畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）單片機(jī)電子秤設(shè)計(jì)

1、寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院標(biāo)題：修改狀態(tài)：教育質(zhì)量管理體系質(zhì)量記錄編號(hào)：生效日期：?jiǎn)纹瑱C(jī)電子秤計(jì)系（分院）： 電子信息工程系 專業(yè)班 級(jí)： 應(yīng)用電子3091 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 二一二年 四 月一 日寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院標(biāo)題：修改狀態(tài)：教育質(zhì)量管理體系質(zhì)量記錄編號(hào)：生效日期：摘 要整個(gè)小車平臺(tái)主要以51單片機(jī)為控制核心，通過(guò)無(wú)線遙控實(shí)現(xiàn)前進(jìn)后退和轉(zhuǎn)向行駛；通過(guò)紅外線傳感器,實(shí)現(xiàn)小車的自適應(yīng)巡航、避障等功能。設(shè)計(jì)采用對(duì)比選擇，模塊獨(dú)立，綜合處理的研究方法。通過(guò)翻閱大量的相關(guān)文獻(xiàn)資料，分析整理出有關(guān)信息，在此基礎(chǔ)上列出不同的解決方案，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)比方案優(yōu)劣選出最優(yōu)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。從電機(jī)車體，最小系

2、統(tǒng)到無(wú)線遙控，紅外線對(duì)管的自動(dòng)尋跡再到紅外線自動(dòng)避障和語(yǔ)音控制，完成各模塊設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：智能，紅外線傳感器，自動(dòng)尋跡，語(yǔ)音控制目 錄引言.1 1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì).2 1.1 系統(tǒng)的工作原理及設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jī)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(jí)放大器.14 1.5.3 ad轉(zhuǎn)換器.15 1.5 人機(jī)交互部分.15 1.6.1 鍵盤輸入.16 1.6.2 輸出顯示.16 1.6 實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能.162 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).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(jī)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(shè)計(jì).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(xiàn).29 附錄a 原理圖.30 引言該智能作為現(xiàn)代社會(huì)的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，無(wú)需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。本設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)多功

4、能小車的智能模式，設(shè)計(jì)中的理論方案、分析方法及特色與創(chuàng)新點(diǎn)等可以為自動(dòng)運(yùn)輸機(jī)器人、采礦勘探機(jī)器人、家用自動(dòng)清潔機(jī)器人等自動(dòng)半自動(dòng)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與普及有一定的參考意義。同時(shí)小車可以作為玩具的發(fā)展對(duì)象，為中國(guó)玩具市場(chǎng)技術(shù)含量的缺乏進(jìn)行一定的彌補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益，形成商業(yè)價(jià)值。通過(guò)調(diào)試檢測(cè)各模塊，得到正確的信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有的功能。最后將各個(gè)調(diào)試成功的模塊結(jié)合到小車的車體上，結(jié)合程序，通過(guò)單片機(jī)的控制，將各模塊有效整合在一起，達(dá)到所預(yù)期的目標(biāo)，完成最終設(shè)計(jì)與制作，能使小車在一定的環(huán)境中智能化運(yùn)轉(zhuǎn)。1系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.1 系統(tǒng)方案根據(jù)課題的設(shè)計(jì)要求，本方案主要由電源模塊、微控制器模塊、尋跡模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)各個(gè)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(jī)自制一個(gè)小車，前輪使用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)做轉(zhuǎn)向，后輪用直流電機(jī)做動(dòng)力。第二種方案也是自制一個(gè)小車，不過(guò)小車前面使用萬(wàn)用導(dǎo)向輪做轉(zhuǎn)向，小車后面用兩個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)小車的速度。這兩種方案中心都是自制一個(gè)小車，考慮到傳動(dòng)裝置的缺乏和購(gòu)買傳動(dòng)裝置的費(fèi)用較高，而且組裝出來(lái)的裝置傳動(dòng)效果可能不太理想，就放棄了自制小車的兩個(gè)方案。第三種方案是購(gòu)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(guò)分析該小車的轉(zhuǎn)向角和帶負(fù)載能力，都可以滿足

6、本系統(tǒng)的要求。試驗(yàn)時(shí)，在小車上放置一斤以上的重物，小車的速度還需要通過(guò)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(gè)小車，考慮到傳動(dòng)裝置的缺乏和購(gòu)買傳動(dòng)裝置的費(fèi)用較高，而且組裝出來(lái)的裝置傳動(dòng)效果可能不太理想，于是放棄了自制小車的兩種方案。通過(guò)對(duì)三種方案的仔細(xì)研究與比較，我們最終選擇了第三種方案。1.1.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路的選擇所選的小車底座有兩個(gè)直流電機(jī)。單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，所以要使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。第一種方案是，選用h橋電路驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)。h橋驅(qū)動(dòng)電路較復(fù)雜，電路的性能無(wú)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(jī)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電機(jī)驅(qū)

7、動(dòng)芯片可以減少電路的復(fù)雜度，使電路美觀，且電能的利用率較高。直流電機(jī)所需的驅(qū)動(dòng)電壓、驅(qū)動(dòng)電流均比較大，因此采用雙h橋高電壓大電流驅(qū)動(dòng)芯片l298n作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。l298n是推挽式功率放大專用集成電路器件，直流驅(qū)動(dòng)電流總和可達(dá)4a，其內(nèi)部具有2個(gè)完全相同的pwm功率放大回路，擁有pwm調(diào)速功能。通過(guò)考慮各種驅(qū)動(dòng)芯片的性能和我校實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有資源，選擇了l298n驅(qū)動(dòng)芯片，它可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，并對(duì)兩個(gè)直流電機(jī)進(jìn)行pwm調(diào)速。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，控制電路中，考慮到單片機(jī)會(huì)受到驅(qū)動(dòng)部分的干擾，因此采用了光電藕合器tlp521，把控制部分和驅(qū)動(dòng)部分在電氣上隔離開(kāi)來(lái)。采用8個(gè)1n5822高速大電流肖特基二

8、極管組成續(xù)流保護(hù)電路，消除電機(jī)在起停、制動(dòng)及換向時(shí)產(chǎn)生的反電勢(shì)。系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)引腳輸出的控制信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合器之后輸入電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片l298n，控制電機(jī)動(dòng)作。當(dāng)需要調(diào)速時(shí)，只需改變pwm波(本設(shè)計(jì)中由單片機(jī)p2.1和p2.3端口產(chǎn)生)的占空比即可，理論上可以實(shí)現(xiàn)256級(jí)調(diào)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。考慮到此種電池的價(jià)格較高，且充電時(shí)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(zhì)量較重，大約800克，擔(dān)心小車的帶負(fù)載能力有限，通過(guò)試驗(yàn)得知，小車帶同樣重量的負(fù)載時(shí)，還需要進(jìn)行pwm調(diào)速，速度才可以滿足要求。通過(guò)調(diào)整重心的位置

9、，使重心后移，小車可以自由的進(jìn)行轉(zhuǎn)向，從而對(duì)自動(dòng)尋跡的轉(zhuǎn)向沒(méi)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(zhǔn)度較高的紅外探測(cè)傳感器，考慮到紅外探測(cè)傳感器價(jià)格較高，放棄了這個(gè)方案。第二種方案是使用紅外對(duì)管，特點(diǎn)是價(jià)格低，質(zhì)量輕，對(duì)小車的轉(zhuǎn)向不會(huì)造成影響。在使用時(shí)，測(cè)試的效果不夠理想，外界的光線對(duì)其靈敏度有較大的影響，檢測(cè)的靈敏度非常低，不能夠滿足自動(dòng)尋跡的要求。在后來(lái)的實(shí)驗(yàn)中，在每個(gè)紅外對(duì)管的外面套上熱縮管，減少外界光線對(duì)紅外對(duì)管的干擾，使得紅外對(duì)管的檢測(cè)靈敏度大大提高，達(dá)到了尋跡檢測(cè)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(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)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(duì)且處于接近一條直線上，這樣根本不能實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的全方位遙控。所以最后放棄了這個(gè)不太合理的方案。第二種方案是使用無(wú)線電遙控。一般的無(wú)線電電路制作出來(lái)之后的效果太理想，為了保證遙控的效果，選擇了集成的無(wú)線電收發(fā)模塊電路（315m發(fā)射和接收模塊）。為方便對(duì)無(wú)線電的控制，最后選擇了pt2262-l4芯片和pt2272芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)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(gè)直流電機(jī)。2. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路選擇為光耦隔離的l298n驅(qū)動(dòng)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(duì)管。5. 使用編解碼芯片進(jìn)行無(wú)線遙控。1.2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)電路?？梢苑奖愕尿?qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)。其驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)電路的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單可靠，輸出電壓最高可達(dá)50v，可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。l298n可接受標(biāo)準(zhǔn)ttl邏輯電平信號(hào)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(dá)25 a，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。l298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，在本模塊中，我們把out1，out2和out3，o

12、ut4之間分別接電動(dòng)機(jī)。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。6（ena），11（enb）腳分別接pwm控制端，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖4為l298n的功能邏輯圖，圖5為電機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)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(duì)管，通過(guò)電位器調(diào)節(jié)紅外發(fā)射管的功率改變發(fā)射的紅外線的強(qiáng)弱，接收管根據(jù)接收到經(jīng)過(guò)地面反射回來(lái)的紅外線的強(qiáng)弱導(dǎo)通或截止，經(jīng)過(guò)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(hào)，在電路中加入史密斯觸發(fā)器74ls14對(duì)接收模塊的輸出信號(hào)整形。其實(shí)循跡原理很簡(jiǎn)單

13、,如下圖,就是紅外反射照到黑線上方時(shí)光都被黑線吸收了(注意要調(diào)節(jié)好反射管到地面的距離),接著接收模塊就輸出一個(gè)低電平給控制器(單片機(jī)),然后單片機(jī)就根據(jù)這個(gè)低電平執(zhí)行動(dòng)作(左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn))。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(duì)管的外面加設(shè)熱縮管，大大提高了紅外對(duì)管的靈敏度，實(shí)物圖如圖8所示。1.2.3 無(wú)線電遙控模塊315m發(fā)射模塊得電時(shí)會(huì)發(fā)射出穩(wěn)定的頻率為315mhz的高頻信號(hào)。發(fā)射模塊如圖9所示，接收模塊如圖10所示。pt2262/2272是臺(tái)灣普城公司生產(chǎn)的一種cmos工藝制造的低功耗低價(jià)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(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于無(wú)線遙控發(fā)射電路。 編碼芯片pt2262發(fā)出的編碼信號(hào)由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片pt2272接收到信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過(guò)兩次比較核對(duì)后，vt腳才輸出高電平，與此同時(shí)相應(yīng)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(huì)連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機(jī)沒(méi)有按鍵按下時(shí)，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(dāng)有按鍵按下時(shí)，pt2262得電工作，其

15、第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號(hào)，當(dāng)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(hào)，當(dāng)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(hào)，從而對(duì)高頻電路完成幅度鍵控（ask調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制為100的調(diào)幅。 pt2262特點(diǎn)： 、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(dá)6位 、地址碼最多可達(dá)531441種 應(yīng)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(yīng)用中

16、，外接振蕩電阻可根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)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(shí)間越長(zhǎng)。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(wú)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(kāi)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(rèn)命令右轉(zhuǎn)命令左轉(zhuǎn)命令k4_m=3k4_m=2k4_m=1

17、尋跡模式后退模式前進(jìn)模式結(jié)束圖16 主程序流程圖否否否否開(kāi)始左側(cè)檢測(cè)到黑線？右側(cè)檢測(cè)到黑線？?jī)蓚?cè)沒(méi)檢測(cè)到黑線？?jī)蓚?cè)都檢測(cè)到黑線？是結(jié)束前進(jìn)左轉(zhuǎn)前進(jìn)前進(jìn)右轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)選用的集成元件l298n，pt2262,pt2272等，簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，縮小了硬件空間，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，軟件設(shè)計(jì)使用pwm調(diào)制技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)原有功能的基礎(chǔ)上，減小了電功率，更加節(jié)能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，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(hù)。設(shè)計(jì)選用的器材實(shí)用性強(qiáng)，價(jià)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(jī)初學(xué)者的制作與學(xué)習(xí)。3 系統(tǒng)使用范圍智能小車不僅生動(dòng)有趣還牽涉到機(jī)械結(jié)構(gòu)、電子基礎(chǔ)、傳感