转、右转。检测信号则为三组红外发射和接收管，一组黑线时输出高电平，白线 时输出低电平。另两组黑线时输出低电平，白线时输出高电平。 智能小车的控制器使用 ATMEL 公司的 AT89C51 单片机。 程序设计上使用了时 钟中断来控制小车行驶的状态检测，使用外部中断来记录小车行驶的距离，软件 上设置了一个状态寄存器， 来记录小车运行的状态，小车的运行为延黑线行驶状 态，避障碍物状态等。 在黑线上行驶时，控制器检测红外传感器，如果小车行驶偏离方向，则控制 小车转向轮进行转向

12、。 在避障状态时，控制器检测红外传感器，判断前方是否有障碍物，如果有 障碍物则控制汽车进行转向，躲避障碍物。2 国内外发展状况 至2006年中国汽车保有量已达3500万辆（其中轿车占80%，约2500万辆）,每年仍以30%的速度递增。我国成为了继美国之后的第二大汽车生产和消费大国。汽车行业的迅猛发展也带动了相关配套、服务业的发展。而将功能强大的智能车载信息系统车载电脑加载到汽车上已经成为欧美、日本等地汽车市场的首选新装备。车载电脑给汽车带来了一场信息化的革命，让每辆汽车构建成一个完美的车载信息与娱乐系统终端，包括车载通讯系统、导航系统、数字娱乐系统以及辅助驾驶系统。坐在汽车里面听广播或者音乐已

13、经习以为常，但是车载电脑带来的是全方位的数字娱乐，由于其支持WINDOWS下的所有应用程序，因此，CD、VCD/DVD以及收看电视都成为可能。让你在开车的时候听音乐，在休息的时候欣赏好莱坞大片或是收看电视，甚至玩各种游戏。车载通讯与导航系统主要指GPRS和GPS，让你“轻车熟路”，而且轻松打电话。 不仅如此，它还让你轻松畅游互联网，方便地在车上发送电子邮件、查看公司业务信息等、和朋友聊天、网络游戏等等。不在办公室而胜在办公室，也无须再为塞车赶不到公司而焦头烂额！最后，还可以利用车载电脑的扩展性，把个人电脑的功能全部应用到车上，比如：MP3/DVD/DivX多媒体播放、手机控制、WiFi/3G无

14、线上网、PC游戏、卡拉OK、红外线倒车镜头等等。车载电脑DIY如此强大的功能，让很多车友心动，“只要车内有扬声器和收音机，就可以给汽车安装车载电脑。”改装店员工的话更是把安装车载电脑当成小KISS：“用汽车上的电池来为电脑输送动力，并将音频线连接到扬声器上，车载电脑完全不用为动力和占用空间的问题发愁。”因此，给自己心爱的坐驾安上车载电脑已经成为一种时尚。安装车载电脑和个人办公电脑没什么区别，主要也分为硬件和软件两部分。硬件方面尽量选取低功耗硬件，毕竟汽油不便宜，低功耗可以少消耗点汽油，另外也要尽可能地选取抗震效果较强的硬件。首先要选一款机箱，对于有限的车内空间，怎样充分利用十分重要。因此要选择

15、美观而小巧的机箱，目前市面较流行的合利科技的NC小机箱只有大字典尺寸，很受车友欢迎。车载电脑的内存一般使用普通PC256MDDR内存就够用了。由于要经受劳顿奔波，存储系统一般采用笔记本硬盘，当然你要是还不放心，就可以选用CF卡存储系统。主板选择范围较大，但需要考虑两个因素，一是车内温度高，因此要求主板的功耗要低，发热不能够过高；再者考虑到机箱的空间，要求板子小巧。 众多车友推荐使用VIA的EPIA系列ITX主板，集成了显卡、声卡以及CPU，性能稳定、功耗较低。显示器一般选用8英寸或者7英寸的LCD液晶屏，有LILIPUT(利利普)、德龙等品牌。电源是车载电脑的重心，因为汽车供电不稳定，车载启动

16、或加速时，对主板的电源产生冲击，如果主板对电源承受力弱，就会出现死机或异常。因此车载电脑最好采用带ITPS功能车载电脑DC/DC电源。很多车友选用逆变器方案，但并不是最佳的选择，DC变交流电，具有一定的安全隐患，另外转换效率也是个问题。 其他的外设，比如GPS接收器、网络连接等都可以选用USB设备。软件方面相比而言就要简单很多，操作系统一般装XP、WIN2000，为了操作方便也可以添加一些车载电脑的专用软件，如国外免费软件MediaCar。导航软件有灵图、城际通等。就目前情况而言，不论是DIY还是购买整机，给汽车装上车载电脑都不是一件难事，但是，过多的负载还是会影响到行车安全，并且电脑安装过程

17、也要改动不少电路，需要确保安全。只有安全的享受数字技术带给我们的快乐，才是我们所需要的！上面所讲的车载电脑指能够支持多种应用程序的嵌入式计算机，换句话说就是把我们日常用的个人电脑小型化加载到汽车上，成为一个智能化的外设。而一般车友所谓的电脑是指负责车辆与引擎状况监管的行车电脑，也就是我们所谓的ECU（EngineControlUnit）。3 课题的提出及主要任务本次课题的内容是基于单片机的智能小车的设计，以单片机为控制核心，采用模块化的设计方案，运用光电传感器、超声波传感器等组成不同的检测电路，实现小车在行驶中自动寻迹、躲避障碍物，利用光电传感器进行自动寻迹，实现了小车能够沿着黑线行走。利用超

18、声波传感器检测道路上的障碍物。通过单片机来控制电机的工作，从而实现对整个小车系统的运动控制。设计的具体过程如下：1） 查阅相关资料，了解智能小车单片机控制系统的结构原理。2） 确定智能小车的设计方案。3） 各程序流程图的绘制，电路图的绘制。4） 编写设计说明书。4 系统方案设计4.1 方案论证 简易智能电动车采用 80C51 单片机进行智能控制。开始由手动启动小车， 并复位，当经过规定的起始黑线，由超声波传感器和红外光电传感器检测，通过 单片机控制小车开始记数显示并避障、调速；系统的自动避障功能通过超声波传 感器正前方检测和红外光电传感器左右侧检测，由单片机控制实现；在电动车进 驶过程中，采用

19、双极式 H 型 PWM 脉宽调制技术，以提高系统的静动态性能； 采用动态共阴显示行驶时间和里程。4.2 系统硬件总体框图本次设计的智能小车以AT89C51为核心，将其作为主控芯片来处理各个模块的运营，其系统硬件总框图如下：4.3 单片机的作用和功能 随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将列强。在单片机家族中，80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司将其MCS51系列中的80C51内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名IC制造厂商，如Philips、NEC、Atmel、AMD、华邦等，这些公司都在保持与80C51单片机兼容的基础上改善了80C5

20、1的许多特性。这样，80C51就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族，现统称为80C51系列。80C51单片机已成为单片机发展的主流。专家认为，虽然世界上的MCU品种繁多，功能各异，开发装置也互不兼容，但是客观发展表明，80C51可能最终形成事实上的标准MCU芯片。 STC89C51RC系列单片机是宏晶科技出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器和6时钟/机器可选，HD版本和90C版本内部集成MAX810专用复位电路。89C51与89C51的区别在于51的程序空间为4K字节，而51程序空间为8K字节，其余性能与结构相同。本论文以

21、89C51RC系列来讲述。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能型洗衣机等。由于单片机体积小，使用方便的特点，被应用在智能仪器上，再结合其他的传感

22、器之类的，可以实现对温度、湿度等精密量的测量，功能十分的强大。同样由于单片机的体积小、环境适应能力强和使用方便等方面的优点，单片机也被普遍应用于工业控制上，比如多种多样的通讯系统以及机器人等方面。此外，由于单片机的适应能力很强，所以在我们常用的手机、电脑等物品上应用十分广泛。还有，医院的医疗设备如呼吸机等也有单片机的广泛应用。还有就是汽车系统、物流系统、电力系统、通讯系统等都广泛应用单片机。其中，单片机的结构图如下：4.4单片机的应用场合 由于单片机有许多优点，因此其应用领域之广，几乎到了无孔不入的地步。单片机应用的主要领域有：1）智能化家用电器：各种家用电器普遍采用单片机智能化控制代替传统的

23、电子线路控制，升级换代，提高档次。如洗衣机、空调、电视机、录像机、微波炉、电冰箱、电饭煲以及各种视听设备等。2）办公自动化设备：现代办公室使用的大量通信和办公设备多数嵌入了单片机。如打印机、复印机、传真机、绘图机、考勤机、电话以及通用计算机中的键盘译码、磁盘驱动等。 3）商业营销设备：在商业营销系统中已广泛使用的电子称、收款机、条形码阅读器、IC卡刷卡机、出租车计价器以及仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保险系统等都采用了单片机控制。 4）工业自动化控制：工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之一。如各种测控系统、过程控制、机电一体化、PLC等。在化工、建筑、冶金等各种工业领

24、域都要用到单片机控制。 5）智能化仪表：采用单片机的智能化仪表大大提升了仪表的档次，强化了功能。如数据处理和存储、故障诊断、联网集控等。 6）智能化通信产品：最突出的是手机，当然手机内的芯片属专用型单片机。 7）汽车电子产品：现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器（黑匣子）等都离不开单片机。 8）航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域：单片机的应用更是不言而喻。单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益。更重要的意义在于，单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来

25、实现。以前自动控制中的PID调节，现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制。这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控技术。随着单片机应用的推广，微控制技术将不断发展完善。5 硬件电路的设计5.1 电源模块 稳压电源是单片机控制系统的重要组成部分，它不仅为测控系统提供多路电源电压，还直接影响到系统的技术指标和抗干扰性能。近年来，传统的线性稳压电源正逐步被更高效率的开关电源所取代，特别是单片机开关电源的迅速推广应用，为设计新型、高效、节能电源创造了良好的条件。本机采用的是5V的电源，用干电池供电。其电路图如下：5.2 时钟电路 AT89S51虽然有内部振荡电路

26、，但要形成时钟，必须外附加电路。AT89S51单片机的时钟产生方法有两种。内部时钟方式和外部时钟方式。 本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件，内部的电路便产生自激振荡。本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶振和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体可在1.2MHZ到12MHZ之间选择。电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响，CX1、CX2可在20pF到100pF之间取值。所以本设计中，振荡晶体选择11.0592MHZ，电容选择30pF。其电路图如下图：5.3 复位电路 复位是单片机的初始化操作。其

27、主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。 复位信号及其产生RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位操作有上电自动

28、复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图1.2.2(2)（a）所示。这佯，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，其电路如图（a),（b）(c)所示:5.4 红外遥控系统原理框图红外线遥控是比较常见的一种遥控设备，它是利用波长为0.761.5m之间的红外线来传送控制信号的遥控设备。其占据空间小、价格便宜、使用方便，在我们常用的家用电器比如电视、DVD，录音机、空凋等和一些小型电动玩具装置上均

29、已应用了红外线遥控设备。但是红外遥控也有缺点比如容易受到空间和距离的限制，一般在7m的范围内有效且发射和接收之间不能被物体隔挡，但对于本设计的智能小车来说已经能够满足要求。红外遥控系统一般由两大部分组成：一个红外发射部分，一个红外接收部分。其中发射部分主要由按键键盘、编码调制、LED红外发送器构成，它最重要的部分就是应用编码芯片对按键信息进行编码和发送；接收部分由光电转换放大器、解调、解码电路构成，其最重要的部分是对接收到的编码进行解调。其原理如图5.3所示： 5.5 主控芯片介绍HT6221是合泰公司生产的多功能遥控编码芯片，工作电压在1.8V-3.5V，其采用PPM（PulsePositi

30、onModulation）进行编码，周期能编码16位地址码和8位数据码，最多能同时支持32个活动键。其引脚结构如图5.4所示： 遥控编码有两种：位0和位1，其低电平脉宽相同但高电平脉宽不一样。采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的脉冲表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的脉冲表示二进制的“1”。其波形如图5.4所示： 5.6 单片机控制模块本设计我们采用AT89C51单片机作为智能小车部分的控制核心，AT89C51单片机是AT89系列的标准型8位单片机，其与标准MCS-51指令系统和8051产品引脚兼

31、容，功耗低、性能强大、价格便宜适用于许多较为复杂控制的场合。AT89C51单片机的内部结构如下：一个以ALU为中心的8位中央处理器，256字节内部数据存储器（RAM），8K字节用来存储程序的Flash内部程序存储器即片内ROM(可反复擦写1000次),4个8位可编程I/O口（P0、P1、P2、P3），3个16位定时/计数器，8个中断源，两个中断优先级的中断控制系统，一个全双工串行通信口，一个片内振荡器和时钟电路。AT89C51单片机最小应用系统主要由单片机、复位电路、振荡电路等部分组成。本设计中我们使用了AT89C51单片机的大部分引脚，其具体的引脚功能分配如下表5-5所示：6 软件系统的设计6.1 主程序流程图该智能化小车主程序流程图如下图所示：6.2 遥控器解码程序流程图