畢業(yè)設計（論文）單片機電子秤設計

1、寧波職業(yè)技術學院標題：修改狀態(tài)：教育質量管理體系質量記錄編號：生效日期：單片機電子秤計系（分院）： 電子信息工程系 專業(yè)班 級： 應用電子3091 學生姓名： 學 號： 指導教師： 二一二年 四 月一 日寧波職業(yè)技術學院標題：修改狀態(tài)：教育質量管理體系質量記錄編號：生效日期：摘 要整個小車平臺主要以51單片機為控制核心，通過無線遙控實現(xiàn)前進后退和轉向行駛；通過紅外線傳感器,實現(xiàn)小車的自適應巡航、避障等功能。設計采用對比選擇，模塊獨立，綜合處理的研究方法。通過翻閱大量的相關文獻資料，分析整理出有關信息，在此基礎上列出不同的解決方案，結合實際情況對比方案優(yōu)劣選出最優(yōu)方案進行設計。從電機車體，最小系

2、統(tǒng)到無線遙控，紅外線對管的自動尋跡再到紅外線自動避障和語音控制，完成各模塊設計。 關鍵詞：智能，紅外線傳感器，自動尋跡，語音控制目 錄引言.1 1 系統(tǒng)總體方案設計.2 1.1 系統(tǒng)的工作原理及設計基本思路.2 1.1.1 系統(tǒng)的工作原理.3 1.1.2 系統(tǒng)的設計基本思路.6 1.2 系統(tǒng)總體方案比較與論證.7 1.3 單片機的選型.9 1.4 數(shù)據(jù)采集部分的方案確定.11 1.5.1 傳感器.12 1.5.2 前級放大器.14 1.5.3 ad轉換器.15 1.5 人機交互部分.15 1.6.1 鍵盤輸入.16 1.6.2 輸出顯示.16 1.6 實時時鐘功能.162 系統(tǒng)硬件設計.17

3、2.1 at89s52主控電路.18 2.1.1 芯片介紹.20 2.1.2 主控電路.20 2.2 壓力傳感器放大電路.21 2.2.1 壓力傳感器介紹.21 2.2.2 壓力傳感器放大電路.22 2.3 人機交換界面.23 2.3.1 鍵盤控制電路.24 2.3.2 液晶控制電路.24 3 系統(tǒng)軟件設計.25 3.1 主程序流程圖.26 3.2 鍵盤中斷流程圖.27 謝辭.28 參考文獻.29 附錄a 原理圖.30 引言該智能作為現(xiàn)代社會的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預先設定的模式在一個特定的環(huán)境里自動的運作，無需人為管理，便可以完成預期所要達到的或是更高的目標。本設計主要體現(xiàn)多功

4、能小車的智能模式，設計中的理論方案、分析方法及特色與創(chuàng)新點等可以為自動運輸機器人、采礦勘探機器人、家用自動清潔機器人等自動半自動機器人的設計與普及有一定的參考意義。同時小車可以作為玩具的發(fā)展對象，為中國玩具市場技術含量的缺乏進行一定的彌補，實現(xiàn)經(jīng)濟收益，形成商業(yè)價值。通過調試檢測各模塊，得到正確的信號輸出，實現(xiàn)其應有的功能。最后將各個調試成功的模塊結合到小車的車體上，結合程序，通過單片機的控制，將各模塊有效整合在一起，達到所預期的目標，完成最終設計與制作，能使小車在一定的環(huán)境中智能化運轉。1系統(tǒng)簡介1.1 系統(tǒng)方案根據(jù)課題的設計要求，本方案主要由電源模塊、微控制器模塊、尋跡模塊、電機驅動模塊、

5、發(fā)射模塊和接收模塊組成。系統(tǒng)框圖如圖3所示。為了較好的實現(xiàn)各個模塊的功能，我們做了如下的比較。1.1.1 小車車體的選擇第一種方案是自己用覆銅板和電機自制一個小車，前輪使用兩個步進電機做轉向，后輪用直流電機做動力。第二種方案也是自制一個小車，不過小車前面使用萬用導向輪做轉向，小車后面用兩個直流電機驅動，通過調節(jié)直流電機的轉速，調節(jié)小車的速度。這兩種方案中心都是自制一個小車，考慮到傳動裝置的缺乏和購買傳動裝置的費用較高，而且組裝出來的裝置傳動效果可能不太理想，就放棄了自制小車的兩個方案。第三種方案是購買成品小車，由于得到老師提供的一款玩具小車的底座，通過分析該小車的轉向角和帶負載能力，都可以滿足

6、本系統(tǒng)的要求。試驗時，在小車上放置一斤以上的重物，小車的速度還需要通過pwm降速，使其速度滿足紅外尋跡的要求。前兩種方案的中心都是自制一個小車，考慮到傳動裝置的缺乏和購買傳動裝置的費用較高，而且組裝出來的裝置傳動效果可能不太理想，于是放棄了自制小車的兩種方案。通過對三種方案的仔細研究與比較，我們最終選擇了第三種方案。1.1.2 驅動電機電路的選擇所選的小車底座有兩個直流電機。單片機的驅動能力無法直接驅動直流電機，所以要使用電機驅動電路。第一種方案是，選用h橋電路驅動兩個直流電機。h橋驅動電路較復雜，電路的性能無法保證，且電能的利用率較低。最后不做考慮。第二種方案是用電機驅動芯片驅動電機。電機驅

7、動芯片可以減少電路的復雜度，使電路美觀，且電能的利用率較高。直流電機所需的驅動電壓、驅動電流均比較大，因此采用雙h橋高電壓大電流驅動芯片l298n作為電機驅動芯片。l298n是推挽式功率放大專用集成電路器件，直流驅動電流總和可達4a，其內(nèi)部具有2個完全相同的pwm功率放大回路，擁有pwm調速功能。通過考慮各種驅動芯片的性能和我校實驗室的現(xiàn)有資源，選擇了l298n驅動芯片，它可以驅動兩個直流電機，并對兩個直流電機進行pwm調速。在設計電路時，控制電路中，考慮到單片機會受到驅動部分的干擾，因此采用了光電藕合器tlp521，把控制部分和驅動部分在電氣上隔離開來。采用8個1n5822高速大電流肖特基二

8、極管組成續(xù)流保護電路，消除電機在起停、制動及換向時產(chǎn)生的反電勢。系統(tǒng)工作時，單片機引腳輸出的控制信號經(jīng)過光電耦合器之后輸入電機驅動芯片l298n，控制電機動作。當需要調速時，只需改變pwm波(本設計中由單片機p2.1和p2.3端口產(chǎn)生)的占空比即可，理論上可以實現(xiàn)256級調速。1.1.3 小車電源的選擇第一種方案是選用多塊串聯(lián)的可充電鋰電池?？紤]到此種電池的價格較高，且充電時極為不便，于是放棄此方案。第二種方案是使用12v的鉛蓄電池，12v鉛蓄電池質量較重，大約800克，擔心小車的帶負載能力有限，通過試驗得知，小車帶同樣重量的負載時，還需要進行pwm調速，速度才可以滿足要求。通過調整重心的位置

9、，使重心后移，小車可以自由的進行轉向，從而對自動尋跡的轉向沒有任何影響，最后選擇了該方案。1.1.4 尋跡模塊的選擇第一種方案是選擇精準度較高的紅外探測傳感器，考慮到紅外探測傳感器價格較高，放棄了這個方案。第二種方案是使用紅外對管，特點是價格低，質量輕，對小車的轉向不會造成影響。在使用時，測試的效果不夠理想，外界的光線對其靈敏度有較大的影響，檢測的靈敏度非常低，不能夠滿足自動尋跡的要求。在后來的實驗中，在每個紅外對管的外面套上熱縮管，減少外界光線對紅外對管的干擾，使得紅外對管的檢測靈敏度大大提高，達到了尋跡檢測的要求，所以最后選擇了該方案。1.1.5 遙控模塊的選擇第一種方案是紅外遙控。紅外遙

10、控的電路比較簡單，實現(xiàn)起來比較方便。但是紅外遙控的弊端是容易受到外界光線的干擾，并且紅外遙控必須使遙控端和被遙控端相對且處于接近一條直線上，這樣根本不能實現(xiàn)對小車的全方位遙控。所以最后放棄了這個不太合理的方案。第二種方案是使用無線電遙控。一般的無線電電路制作出來之后的效果太理想，為了保證遙控的效果，選擇了集成的無線電收發(fā)模塊電路（315m發(fā)射和接收模塊）。為方便對無線電的控制，最后選擇了pt2262-l4芯片和pt2272芯片來實現(xiàn)無線電的編解碼。1.1.8 智能遙控尋跡小車的最終方案1）車體為成品玩具車的底座，包括兩個直流電機。2. 電機驅動電路選擇為光耦隔離的l298n驅動電路。3. 電源

11、選擇12v的鉛蓄電池。4. 智能尋跡模塊選用紅外對管。5. 使用編解碼芯片進行無線遙控。1.2硬件系統(tǒng)設計1.2.1電機驅動模塊驅動芯片使用的是sgs公司的產(chǎn)品lm298n，15腳multiwatt封裝的。內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅動電路?？梢苑奖愕尿寗觾蓚€直流電機。其驅動直流電機電路的優(yōu)點是電路簡單可靠，輸出電壓最高可達50v，可以直接通過電源來調節(jié)輸出電壓。l298n可接受標準ttl邏輯電平信號vss，vss可接457 v電壓。4腳接電源電壓，電壓范圍vih為2546 v。輸出電流可達25 a，可驅動電感性負載。l298可驅動2個直流電動機，在本模塊中，我們把out1，out2和out3，o

12、ut4之間分別接電動機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉。6（ena），11（enb）腳分別接pwm控制端，調節(jié)電機的轉速。圖4為l298n的功能邏輯圖，圖5為電機控制電路原理圖，其中1,15腳為輸出電流反饋引腳，通常在使用中可以直接接地。圖5 直流電機驅動模塊1.2.2尋跡模塊電路本模塊選用的器件是比較便宜的反射式紅外對管，通過電位器調節(jié)紅外發(fā)射管的功率改變發(fā)射的紅外線的強弱，接收管根據(jù)接收到經(jīng)過地面反射回來的紅外線的強弱導通或截止，經(jīng)過接收模塊產(chǎn)生高低電平的變化。為了使其產(chǎn)生穩(wěn)定的電平信號，在電路中加入史密斯觸發(fā)器74ls14對接收模塊的輸出信號整形。其實循跡原理很簡單

13、,如下圖,就是紅外反射照到黑線上方時光都被黑線吸收了(注意要調節(jié)好反射管到地面的距離),接著接收模塊就輸出一個低電平給控制器(單片機),然后單片機就根據(jù)這個低電平執(zhí)行動作(左轉或者右轉)。74ls14內(nèi)部邏輯圖如圖6所示。紅外尋跡電路原理圖如圖7所示。圖7 紅外循跡電路在紅外對管的外面加設熱縮管，大大提高了紅外對管的靈敏度，實物圖如圖8所示。1.2.3 無線電遙控模塊315m發(fā)射模塊得電時會發(fā)射出穩(wěn)定的頻率為315mhz的高頻信號。發(fā)射模塊如圖9所示，接收模塊如圖10所示。pt2262/2272是臺灣普城公司生產(chǎn)的一種cmos工藝制造的低功耗低價位通用編解碼電路，pt2262/2272最多可有

14、12位(a0-a11)三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平),任意組合可提供531441地址碼,pt2262最多可有6位(d0-d5)數(shù)據(jù)端管腳,設定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。 編碼芯片pt2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片pt2272接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，vt腳才輸出高電平，與此同時相應的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當發(fā)射機沒有按鍵按下時，pt2262不接通電源，其17腳為低電平，所以315mhz的高頻發(fā)射電路不工作，當有按鍵按下時，pt2262得電工作，其

15、第17腳輸出經(jīng)調制的串行數(shù)據(jù)信號，當17腳為高電平期間315mhz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號，當17腳為低平期間315mhz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于pt2262的17腳輸出的數(shù)字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ask調制）相當于調制為100的調幅。 pt2262特點： 、cmos工藝制造，低功耗 、外部元器件少 、rc振蕩電阻 、工作電壓范圍寬：2.6-15v 、數(shù)據(jù)最多可達6位 、地址碼最多可達531441種 應用范圍 ：、車輛防盜系統(tǒng) 、家庭防盜系統(tǒng) 、遙 控 玩 具 pt2262-l4引腳圖如圖11所示,pt2272引腳圖如圖12所示。在具體的應用中

16、，外接振蕩電阻可根據(jù)需要進行適當?shù)恼{節(jié)，阻值越大振蕩頻率越慢，編碼的寬度越大，發(fā)碼一幀的時間越長。我們選用這種組合方式。遙控器電路圖如圖13所示，接收模塊電路圖如圖15所示。315m發(fā)射模塊原理圖如圖14所示，315m接收模塊原理圖如圖16所示。圖13 遙控器原理圖圖14 315m發(fā)射模塊電路圖圖15無線接收模塊電路圖圖16 315m接收模塊原理圖制作后的遙控器為圖15所示。1.2.5 軟件流程圖主程序程序流程圖如圖16所示。執(zhí)行部分流程圖如圖17所示。開始初始化等待按鍵有鍵按下？否是判斷鍵值k4按下k3按下k2按下k1按下k4_m+確認命令右轉命令左轉命令k4_m=3k4_m=2k4_m=1

17、尋跡模式后退模式前進模式結束圖16 主程序流程圖否否否否開始左側檢測到黑線？右側檢測到黑線？兩側沒檢測到黑線？兩側都檢測到黑線？是結束前進左轉前進前進右轉剎車是是是圖18 智能尋跡子函數(shù)流程圖2 特色列舉本設計選用的集成元件l298n，pt2262,pt2272等，簡化了硬件設計，縮小了硬件空間，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，軟件設計使用pwm調制技術，在實現(xiàn)原有功能的基礎上，減小了電功率，更加節(jié)能。系統(tǒng)設計時，基本上都使用現(xiàn)在比較通用的電路模塊和集成芯片，利于系統(tǒng)的維護。設計選用的器材實用性強，價格較合理，成本適中。本系統(tǒng)小車是智能和人工控制并存，適合單片機初學者的制作與學習。3 系統(tǒng)使用范圍智能小車不僅生動有趣還牽涉到機械結構、電子基礎、傳感