自動往返智能小汽車設(shè)計

1、中國海洋大學(xué)課程設(shè)計報告題目：自動往返智能小汽車設(shè)計組員： 院系：信息科學(xué)與工程學(xué)院班級：2009級電子信息工程指導(dǎo)老師： 摘要本文介紹的是基于單片機89S52控制的自動往返電動小汽車控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。該設(shè)計采用89S52單片機為控制核心，對送入的脈沖信號進行檢測分析，利用光電傳感器檢測道路上的黑線，通過脈寬調(diào)制使電機轉(zhuǎn)速能自動調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)電動小汽車的快慢速行駛，以及自動停車、往返的控制要求。采用的技術(shù)主要有：通過編程來控制小車的速度；傳感器的有效應(yīng)用；新型顯示芯片的采用。關(guān)鍵詞：自動往返電動小汽車；AT89S52單片機；脈寬調(diào)制；光電傳感器AbstractThis paper is

2、 based on89S52 single-chip microcomputer controlled electric car from the automatic control system hardware and software design. The design using 89S52MCU as the control core, is sent into a pulse signal detection and analysis, the use of ultrasonic sensors detect obstacles on the road, by a pulse w

3、idth modulated so that the motor speed can be adjusted automatically, so as to realize the electric cars automatic low speed, as well as the automatic parking and returning control requirements. Using the technology are: programmed to control the car speed; the effective application of the sensor; t

4、he adoption of the new display chip.Key words： automatic motor-driven car; AT89S52 MCU; pulse width modulation; photoelectric detector目錄1. 系統(tǒng)概述1.1 設(shè)計背景和研究意義1.2 工作原理和技術(shù)要求2. 系統(tǒng)硬件設(shè)計22.1 89S52 單片機硬件結(jié)構(gòu)2.2 方向控制電路2.3 路面黑線檢測電路2.4 電機驅(qū)動轉(zhuǎn)速電路3. 系統(tǒng)軟件設(shè)計33.1 算法分析3.2 程序代碼4. 系統(tǒng)測試運行44.1 測試儀器4.2 硬件測試4.3 軟件測試5. 項目總結(jié)一、

5、系統(tǒng)概述1.1 設(shè)計背景和研究意義智能電動小車是一種無人操縱的自動感應(yīng)調(diào)速往返小車。隨著全球經(jīng)濟的飛速發(fā)展，現(xiàn)代化生產(chǎn)觀念日益受到企業(yè)的重視，這也為智能小車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了契機。AT89S52是一款八位單片機，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。它是第三代單片機的代表，其最主要的技術(shù)特點是向外部接口電路擴展，以完善控制功能。外部可接其他功能單元如A/DPWMPCAWDT計數(shù)器的捕獲/比較邏輯等。在總線方面最重要的進展是為單片機配置了芯片間的串行總線，為單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計提供了更加靈活的方式。新一代單片機為外部提供了相當完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴展與配置打下了良好的基礎(chǔ)。 1.2 工作原

6、理和技術(shù)要求本實驗設(shè)計是基于單片機89S52控制的自動往返電動小汽車控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。自動往返電動小汽車之所以能夠?qū)ほE，主要需要三個模塊完成。信號采集模塊、控制模塊、驅(qū)動模塊。通過信號采集系統(tǒng)將實際路徑信號采集以電信號的形式傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將采集來的信號進行比較分析計算，并利用驅(qū)動模塊，控制小車前進。該設(shè)計采用89S52單片機為控制核心，對送入的脈沖信號進行檢測分析，利用光感傳感器檢測道路上的黑線信息，通過脈寬調(diào)制使電機轉(zhuǎn)速能自動調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)電動小汽車的自動前進、加速，減速行駛，以及自動停車的控制要求。整個系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性能高。二、 系統(tǒng)硬件設(shè)計 一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)

7、的硬件電路設(shè)計包含兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴展，即單片機內(nèi)部的功能單元，如ROM、RAM、I/O、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等不能滿 足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進行擴展，選擇適當?shù)男酒?，設(shè)計相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機、 A/D、D/A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計合適的接口電路。 22.1 AT89S52 單片機硬件結(jié)構(gòu)AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可

8、編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程圖2.1 AT89S52引腳圖 Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52

9、具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。2.2 方向控制電路由于小車自身機械上的精度不高（車輪不足夠圓滑、車體結(jié)構(gòu)重心不穩(wěn)等）和小車在放置跑道時位置的不準確，均會引起小車在前進時

10、偏離跑道的中心線而沖向左右擋板，與擋板發(fā)生摩擦，使小車減速甚至停車，影響正常行駛。為此，我們在小車的四角安裝觸控開關(guān)，設(shè)計方向控制電路（此電路不許單片機控制）使小車撞到擋板后自動轉(zhuǎn)向并繼續(xù)向前行駛。圖2.2 方向控制電路該設(shè)計中使用了4個雙刀雙擲開關(guān)，分別安裝在小車的左前、右前、左后、右后四個方位，并將開關(guān)控制觸角延長。當開關(guān)S1或S3撞到擋板時，轉(zhuǎn)向電機正轉(zhuǎn)，車頭左拐，駛離擋板；當開關(guān)S2或S4撞到擋板時，轉(zhuǎn)向電機反轉(zhuǎn)，車頭右拐，駛離擋板。2.3 路面黑線檢測電路該路面黑線檢測電路由光電傳感器接受路面黑線信號，傳給單片機，經(jīng)過AT89S52單片機處理，P0.1和P0.2輸出控制電動機的轉(zhuǎn)向及

11、轉(zhuǎn)速。路面黑線檢測電路傳感器采用光電傳感器，安裝在車尾的底部。在白色區(qū)域時，光電傳感器輸出為高電平；而在黑色區(qū)域時，光電傳感器輸出為低電平。光電傳感器經(jīng)過一個非門后，連到單片機的P3.2。因此當單片機檢測到P3.2的電平產(chǎn)生下降沿時，單片機能夠判斷出小車經(jīng)過黑線并調(diào)用相應(yīng)的子程序。 黑線檢測電路如下圖（圖1.3）； 圖2.3 路面黑線檢測電路2.4 電機驅(qū)動轉(zhuǎn)速電路采用脈寬調(diào)制（PWM）控制方式。由于PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，經(jīng)過電驅(qū)電感的濾波作用后可獲得平穩(wěn)的直流電源，低速特性較好。同樣，由于開關(guān)頻率高，快速響應(yīng)特性好，動態(tài)抗干擾能力強，可以獲得很寬的頻寬，開關(guān)器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電

12、路損耗小，系統(tǒng)效率高。電動機驅(qū)動轉(zhuǎn)速采用繼電器組成的PWM電路，采用單片機控制PWM電路工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，以精確地調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速。當P0.1P0.2=10時，三極管1 導(dǎo)通，三極管2 截止，繼電器1 契合，繼電器2 沒契合，電流從左向右流過電動機，電機正向轉(zhuǎn)動，小車向前行駛；當P0.1P0.2=01時，繼電器 2 契合，繼電器1 沒契合，電流從右向左流過電動機，電動機反向轉(zhuǎn)向，小車倒車行駛。 圖2.4 電動機驅(qū)動轉(zhuǎn)速三、 系統(tǒng)軟件設(shè)計33.1 系統(tǒng)軟件流程本系統(tǒng)中，通過p3.2口的外部中斷機制接受傳感器傳來的外部信號，以確定小車處于某種狀態(tài)，根據(jù)不同的狀態(tài)，從p1.0、p1.1兩個端

13、口輸出相應(yīng)的控制信號來控制小車正確的運行。設(shè)置count變量統(tǒng)計小車經(jīng)過的黑線數(shù)量，來確定小車的狀態(tài)，小車完成一個往返后變量清零。其中經(jīng)過第一條、第二條線時全速前進，第三條時開始減速，第四條時恢復(fù)原速度，經(jīng)過第五條時開始剎車減速，第六條時停車，并等10秒后開始返回，并在相應(yīng)的位置進行同樣的加速、減速處理。小車在前進時，通過調(diào)用相應(yīng)的過程處理子程序來控制小車的運行狀態(tài)。為防止小車在經(jīng)過黑線時產(chǎn)生多次中斷以干擾小車運行結(jié)果，在產(chǎn)生一個中斷后，屏蔽中斷的產(chǎn)生，在經(jīng)過黑線后再使能中斷。3.2 程序代碼如下：#include<reg52.h> #include<intrins.h>

14、; sbit p10=P10;/定義端口 sbitp11=P11; int count=0;/黑線統(tǒng)計變量 void test_blackcount(void) interrupt 0 using 0/中斷處理 EX0=0; count+=1; void delay(int n)/延時子程序 int i,j; for(i=0;i<n;i+) for(j=0;j<5000;j+) _nop_(); void fullspeed()/加速前進子程序 IE0=0; EX0=1; p10=1; p11=0; void ufullspeed()/返回時加速程序 IE0=0; EX0=1; p

15、10=1; p11=1; void limitspeed()/限速子程序 IE0=0; EX0=1; while(count=3) p10=0;p11=0;delay(2);p10=1;p11=0;delay(2);while(count=10)p10=0;p11=1;delay(2);p10=1;p11=1;delay(2); void brake()/剎車程序 IE0=0; EX0=1; while(count=5) p10=0; p11=0; delay(2); p10=1; p11=0; delay(2); while(count=12) p10=0; p11=1; delay(2);

16、 p10=1; p11=1; delay(2); void stop() IE0=0; EX0=1; p10=0; p11=0; delay(300); ufullspeed(); count=7; void ustop() IE0=0; EX0=1; p10=0; p11=0; delay(300); fullspeed(); count=0; void main() SP=60;/初始化 IE=0X81; PX0=1; IT0=1; count=0; p10=0; p11=0; delay(100);/延時后加速前進進入循環(huán) p10=1; p11=0; while(1) switch(co

17、unt)case 0:case 1:case 2:case 3:limitspeed();break;case 4:fullspeed();break;case 5:brake();break;case 6:stop();break;case 7:case 8:case 9:case 10:limitspeed();break;case 11:ufullspeed();break;case 12:brake();break;case 13:ustop();break; 四、 系統(tǒng)測試運行44.1 測試儀器信號發(fā)生器、示波器、萬用表、+5V穩(wěn)壓電源4.2 硬件測試接P1.0端口的電阻R1接地，接

18、P1.1端口的電阻R2接+5V穩(wěn)壓電源，觀察電機的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，若電機高速正轉(zhuǎn)，則電路正確；接P1.0端口的電阻R1接+5V穩(wěn)壓電源，接P1.1端口的電阻R2接+5V穩(wěn)壓電源，觀察電機的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，若電機高速反轉(zhuǎn)，則電路正確；接P1.0端口的電阻R1接地，接P1.1端口的電阻R1接地，觀察電機的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，若電機停止轉(zhuǎn)動，則電路正確； 接P1.1端口的電阻R2接地，接P1.0端口的電阻R1接信號發(fā)生器的輸出端，用信號發(fā)生器輸入周期為50ms，占空比為1:1的方波，若電機低速正轉(zhuǎn)，則電路正確；接P1.1端口的電阻R2接+5V穩(wěn)壓電源，接P1.0端口的電阻R1接信號發(fā)生器的輸出端，用信號發(fā)生器輸入周期為5

19、0ms，占空比為1:1的方波，若電機低速反轉(zhuǎn)，則電路正確；4.3 軟件測試 將程序燒入到單片機中，加電后，按單刀雙擲開關(guān)，從而單片機P3.2口一個下降沿，觸發(fā)中斷，開關(guān)每按下一次即觸發(fā)一次中斷。 根據(jù)開關(guān)按下的次數(shù)，觀察P1.0、P1.1 兩端口的輸出波形，若正確，則結(jié)果應(yīng)與下圖相同。（此軟件測試可利用仿真軟件 ISIS Professional 進行調(diào)試，較方便。）按鍵次數(shù)P1.0輸出波形P1.1輸出波形1102103方波（T=100ms,占空比1：1）04105延時1s后，輸出方波0600延時10s71819方波（T=100ms,占空比1：1）1101111延時1s后，輸出方波11201表4.1 軟件測試表Proteus下程序仿真波形： 小車啟動波形小車經(jīng)過第三道線減速第四道線恢復(fù)原來速度第五道線剎車第六道線停止10秒后自動返還五、 項目總結(jié)該項目以單片機智能控制應(yīng)用為中心，通過對輸