《单片机原理及应用》期末课程设计-智能小汽车363.docx
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1、 数理与信信息工程程学院单片机机原理及及应用期期末课程程设计题 目: 智智能小汽汽车 专 业: 电电子信息息工程 目录第1节 引 言.31.1 智能小小汽车系系统概述述.31.2 本设计计任务和和主要内内容3第2节 系统主主要硬件件电路设设计4 22.1 系统方方案论证证与比较较4 22.2 单片机机主机系系统电路路52.2.1 时钟电电路5 2.22.2 复位电电路6 22.3 电机机的选择择与论证证6 22.4 电机机驱动方方案与电电路6 22.5 探测测障碍物物方案与与电路8 22.6 光源源检测方方案与电电路9 22.7 显示示部分方方案与电电路9 22.8 电源源方案与与PCBB电路
2、.110 22.9 入库库前后声声音提示示方案与与电路.111 22.100 拦栅栅控制电电路.122 22.111 车速速检测模模块电路路.133第3节 系统统的软件件设计.143.1 系统主程程序设计计.1143.2 小车行使使程序.332第4节 结束束语.399参考文献献.440附录.41智能小汽汽车第1节 引引 言言 (知道道段前段段后什么么要求吗吗?)题目要求求设计一一智能小小汽车,小小车能够够准确寻寻找到光光源,并并随着光光源的引引导,能能够顺利利地进入入车库,同同时在行行程过程程中能准准确地显显示小车车的行使使路程的的总时间间。根据据要求本本设计用用两个电电机来控控制小车车的转向
3、向,用红红外对管管传感器器来检测测障碍物物,用光光敏电阻阻来检测测光源,用用夜晶来来显示小小车的行行使时间间和车库库拦栅上上升的时时间、高高度以及及当前温温度等。与此同同时通过过语音电电路来实实现人性性化的人人机互动动。作品品可以作作为高级级智能玩玩具,也也可以作作为大学学生学习习嵌入式式控制的的强有力力的应用用实例,该系统统将会有有更广阔阔的开发发前景。1.1 智能能小汽车车系统概述述本设计制制作了一一款具有有智能判判断功能能的小车车,功能能强大。小车具具有以下下几个功功能:自自动避障障功能(避避免撞到到车库的的三块木木板);趋光功功能(寻寻找前方方的点光光源并行行驶到位位、寻找找车库门门)
4、;显显示小车车行走的的总时间间以及车车库拦栅栅上升的的时间、高度以以及当前前温度,同同时在小小车准备备入库时时和入库库后进行行语音提提示。在在小车行行走控制制中作品品以两直直流电动动机为主主驱动,通通过各类类传感器器件来采采集各类类信息,送送入主控控单元AAT899C511单片机机,处理理数据后后完成相相应动作作,以达达到自动动控制。在开启启和关闭闭车库拦拦栅时用用步进电电机来控控制,并并通过单单片机来来实现相相应动作作。直流流电机驱驱动电路路采用三三极管885500、80050组组成的HH桥型驱驱动电路路及应用用光藕芯芯片对两两路电源源进行分分离。步步进电机机采用LL2988N和IIN544
5、08来来驱动,其其中避障障采用红红外对管管收发来来完成;趋光部部分通过过两路光光敏电阻阻对光源源信号的的采集,再再将信号号送到单单片机处处理去判判别方向向,并由由控制单单元处理理数据后后完成相相应动作作,实现现了无人人控制即即可完成成一系列列动作,相相当于简简易机器器人。1.2 本设设计任务务和主要要内容(知知道段前前段后什什么要求求吗?)本论文主主要研究究单片机机控制的的智能小小汽车系系统,小小车控制制技术及及系统设设备的软软、硬件件各个部部分进行行了研究究。主要内容容如下: 根据据小车的的特点,进进行智能能小汽车车控制系系统的整整体研究究与设计计。对其设设计进行行了深入入的研究究,重点点研
6、究小小车入库库控制方方式。 LCCD显示示小车行行走的总总时间以以及车库库拦栅上上升的时时间、高高度以及及当前温温度,同同时在小小车准备备入库时时和入库库后进行行语音提提示。第2节 系统主要要硬件电电路设计计2.1 系统方方案论证证与比较较(知道道段前段段后什么么要求吗吗?) 方案一一:采用用各类数数字电路路来组成成小车的的控制系系统,对对外围避避障信号号,各路路趋光信信号进行行处理,车车库拦栅栅上升下下降控制制,温度度显示等等。本方方案电路路复杂,灵灵活性高高,效率率低,不不利于小小车智能能化的扩扩展,对对各路信信号处理理比较困困难。 方案二二:采用用AT889C551单片片机来作作为整机机
7、的控制制核心单元元。红外外线探头头采用市市面上通通用的发发射管与与及接收收头,经经过单片片机调制制后发射射。车库库拦栅控制制部分用用步进机机来驱动动再将采采集到的的各类信信号送往往单片机机进行综综合分析析处理,实实现准确确有效的的动作,此系统比较灵活,采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分使系统硬件简洁化,各类功能易于实现,能很好地满足题目的要求,并容易扩展功能。 比较以上两种方案的优缺点,方案二简洁、灵活、可扩展性好,能达到题目的设计要要求,因因此采用用方案二二来实现现。本系系统可由由图2-1所示示的几个个部分组组成。图2-11 单单片机控控制系统统原理框框图其中传感感器原理理框图如如图2-2
8、所示示。图2-22 传感器器原理框框图22 单片机主主机系统统电路AT899C511单片机机是511系列单单片机的的一个成成员,是是80551单片片机的简简化版。内部自自带2KK字节可可编程FFLASSH存储储器的低低电压、高性能能COMMS八位位微处理理器,与与Inttel MCSS-511系列单单片机的的指令和和输出管管脚相兼兼容。由由于将多多功能八八位CPPU和闪闪速存储储器结合合在单个个芯片中中,因此此,ATT89CC51构构成的单单片机系系统是具具有结构构最简单单、造价价最低廉廉、效率率最高的的微控制制系统,省省去了外外部的RRAM、ROMM和接口口器件,减减少了硬硬件开销销,节省省
9、了成本本,提高高了系统统的性价价比。图2-33 单单片机主主机系统统图2.2.1时钟钟电路 单片机机的时钟钟信号用用来提供供单片机机片内各各种微操操作的时时间基准准,时钟钟信号通通常用两种种电路形形式得到到:内部部振荡和和外部振振荡。MMCS-51单单片机内内部有一一个用于于构成振荡荡器的高高增益反反向放大大器,引引脚XTTALll和XTTAL22分别是是此放大大电器的的输入端和输输出端,由由于采用用内部方方式时,电电路简单单,所得得的时钟钟信号比比较稳定定,实际使用中中常采用用这种方方式,如如图2-3所示在在其外接接晶体振振荡器(简称晶晶振)或或陶瓷谐振器器就构成成了内部部振荡方方式,片片内
10、高增增益反向向放大器器与作为为反馈元元件的片片外石英晶体体或陶瓷瓷谐振器器一起可可构成一一个自激激振荡器器并产生生振荡时时钟脉冲冲。 图2-3中外接接晶体以以及电容容C2和和C1构构成并联联谐振电电路,它它们起稳稳定振荡荡频率、快速速起振的的作用,其其值均为为30PP左右,晶晶振频率率选122MHzz。2.2.2复位位电路 为了初初始化单单片机内内部的某某些特殊殊功能寄寄存器,必必须采用用复位的的方式,复复位后可使CCPU及及系统各各部件处处于确定定的初始始状态,并并从初始始状态开开始正常常工作。单片机的的复位是是靠外电电路来实实现的,在在正常运运行情况况下,只只要RSST引脚脚上出现现两个机
11、器周周期时间间以上的的高电平平,即可可引起系系统复位位,但如如果RSST引脚脚上持续续为高电平,单单片机就就处于循循环复位位状态。复位后后系统将将输入/输出(1/00)端口口寄存器置为FFFH,堆堆栈指针针SP置置为077H, SBUUF内置置为不定定值,其其余的寄寄存器全全部清0,内内部RAAM的状状态不受受复位的的影响,在在系统上上电时RRAM的的内容是是不定的的。复位操作有有两种情情况,即即上电复复位和手手动(开开关)复复位。本本系统采采用上电电复位方方式。 图2-3中RR9和CCl组成成上电复复位电路路,其值值R取为为10KK, CC取为222pF。2.3 电机的的选择与与论证方案一:
12、采用普普通的直直流电机机。直流流电动机机具有优优良的调调速特性性,调速速平滑、方便,调调整范围围广,过过载能力力强,能能承受频频繁的冲冲击负载载,可实实现频繁繁的无数数快速启启动、制制动和反反转。方案二:采用步步进电机机。步进进电机的的一个显显著特点点是具有有快速的的启停能能力,如如果负荷荷不超过过步进电电机所能能提供的的动态转转矩值,就就能够立立即使步步进电机机启动或或反转。另一个个显著特特点是转转换精度度高,正正转反转转控制灵灵活。考虑到时时间的限限制,同同时普通通的直流流电机电电路设计计相对简简单且容容易获得得,所以以在设计计小车行行走过程程中采用用选择方方案一的的现成的的直流电电机作为
13、为动力驱驱动。在在车库拦栅栅控制部部分,采采用方案案二的步步进电机机来进行行控制。2.4 电机机驱动方方案与电电路方案一:采用继继电器对对电动机机的开或或关进行行控制,通通过控制制开关的的切换速速度实现现对小车车的速度度进行调调整。这这个电路路的优点点是电路路结构简简单,其其缺点是是继电器器的响应应时间长长,易损损环,寿寿命短,可可靠性不不是很高高。方案二:小车行行走电路路采用两两对互补补型晶体体管85550(PPNP)型型和80050型型(NPPN)接接成桥式式电路。用ATT89CC51软软件编程程来控制制各晶体体管导通通,分别别对应电电机的正正转与反反转,同同时为了了达到效效果我将将控制电
14、电路电源源和电动动机电源源隔离开开来,在在桥式电电路之前前加了光光电耦合合器(UU5B TP5521-2),该该电路的的优点是是电路简简单,通通过单片片机的软软件控制制互补型型晶体管管的导通通与截止止,方便便的调整整电动机机的运动动状态。缺点是是当两个个输入端端都为高高电平时时,驱动动电路的的三极管管同时导导通,容容易烧坏坏晶体管管。方案三:(1)车库拦栅控制部分采用集成电路L298N和二极管IN5408组成的电路来作为驱动,其原理如同方案二,同样利用晶体管的导通与截止来驱动电机的转动。L298N内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器,即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式
15、驱动器,接收标准TTL逻辑电平信号,可驱动46V、2A以下的电机。1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器,形成电流传感,因此对步进机来说,可以非常好的对其驱动。(2)采用驱动步进机专用芯片ULN2003A,该芯片电路简单,容易控制,但驱动力比较大。在本次设设计中的的小车行行走电路路,由于于继电器器对设计计中的种种种限制制,所以以采用方方案二中中的80050和和85550组成成的桥电电路。对对车库拦拦栅控制制部分,因因为题目目要求电电机能够够自如提提起放下下拦栅(重重量比较较重),由于没能找到达林顿管ULN2003A,因此我们采用驱动力比较大的L298N来驱动,因此采用方案三(1)。图2-44
16、 电动动机PWWM驱动动电路该电路的的工作原原理如下下所示:电动机机驱动由由单片机机两路输输入,可可分为四四种情况况讨论:(1)当当A端输输入为低低电平、B端输输入为高高电平时时,使QQ1、Q4管截截止,QQ2、Q3管导通通,电动动机正转。 (2)当当A端、B端输输入都为为高电平时,经过光光电传输输,使QQ1、QQ2、QQ3、QQ4管都截止,电电动机不不运转。 (3)当当A端输输入为高高电平、B端输输入为低低电平时时,使QQ1、Q4管导通、Q2、Q3管管截止,电电动机反反转。(4)当当A端、B端输输入都为为低电平,经经过光电电传输,使使Q1、Q2、Q3、Q4管管都导通通,这在在电路中中是不允允
17、许出现现的现象象.考虑到到电动机机的启动动时电流很很大,而而且电动动机波动动较大,容易造成电压不稳、等干扰,我运用了P521光耦集成块,将控制部分与电动机的驱动电路隔离开来,确保安全。2.5 探测测障碍物物方案与与电路方案一:采用超超声波测测距障碍碍。超声声波测距距模块利利用其测测距原理理可以可可靠地判判断小车车前方是是否有障障碍物,如如果传感感器接收收到反射射回来的超超声波,则则通过单片片机来控控制小车车前进路路线。但但是超声声波受环环境影响响较大,电电路复杂杂,而且且地面对对超声波波的反射射,会影影响系统统对障碍碍物的判判断。方案二:采用红红外对管管。电路路中带有有集成锁锁相环路路解码器器
18、LM5567或或使用LLM3993 。当红外外发射管管检测到到障碍物物时,LLM5667输出出端输出出低电平,否则则输出高高电平,并将信号号传给单单片机来来控制小小车避障障和前行行的动作作。利用用单片机机来产生生信号对对红外线线发射管管进行调调制发射射,发射射出去的的红外线线遇到避避障物的的时候反反射回来来,红外外线接收收管对反反射回来来信号进进行解调调,输出出TTLL电平。外界对对红外信信号的干干扰比较较小,且且易于实实现,价价格也比比较便宜宜。通过比较较以及材材料够得得的容易易情况,选选择了方方案二中中红外对对管电路路比较合合理。在此模块块中是使使用红外外对管和和集成电电路LMM3933,
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- 单片机原理及应用 单片机 原理 应用 期末 课程设计 智能 小汽车 363
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