01基于单片机AT89的智能寻迹小车设计Word文件下载.docx
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目 录
第一章 设计任务及要求
1.1目的要求、技术指标………………………………………………4
1.1.1目的要求…………………………………………………………4
1.1.2模块化技术实现…………………………………………………5
第二章 设计方案的选择与论证
2.1方案的比较与选择…………………………………………………4
2.1.1路面检测模块……………………………………………………5
2.1.2LCD显示模块……………………………………………………5
2.1.3测速模块…………………………………………………………5
2.1.4控速模块…………………………………………………………6
2.1.4模式选择模块……………………………………………………7
2.2总体框图……………………………………………………………7
第三章 系统硬件设计
3.1AT89S51单片机硬件结构…………………………………………9
3.1.1AT89S51结构……………………………………………………9
3.1.2AT89S51最小系统电路…………………………………………9
3.1.3PCB板图…………………………………………………………11
3.2传感部分模块……………………………………………………12
3.3控制部分模块……………………………………………………12
3.3.1测速模块………………………………………………………12
3.3.2控速模块………………………………………………………12
3.3.3路面检测模块…………………………………………………13
3.4LCD显示部分模块………………………………………………13
3.5时钟和复位电路模块……………………………………………13
3.5.1时钟电路………………………………………………………13
3.5.2复位电路………………………………………………………14
3.6模式选择模块……………………………………………………14
第四章 系统软件设计
4.1流程图……………………………………………………………15
4.2程序清单…………………………………………………………16
第五章 数据测试、分析与总结
5.1测量仪器及方法…………………………………………………16
5.1.1测试仪器………………………………………………………16
5.1.2测试方法………………………………………………………16
5.2测试数据及结果分析……………………………………………16
5.3小结………………………………………………………………16
参考文献……………………………………………………………17
致谢……………………………………………………………………18
1.1设计的目的要求、技术指标
1.1.1目的要求
在地面上用的宽25cm左右的铁片做成椭圆轨道,采用AT89S51单片机作为小车的检测和控制核心,使小车在行进中寻铁片的轨迹。
小车在轨道上当发现前方有障碍物时采取一定的操作避免碰撞,在这里是停车。
在启动、左转、右转、停车、前方有障碍、倒退时可以放出小车本身有的语音信号,是从单片机发送解码来控制,并记录行驶时间,路程,平均速度并通过LCD显示出来。
1.1.2模块化技术实现
寻迹:
寻迹是通过铁片感应器TL-Q5MC,单片机就是否收到脉冲为依据来确定位置和小车的行走路线。
避障:
避障就是在遇到障碍物的时候能自动停车,通过光电传感器来实现的,它可以通传感器上面的旋钮来控制障碍物感应距离,但范围是有限制的,但这里用到的E18-D80NK的感应距离在3cm到80cm之间。
LCD显示:
采用1602LCD,由单片机的总线模式连接。
为节约电源电量并且不影响LCD的功能,LCD的背光用单片机进行控制,使LCD的背光在小车行驶的过程中不亮,因为我们不必看其显示;
在其它我们需要看显示的内容的时候LCD背光亮。
智能控制:
智能控制是采用单片机来处理所收集的信号,在由设定的来控制电路,从而达到智能控制。
技术指标:
1、智能寻迹小车需基于51系列单片机进行开发和设计。
2、能实现在椭圆轨道、S形轨道,太极图形轨道等多种规则轨道上寻迹运行,并还可以实现在任意轨道上运行。
3、至少两种方式启动:
一是通过声音启动;
二是能通过检测到铁片后自行启动等其它。
5、硬件电路布局、元器件选取、软件程序可读性强。
6、可扩展其它功能。
第二章设计方案的选择和论证
2.1确定方案的主要组成部分、方案的比较与选择
根据设计任务要求,并电路的总体框图可分为几个基本的模块,框图如(图1)所示:
(图1)
2.1.1路面检测模块:
采用铁片感应器TL-Q5MC来检测路面上的铁片从而给单片机中断脉冲。
原理图接线如(图2)所示:
(图2)
2.1.2LCD显示模块:
为节约电源电量并且不影响LCD的功能,LCD的背光用单片机进行控制,使LCD的背光在小车行驶的过程中不亮,因为行驶过程无法跟踪看到,在跑完路程后看显示的内容的时候LCD背光亮。
2.1.3测速模块:
方案1:
采用采用霍尔开关元器件A44E检测轮子上的小磁铁从而给单片机中断脉冲,达到测量速度的作用。
霍尔元件具有体积小,频率响应宽度大,动态特性好,对外围电路要求简单,使用寿命长,价格低廉等特点,电源要求不高,安装也较为方便。
霍尔开关只对一定强度的磁场起作用,抗干扰能力强,因此可以在车轮上安装小磁铁,而将霍尔器件安装在固定轴上,通过对脉冲的计数进行车速测量。
方案2:
采用红外传感器进行测速。
但无论是反射式红外传感器还是对射式红外传感器,他们对都对外围环境要求较高,易受外部环境的影响,稳定性不高,且价格较为昂贵。
通过对方案1、方案2的比较其优缺点,综合多方面因素决定选用方案1,其原理图接线如(图3)所示:
(图3)
2.1.4控速模块:
使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。
线性型驱动的电路结构和原理简单,成本低,加速能力强,但功率损耗大,特别是低速大转距运行时,通过电阻R的电流大,发热厉害,损耗大,对于小车的长时间运行不利。
采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度进行调整.此方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢,易损坏,寿命较短,可靠性不高。
方案3:
采用由双极性管组成的H桥电路。
用单片机控制晶体管使之工作在占空比可调的开关状态,精确调整电机转速。
这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下,效率非常高;
H桥电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制;
电子开关的速度很快,稳定性也很高,是一种广泛采用的调速技术。
综合3种方案的优缺点,决定选择方案3,其电路原理图如(图4)所示:
(图4)
2.1.5模式选择模块:
模式选择模块通过一个74LS00与非门和两个不带锁按钮来控制单片机的两个中断口,从而按动按钮来选择小车走动的路型、来选择小车的速度是快速、中速、慢速;
走完路程小车停止后还可以通过按钮选择想要在LCD上想看的信息,比如总时间、走过各段路程的时间、平均速度、总路程等。
小车走动的模式选择有:
(1)直线型:
满足设计任务的基本要求,能稳定的走完全程。
之后按顺序循环不断的显示走完全程所用的时间、走完高速区所用的时间和走完低速区所用的时间这三个时间;
或者可以通过两个按钮以及LCD显示的菜单选择所要看的内容如平均速度、全程距离以及那三个时间。
(2)S型:
满足设计任务的发挥部分的要求,小车能自动的感应到在前面或在后面铁片,即第一次转弯后若感应到的是错误的方向,则小车会后退自动调整方向,沿着S型的铁片走。
当走完S型铁片后的一定时间里,小车自动停止。
之后自动进入菜单由我们自己选择要看的内容时间、平均速度和所走的距离。
(3)自动型:
小车先以一定的速度走完全程,之后再以一定的速度倒退回起点,再调整速度在一定的时间内走完全程。
走完后LCD显示的内容与直线型显示的内容一样。
2.2总体框图
单片机主程序框图、速度感应程序框图和铁片感应程序框图分别如(图5)所示。
(图5)
第三章系统硬件设计
3.1AT89S51单片机硬件结构及外围电路
3.1.1AT89S51结构
AT89S51为ATMEL所生产的可电气烧录清洗的8051相容单芯片,其内部程序代码容量为4KBAT89S51主要功能列举如下:
1、为一般控制应用的8位单芯片
2、晶片内部具时钟振荡器
(传统最高工作频率可至12MHz)
3、内部程式存储器(ROM)为4KB
4、内部数据存储器(RAM)为128B
5、外部程序存储器可扩充至64KB
6、外部数据存储器可扩充至64KB
7、32条双向输入输出线,且每条均
可以单独做I/O的控制
8、5个中断向量源
9、2组独立的16位定时器
10、1个全多工串行通信端口
11、8751及8752单芯片具有数据保密的功能
12、单芯片提供位逻辑运算指令
(图6)
3.1.2AT89S51最小系统电路,如(图7)
(图7)
3.1.3PCB板图:
该最小系统的最终PCB板图(包括LCD接口以及其他的外部扩展电路部分,考虑到最小系统的简洁以及容易看懂,外部扩展电路不在最小系统图上显示。
)分别如(图8)、(图9)所示:
(图8)
(图9)
3.2传感模块
3.3控制模块
3.3.1测速模块:
通过霍尔元件感应磁铁来产生脉冲(当霍尔元件在离磁场较近时输出会是高电平,其它时候是低电平),一个车轮均匀放四个小磁铁,计算一秒所得的脉冲数,从而计算出一秒小车轮子转动圈数,再测量出小车车轮周长即可计算出小车当前速度,累加可得到当前路程。
3.3.2控速模块:
考虑到元器件的缺少以及我们所用的电路的驱动电机的电路原理图和和小车自带的电路的电机驱动原理图一样,所以暂时使用小车自带的电机驱动电路图。
3.3.3路面检测模块:
应用一个金属感应器,安装在车盘下,离地略小于或约三毫米。
当金属传感器检测到铁片时将对单片机发送中断信号,单片机运行中断,改变输给电机驱动信号的电压占空比来控制小车的速度。
3.4LCD显示模块:
为节约电源,LCD的背光用单片机进行控制。
3.5时钟电路和复位电路模块:
3.
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- 01 基于 单片机 AT89 智能 小车 设计