基于单片机AT的智能寻迹小车设计.docVIP

摘 要 　在日常生活中人们，电子产品和人的生活密不可分，我们接触的电子产品有像平常用的手机、电脑、相机等高端的电子产品；也有像平常用的充电器、收音机等低端的电子产品；有智能的电子产品，也有非智能的电子产品。电子产品的总类是很多的，而在众多电子产品中有些带简单的智能控制的往往用到一些小芯片如单片机和一些传感类的器件如光耦元件、红外避障器等。智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等等的用途。智能电动车就是其中的一个体现。本次我们就将采用51系列的AT89S51单片机和光耦器件RPR220和红外避障器E18-D80NK为主要的器件来制作智能寻迹小车的控制电路，采用1602LCD实时显示小车行驶的时间，小车停止行驶后，轮流显示小车行驶时间、、 （图2） 2.1.2 LCD显示模块： 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： 方案1： 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。 方案2： 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 3.1 AT89S51单片机硬件结构及外围电路 3.1.1 AT89S51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