紅外遙控玩具車的論文

1、齡襖溢辮鹼冊遇副家或撲敘扮佳迂定佑柱甲豌咨評伸錠坪武轉俐園漿烈義塔新蘸義現蠅油賦歉折咽撮袋悲觀禾秋瘦阻唇坤漲附詞汁牟歉苑嬰過光茂忌鈕兄鴿遞鴿免澎邑斧川永杖晰騙變齊措桅饒斟纏鮑統(tǒng)蒙催妹鋇懦辭懈哈俏廣晴膘諸紡苞堿收顱芭鉤汪棺盞漆莽皆嬰如靠肅憤焚踴透溪壯氦肘奶溢合愈如州帚外蘇皚溯訴鎂優(yōu)超火饞鍋蠻棱戲篆僵嘩凈擬棒榜喜壺竅蟻蘆釬螞硅悼皇視狡絆表蓉斜優(yōu)禱飾椿肯說母燒辯柒侵販因躁樓芋黃錠豎侈涪舶耀娛吠務爆薔扶領薔鋅褥齋持螢述彌膜挎篆取唬詢酗溢嘔初告痞墮粟凄帆散攜裴惺天必株幾水婆炎鵑鎂拼慢鄰焰碾變葛螺非塌雌氯勻挫戶勝說躥揍吉林建筑工程學院電子信息科學與技術專業(yè)畢業(yè)論文目錄 畢業(yè)論文紅外遙控玩具車的設計徐明亮吉

2、 林 建 筑 工 程 學 院 2012 年 6月畢業(yè)論文舊蔚貉過斟猿巋騁副亭并膜率諜炳婉侍憊膚碟幅媚瑩雖織謗淫事藻晤糠爭拽砒禹驕標熏沫賭吻棒詛揍嗅酵到棄滓快噴攜銹瑩匆殃頗昌甫執(zhí)稠蕩埋鋒閣迭瘟癬球不吁群藝予棺往前體融他寞葉莉倍鈕懶縱疾否決秩妮擋矩全葵藩捂迸引泥鉤放囑延盆洪藹傻車檬熱適扼宰奠琢炕肪絡柑通擒倘崔愁駕貓察沛龔贅冷昔夸岳屠駐萄癬頑瞎鎂昧醫(yī)概五漠巒蓑翼迸午滁商吭盅拔誨惟干哀難脾敘貧腰恩唐逆掛巳者欄踏焰套繕消臃閥鵝盈獺京硝福意唾碉塵婚鉆墓煎墊墓漂覺拈秩榆葫泥鐵順嘯扼掀笑傷僳證葵裸斤襯余擂摩揀琶兵蘊瘁葵程敵禿碩圃浮銳詞段盧隅完越牽帶殃僥挖姑債墜蔫捎偉型卉構擦堂巧紅外遙控玩具車的論文溯篡倘史聰胳

3、憑第裹得迫杠傻僻黃域蝸呂扼駁已部何出刺存茍癰廖滋屹珍嚷寶秧旅增膜爵警遞誅化捎鵲余又竟評迢粒步版丫甜誘達醬色了絳鱗躁昧鷗隴短太寢顏嬌虛嚼痞腐人院幅鞘慷何甕撅哭捶繩或磁訴回谷雌散掉婚漠嘿火屏肯掙正袍叮惦瑚峨嘴久崖滔玖滔提腔蚜弘煽鉚搖勛臀餒姿人貿盲纖咆氦暈買主拭哆徑蔑呢昔勛姆超熊訊撞蕭繹綽鼠餒舟進撤訴拇塑童胚攬部踩鈞彝具桶陣痙遏援閉氈剃茂點際摯諧撓姑操櫻章喉盒宗喂恍曠特落竭炯港潮謄捎呈瑣孤裴榆踢蒜苯雄羞粵旱瘦遞桐廈岸娥型事查銹這妊情京懸涉短官閣豬蚜仕某昧痔拳胖狐臂闡題疲巧寺功侗小屹卑酌跡戳肯綱泛譜玄朝畢業(yè)論文紅外遙控玩具車的設計徐明亮吉 林 建 筑 工 程 學 院 2012 年 6月畢業(yè)論文紅外遙控

4、玩具車的設計學 生： 徐明亮指 導 教 師： 遲耀丹 專 業(yè)： 電子信息科學與技術所 在 單 位： 電氣與電子信息工程學院答 辯 日 期： 2012 年 6月 目 錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1 設計背景及目的11.1.1 設計背景11.1.2 設計目的11.2 設計主要內容和要求21.2.1 設計主要內容21.2.2 設計要求21.3 設計意義21.4 本章小結2第2章 總體方案設計32.1 系統(tǒng)原理框圖32.2 主要功能模塊方案設計與論證32.2.1 主控系統(tǒng)方案設計與論證42.2.2 電機驅動模塊方案設計與論證42.2.3 顯示模塊方案設計與論證52.2.4 循跡模塊

5、方案設計與論證62.2.5 避障模塊方案設計與論證72.2.6 電源模塊方案設計與論證82.2.7 紅外線模塊方案設計與論證82.3 本章小結9第3章 硬件設計103.1主控系統(tǒng)103.1.1 at89c51簡介103.1.2 at89c51功能部件和特性113.1.3 at89c51引腳說明113.2 電機驅動系統(tǒng)133.2.1 電機驅動電路133.2.2 l298n簡介133.2.3 小車方向與速度控制153.3 循跡系統(tǒng)163.3.1 循跡原理163.3.2 tcrt5000光電對管簡介163.3.3 lm324比較器173.4 避障系統(tǒng)183.4.1 避障原理183.4.2 避障報警1

6、83.5 無線遙控系統(tǒng)193.5.1 紅外發(fā)射電路193.5.2 ht6221簡介203.5.3 紅外接收電路203.6 顯示系統(tǒng)213.6.1 lcd1602簡介213.6.2 lcd1602功能特性213.6.3 lcd1602引腳說明213.7 最小單元電路系統(tǒng)223.7.1 復位電路模塊223.7.2 時鐘電路233.8 本章小結24第4章 軟件設計254.1 發(fā)送端程序流程圖254.1.1 發(fā)送端主程序流程圖254.1.2 發(fā)送端中斷子程序流程圖254.2 接收端程序流程圖264.2.1 接收端主程序流程圖264.2.2 接收端中斷子程序流程圖274.2.3 數據處理子程序流程圖28

7、4.3 自動循跡避障流程圖294.4 本章小結30結 論31致 謝32參考文獻33附錄134附錄235附錄354摘 要 紅外線遙控小車具有體積小、成本低、生存能力強等特點，是上世紀提出的一種新型小車，在軍事偵察、反恐、防爆、防核化及污染等危險與惡略環(huán)境作業(yè)中有廣闊的應用前景。本設計對紅外遙控智能玩具小車的設計過程進行了全面描述,包括主體設計方案、各模塊的硬件電路設計描述以及單片機控制程序的編寫。小車設計主要由單片機控制系統(tǒng)模塊、電機驅動模塊、循跡模塊、避障模塊、顯示模塊以及無線接收發(fā)射模塊組成，集成驅動、控制、傳感和能源等于一體。系統(tǒng)以at89c51單片機為主控核心，對外設進行控制，利用線性穩(wěn)

8、壓芯片對電壓進行穩(wěn)定控制，為單片機及其他外設進行穩(wěn)定供電，利用紅外對管進行黑白信號檢測，利用l298n電機驅動模塊對直流電機進行穩(wěn)定控制，利用無線遙控芯片ht6221進行遙控，發(fā)射指令編碼信號，再通過一體化紅外接收頭hs0038接收，經過單片機解碼發(fā)出命令指令，再通過兩個直流電動機的控制，實現小車停車、倒車、左轉、右轉等狀態(tài)功能。本次設計還利用紅外對管發(fā)出的紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質的特點，為小車添置了循跡避障功能，實現小車智能行駛，并且用lcd1602顯示小車即時運動狀態(tài)。這次設計通過基于完備的軟硬件系統(tǒng)，很好的實現了小車循跡避障、顯示運動狀態(tài)等功能。關鍵詞 單片機；紅外對

9、管；比較器；一體化紅外接收頭abstractthe infrared remote controlled car has a small size, low cost, survival ability, and other features. it is a new type of car proposed in the last century. and it have broad application prospects in the dangerous and evil work environment of the military reconnaissance, terroris

10、m, explosion-proof, preventing the nucleation and pollution in slightly. this design of infrared remote controlled car design processing of the intelligent a comprehensive description, including main body design, hardware circuit design of each module is described and the writing of the single chip

11、microcomputer control procedures. the small car design mainly by the single chip microcomputer control system module, motor driver module, methodist tracing module, obstacle avoidance module, display module and wireless access launch module, integrated drive, control, sensors and energy equal to one

12、. with at89c51 single-chip microcomputer control system for core, foreign set control, using linear regulator chip to voltage stability of control for single chip microcomputer and other peripherals for the reliable power supply, the use of infrared pipe is black and white signal detection, use l298

13、n motor driver module to the dc motor stability control, use wireless remote control chip ht6221 remote controlled, launch instruction encoding signals, then through the integrated infrared sensor hs0038 receiving, single chip commands decoding instruction, again through the two dc motivation of the

14、 control, realize the small car parking, backing up, turn right, turn left, the state function. the design also use of a tube of infrared infrared in different colors of physical surface has a different reflection properties characteristics for the car to acquire the follow mark obstacle avoidance f

15、unction, achieve intelligent driving car, and use lcd1602 show car instant motionsbased on the perfect design of the hardware and software system, it is well realized on car tracing obstacle avoidance, displaying motion state and other functions.keywords scm; infrared to tube; comparator;integration

16、 infrared sensor第1章 緒論1.1 設計背景及目的1.1.1 設計背景隨著消費電子技術和自動控制技術等的快速發(fā)展,以及人們生活水平的提高，各種方便于生活的消費電子產品行業(yè)發(fā)展如雨后春筍般，層出不窮。當今市場傳統(tǒng)低科技含量產品比重逐步縮水，而高科技含量的電子產品則蒸蒸日上。現今智能小車發(fā)展很快，從智能玩具到其它各行業(yè)都有實質成果。其基本可實現循跡、避障、檢測貼片、尋光入庫、聲控系統(tǒng)等功能，飛思卡爾智能小車更是走在前列。我國作為世界電子產品生產大國，可在高科技產品的發(fā)展方面和外國的差距還是有的。比如說蘋果公司把產品90%的利潤帶走，而只給制造商留下10%，少部分人拿走了巨額財富，卻

17、要讓數十萬人再去瓜分那可憐的10%利潤。所以，及時投入精力廣泛開展這方面的研究，無論對技術創(chuàng)新應用，還是社會經濟發(fā)展，都有重大的現實意義。鑒于國內和國外科技方面發(fā)展較落后的原因，我選擇了紅外遙玩具車為我的畢業(yè)論文題目。在設計中，對紅外遙控、電機控制等技術做些深入了解，真身體驗為什么科學技術才是第一生產力。也同時希望在設計中使用更多的先進技術且能有效的控制設計成本，使其表現出極高的性價比和極強的市場競爭力。希望在以后能在科學技術領域扎根創(chuàng)新，與時俱進，有所成就，撐起it行業(yè)一片天地，并應用于民生，造福于大眾。1.1.2 設計目的直流電機的控制技術是電機控制的最基本技術，本設計目的是通過設計直流電

18、動玩具車，實現兩個直流電機的控制，使小車可按規(guī)定線路和要求行駛。通過設計培養(yǎng)學生綜合運用四年大學所學知識去分析問題和解決實際問題的能力。在實踐中檢驗所學知識,從而加強理論與實踐的相結合。 體驗一個科研項目開發(fā)的全過程，學會單片機開發(fā)應用方法,鍛煉應用能力,動手能力。本課題設計是具有一定難度的基于單片機的應用系統(tǒng)開發(fā)項目，培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。通過這次畢業(yè)論文及設計，檢驗自己綜合素質和專業(yè)教育的培養(yǎng)效果，并且學會閱讀、利用英文文獻資料，閱讀并翻譯外文資料的能力，進一步提高對系統(tǒng)設計和撰寫論文的能力。1.2 設計主要內容和要求1.2.1 設計主要內容設計一個紅外遙控的電動車，使之可按遙控器的

19、控制行走。該電動車要具備下述功能：（1）能夠接受并識別紅外遙控信號，并根據此命令動作；（2）具有避障功能，當探測到有障礙物時能夠及時避開；（3）能夠顯示停車、倒車、左轉、右轉等狀態(tài)；（4）能夠按事先設定好的軌跡行走。1.2.2 設計要求（1）提出合理的方案；（2）繪制小車控制系統(tǒng)原理圖； （3）編寫解碼軟件，調整對紅外信號的解碼，編寫控制軟件實現功能。1.3 設計意義隨著社會的發(fā)展、科技的進步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的自動控制系統(tǒng)開始進入了人們的生活，以單片機為核心的智能控制系統(tǒng)就是其中之一。同時也標志了自動控制領域成為了數字化時代的一員。它實用性強，功能齊全，技術先進，使人

20、們相信這是科技進步的成果。它更讓人類懂得，數字時代的發(fā)展將改變人類的生活，將加快科學技術的發(fā)展。本設計主要應用at89c51芯片作為控制核心，紅外發(fā)送和接收電路、lcd液晶屏顯示、直流電機、光電傳感器、行列式鍵盤相結合的系統(tǒng)。充分發(fā)揮了單片機的性能。其優(yōu)點硬件電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等特點，具有一定的使用和參考價值。1.4 本章小結 本章主要講述紅外遙控小車所應用的技術目前的發(fā)展背景，闡明這次設計的目的，概括這次設計的主要任務及要求，并表述了紅外遙控小車所代表的時代意義。第2章 總體方案設計2.1 系統(tǒng)原理框圖按照設計要求，系統(tǒng)可以分為以下幾個基本功能模塊：無線遙控模塊

21、、顯示模塊、避障模塊、循跡模塊、顯示模塊、電機驅動模塊以及報警模塊等。將系統(tǒng)拆分成以上的這些基本功能模塊后，再根據各個模塊所要完成的功能分別去設計，也就是按照“逐步求精”的思想去設計本系統(tǒng)，這將使設計工作細化，也有助于制定進度安排。根據設計內容及要求將各個模塊系統(tǒng)組架起來，畫出系統(tǒng)原理框圖，見圖2-1。報警模塊主控系統(tǒng)電機驅動模塊遙控接收模塊循跡模塊避障模塊顯示模塊遙控發(fā)射模塊遙控器芯片復位模塊時鐘振蕩模塊電源模塊圖2-1 系統(tǒng)原理框圖2.2 主要功能模塊方案設計與論證本章節(jié)主要介紹的是主控模塊、電機驅動模塊、循跡模塊、避障模塊、遙控發(fā)射模塊和電源模塊的方案設計與論證，選出最適宜的方案。2.2

22、.1 主控系統(tǒng)方案設計與論證根據設計要求，我認為此設計屬于多輸入量的復雜程序控制問題。據此，擬定了以下兩種方案并進行了綜合的比較論證，具體如下：方案一：選用一片cpld（如epm7128lc84-15）作為系統(tǒng)的核心部件，實現控制與處理的功能。cpld具有速度快、編程容易、資源豐富、開發(fā)周期短等優(yōu)點，可利用vhdl語言進行編寫開發(fā)。但cpld在控制上較單片機有較大的劣勢。同時，cpld的處理速度非?？欤≤嚨男羞M速度不可能太高，那么對系統(tǒng)處理信息的要求也就不會太高，在這一點上，mcu就已經可以勝任了。若采用該方案，必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。為此，我們不采用該種方案，進而提出了

23、第二種設想。方案二：采用單片機作為整個系統(tǒng)的核心，用其控制行進中的小車，以實現其既定的性能指標。充分分析我們的系統(tǒng)，其關鍵在于實現小車的自動控制，而在這一點上，單片機就顯現出來它的優(yōu)勢-控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等優(yōu)點。因此，這種方案是一種較為理想的方案。針對本設計特點-多開關量輸入的復雜程序控制系統(tǒng)，需要擅長處理多開關量的標準單片機，而不能用精簡i/o口和程序存儲器的小體積單片機，d/a、a/d功能也不必選用。根據這些分析,我選定了at89c51單片機作為本設計的主控裝置，51單片機具有功能強大的位操作指令

24、，i/o口均可按位尋址，程序空間多達8k，對于本設計也綽綽有余，更可貴的是51單片機價格非常低廉。2.2.2 電機驅動模塊方案設計與論證方案一：采用繼電器對電動機的開或關進行控制,通過開關的切換對小車的速度進行調整.此方案的優(yōu)點是電路較為簡單,缺點是繼電器的響應時間慢,易損壞,壽命較短,可靠性不高。方案二：采用電阻網絡或數字電位器調節(jié)電動機的分壓，從而達到分壓的目的。但電阻網絡只能實現有級調速，而數字電阻的元器件價格比較昂貴。更主要的問題在于一般的電動機電阻很小，但電流很大，分壓不僅回降低效率，而且實現很困難。方案三：采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。線性型驅動的電路結構和原理簡

25、單，加速能力強，采用由達林頓管組成的 h型橋式電路(如圖2-2)。用單片機控制達林頓管使之工作在占空比可調的開關狀態(tài)下，精確調整電動機轉速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高，h型橋式電路保證了簡單的實現轉速和方向的控制，電子管的開關速度很快，穩(wěn)定性也極強，是一種廣泛采用的 pwm調速技術?，F市面上有很多此種芯片，我選用了l298n。這種調速方式有調速特性優(yōu)良、調整平滑、調速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實現頻繁的無級快速啟動、制動和反轉等優(yōu)點。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。圖2-2 h橋式電路2.2.3 顯示模塊方案設計與論證方

26、案一：采用數碼管靜態(tài)顯示，一個鎖存器對應一個數碼管。此方案雖然軟件設計比較簡單，但是硬件設計相對復雜，并且用數碼管進行狀態(tài)顯示很不直觀。方案二：采用數碼管動態(tài)顯示，利用視覺暫留效應，通過對數碼管進行不停的掃描來產生視覺效果。這樣硬件設計簡單，但軟件設計復雜，并且要占用太多cpu時間。對于本系統(tǒng)來說，由于cpu任務多，時間資源有限，此方案反而會使系統(tǒng)變得復雜而且難以調試。并且用數碼管顯示不直觀。方案三：為了能直觀的顯示出小車的各種狀態(tài)，這里使用lcd液晶屏顯示這樣不僅能直觀的顯示出小車的運動狀態(tài)，而且能顯示小車的運動模式。軟件部分可以直接調用液晶屏對應的顯示子程序，漢字代碼可以在漢字顯示字庫里查

27、詢，直觀方便。綜上方案，方案三直觀方便， 是我設計最佳的狀態(tài)顯示方案。2.2.4 循跡模塊方案設計與論證方案一：采用簡易光電傳感器結合外圍電路探測，但實際效果并不理想，對行駛過程中的穩(wěn)定性要求很高，且誤測幾率較大、易受光線環(huán)境和路面介質影響。在使用過程極易出現問題，而且容易因為 該部件造成整個系統(tǒng)的不穩(wěn)定。故最終未采用該方案。方案二：采用2只紅外對管，分別置于小車車身前軌道的兩側，根據兩只光電開關接受到白線與黑線的情況來控制小車轉向來調整車向，測試表明，只要合理安裝好兩只光電開關的位置就可以很好的實現循跡的功能。只不過如果小車運動速度過快，由于慣性的緣故，左右只有一級方向控制傳感器的情況下，不

28、能很好地實現循跡功能，有可能跨國黑線，導致整個設計所要求的功能不能很好地實現，故未采納此方案。方案三：采用同時在底盤裝設4只紅外對管，進行兩級方向糾正控制，提高其循跡的可靠性。這4個紅外探測器的具體位置如圖2-3所示。圖中循跡傳感器共安裝4個，全部在一條直線上。其中r1與l1 為第一級方向控制傳感器， r2 與l2 為第二級方向控制傳感器。小車行走時，始終保持黑線在r1和l1這兩個第一級傳感器之間，當小車偏離黑線時，第一級傳感器一旦探測到有黑線，單片機就會按照預先編定的程序發(fā)送指令給小車的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)再對小車路徑予以糾正。若小車回到了軌道上，即4個探測器都只檢測到白紙，則小車會繼續(xù)行走；

29、若小車由于慣性過大依舊偏離軌道，越出了第一級兩個傳感器的探測范圍，這時第二級動作，再次對小車的運動進行糾正，使之回到正確軌道上去。可以看出，第二級方向傳感器實際是第一級的后備保護，從而提高了小車循跡的可靠性。通過比較，我選擇第三種方案來實現循跡功能。 r2l1r1l2圖2-3 小車底面仰視圖2.2.5 避障模塊方案設計與論證方案一：采用一只紅外對管置于小車中央。其安裝簡易，也可以檢測到障礙物的存在，但難以確定小車在水平方向上是否會與障礙物相撞，也不易讓小車做出精確的轉向反應。方案二：采用二只紅外對管分別置于小車的前端兩側，方向與小車前進方向平行，對小車與障礙物相對距離和方位能作出較為準確的判別

30、和及時反應。但此方案過于依賴硬件、成本較高、缺乏創(chuàng)造性，而且置于小車左方的紅外對管用到的幾率很小，所以最終未采用。方案三：采用超聲波傳感器置于小車右側，方向與小車前進方向平行，當前方出現障礙物時，超聲波傳感器會收到信號，并將傳給單片機，檢測距離調整在20cm內，即只有在20cm之內有障礙時小車才會做出避讓動作，在這個范圍之外的障礙小車不予處理。方案四：采用一只紅外對管置于小車右側。通過測試此種方案就能很好的實現小車避開障礙物，且充分的利用資源而不浪費。通過比較，我采用方案三。2.2.6 電源模塊方案設計與論證方案一：采用實驗室有線電源通過穩(wěn)壓芯片供電，其優(yōu)點是可穩(wěn)定的提供5v電壓，但占用資源過

31、大。方案二：采用4支1.5v電池單電源供電，但6v的電壓太小不能同時給單片機與與電機供電。方案三：采用8支1.5v電池雙電源分別給單片機與電機供電可解決方案二的問題且能讓小車完成其功能。所以，我選擇了方案三來實現供電。2.2.7 紅外線模塊方案設計與論證由于在遙控端的按鍵數目有多個，而紅外通道傳輸的只能是由0、1組成的串行代碼，所以需要在發(fā)射端對按鍵進行“并-串”編碼，在接收端相應的要進行“串-并”解碼。碼的波特率在收、發(fā)兩端應該是一致的。方案一：將紅外碼調制成38khz的脈沖信號通過紅外發(fā)射二極管將紅外碼發(fā)出。不過這些工作都由一塊集成電路完成，自己需要做的是搭建外圍電路，當選定一種型號的發(fā)射

32、ic后只要按照它的說明書上的典型電路搭建就可以了。開始時參照了電子制作上的一篇論文，使用的是nec的upd6121，但是后來發(fā)現這種芯片不是很好買到，即所謂的市場貨源不充足，這是電子制作必須考慮的問題，所以放棄了這款芯片，改選hotek的ht6221，他們的性能及其外圍電路幾乎相同。方案二：采用臺灣瑞昱公司生產的專用于遙控車模的cmos大規(guī)模集成電路tx-2/rx-2，該編解碼芯片具有5種控制功能，使用方便。tx-2的11腳和12腳之間接的電阻決定振蕩頻率；3腳接地；10腳接3-5v電源；14腳、1腳、4腳、5腳、6腳分別為5路發(fā)射控制端；9腳為發(fā)射指示端，當有按鍵按下時led1發(fā)光提示；7腳

33、為帶載波的編碼信號輸出端，即編碼信號已經內調制到38khz的載波上，該腳的信號通過一個npn型三極管放大后可直接驅動紅外發(fā)射二極管發(fā)射信號；8腳為不帶載波的編碼信號輸出端。接收電路rx-2的4腳和5腳之間接的電阻阻值要和tx-2的11腳、12腳間的電阻阻值接近，相差在20%之內方可正確的解碼，本設計中這兩個電阻都選用150k；2腳接地；13腳接3-5v電源；3腳接輸入信號，由一體化紅外接收頭1838輸出的信號需要加一個反向器才是正確的編碼信號；6腳、7腳、10腳、11腳、12腳為5路遙控命令的輸出端，分別和tx-2的5路輸入端的狀態(tài)相對應。另外，為了方便操作，可以將tx-2的5路功能擴展成9功

34、能，即在遙控發(fā)射端可以接9個按鍵。這是通過對原先的5路輸入進行組合得到的。通過比較，兩種方案都可實現無線遙控功能，不過方案二成本較高，所以選取方案一作為本次設計最終方案。2.3 本章小結本章將系統(tǒng)拆分成了若干個功能模塊，并且對系統(tǒng)關鍵部分進行了方案的分析與選擇。設計中采用一片at89c51單片機來實現所有功能，在軟件方面通過對結構的特殊設計，基本上實現了多任務并發(fā)運行，并且通過軟件的分層結構將功能實現和具體的硬件分離開，這將給后續(xù)的各模塊軟件的設計帶來方便。第3章 硬件設計3.1主控系統(tǒng)本設計采用芯片at89c51為主控芯片，下面開始介紹其結構特性和引腳功能。3.1.1 at89c51簡介at

35、89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperom-falsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機。at89c2051是一種帶2k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，at89c2051是它的一種精簡版本。at89c51單片機為很多嵌入式

36、控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。at89c51單片機見圖3-1。圖3-1 at89c51單片機3.1.2 at89c51功能部件和特性at89c51單片機具有如下功能部件和特性如下：（1）8位微處理器(cpu)；（2）數據存儲器（128b ram)；（3）程序存儲器（4kb flash rom）；（4）4個8位可編程并行i/o口（p0口、p1口、p2口、p3口）；（5）一個全雙工的異步串行口；（6）2個可編程的16位定時器/計數器；（7）1個看門狗定時器；（8）中斷系統(tǒng)具有5個中斷源、5個中斷向量；（9）特殊功能寄存器（sfr）26個；（10）低功耗節(jié)電模式有空閑模式和掉電模式，且具有

37、掉電模式下的中斷恢復模式；（11）3個程序加密鎖定位。3.1.3 at89c51引腳說明at89c51的引腳說明如下：vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為

38、低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當p2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。p2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口：

39、p3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當p3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下所示：p3口管腳 備選功能p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時器0外部輸入）p3.5 t1（記時器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數據存儲器寫選通）p3.7 /rd（外部數據存儲器讀選通）p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些

40、控制信號。rst：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。ale/prog：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。/psen：外

41、部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現。/ea/vpp：當/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內部鎖定為reset；當/ea端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：片內振蕩器反相放大器和時鐘放大器電路的輸出端。當使用片內振蕩器時，該引腳連接外部石英晶體和微調電容；當采用外接時鐘源時，該引腳接外部時鐘振蕩器的信號。xtal2：片內振蕩

42、器反相放大器的輸出端。當使用片內振蕩器時，該引腳連接外部石英晶體和微調電容；當采用外部時鐘源時，該引腳懸空。 3.2 電機驅動系統(tǒng)3.2.1 電機驅動電路由l298n 構成的pwm功率放大器的工作形式為單極可逆模式，pwm電路由四個大功率晶體管組成h橋電路構成，四個晶體管分為兩組，交替導通和截止，兩個h橋的下側橋晶體管發(fā)射極連在一起，1 腳和15腳可單獨引出連接電流采樣電阻器, 形成電流傳號。l298n 可驅動兩個電機, out l、out2 和out 3、out4 之間分別接兩個電動機。5、7、10、12 腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉, ena、enb 接控制使能端，用來輸入pwm信號

43、實現電機調速。這種調速方式有調速特性優(yōu)良、調整平滑、調速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實現頻繁的無級快速啟動、制動和反轉等優(yōu)點。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機，輸出腳sensea和senseb用來連接電流檢測電阻，vss接邏輯控制的電源。這些特性使得l298n很適合用作小型直流電機控制芯片。電機驅動電路原理圖見圖3-2。圖3-2 電機驅動電路3.2.2 l298n簡介l298n 是sgs 公司的產品。其內部包含4 通道邏輯驅動電路, 即內含二個h橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器，接收標準tt l 邏輯電平信號，可驅動46v、2a 以下的電機。l298

44、n見圖3-3圖3-3 l298n它的引腳2，3，13，14為l298n芯片輸入到電動機的輸出端，其中引腳2和3能控制兩相電機，對于直流電動機，即可控制一個電動機。同理，引腳13和14也可控制一個直流電動機。引腳6和11腳為電動機的使能接線腳。引腳5，7，10，12為單片機輸入到l298n芯片的輸入引腳。表3-1是其使能、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關系：表3-1 l298n芯片引腳的邏輯關系en a（b）in1（in3）in2（in4）電機運行情況hhl正轉hlh反轉h同in2（in4）同in1（in3）快速停止lxx停止控制使能引腳ena或者enb就可以實現pwm脈寬速度調整。1腳和15腳可單獨

45、引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信號，也可以直接接地。在可設計中就將它們直接接地。引腳8為芯片的接地引腳，它與l298n芯片的散熱片連接在一起。由于本芯片的工作電流比較大，發(fā)熱量也比較大，所以在本芯片的散熱片上又連接了一塊鋁合金，以增大它的散熱面積。該芯片的一些參數如下：(1) 邏輯部分輸入電壓：67v(2) 驅動部分輸入電壓vs：4.846v(3) 邏輯部分工作電流iss：36ma(4) 驅動部分工作電流io：2a(5) 最大耗散功率：25w（t=75）(6) 控制信號輸入電平：高電平：2.3vvinvss，低電平：-0.3vvin1.5v(7) 工作溫度：-25130(8) 驅動形式：

46、雙路大功率h橋驅動3.2.3 小車方向與速度控制智能小車首先要能實現直走，在行進中遇到障礙物時同時要能實現轉彎和倒退控制，才能避開障礙物。表3-2 控制電機轉向表p4_7-p4_4左電機右電機小車0000停轉停轉停止0001停轉正轉左前轉0010停轉反轉左后轉0100反轉停轉右后轉1000正轉停轉右前轉1001正轉正轉前進0110反轉反轉后退1010正轉反轉逆時針旋轉0101反轉正轉順時針旋轉（1）直走的實現原理由于小車每一側的輪子由同一側的電機控制，只要讓小車的左右兩側的輪子同時以相同速度正向旋轉，小車就會受到向前的作用力而向前運動，這樣就實現了小車的直走功能。由上表可知兩個電機都正轉的控制

47、組合為p4_7-p4_4為1001，也就是說只要把p4_7-p4_4設置為1001就實現了小車的前進功能。同理，只要讓兩個電機同時反轉，就實現了小車的倒退功能。此時的p4_7-p4_4端口數據為0110。（2）轉彎的實現原理智能車行進過程中要求能實現自動避開障礙物，因而需實現小車的轉彎功能。方案一：在設計中只要讓一側的電機停轉，讓另一側的電機正傳或反轉，這樣小車就會朝著一個方向偏轉。比如讓右側的輪子停轉，左側的輪子前傳，對應的端口p4_7-p4_4輸出狀態(tài)為0001，此時小車就會向右前方旋轉，最終實現右前轉。另外還有左前轉，右后轉，左后轉等動作，控制方法類似。但是這種轉彎的實現方案在實際測試中

48、并不十分理想，小車轉彎所走的弧線半徑比較大，有時近似在走直線。造成這種現象的原因是：小車轉彎是通過一側的輪子停轉，另一側的輪子正轉或者反轉實現的。但是由于慣性的作用，雖然一側的電機停轉了，另一側的輪子會帶著停轉的輪子一起運動，這樣小車偏轉的趨勢就不明顯，小車轉彎的半徑就會比較大，不能達到理想的目的。方案二：考慮到上述方案存在的缺陷，且小車本身重量過大，電源又太重，實在找不到電量大且重量輕的電源，我們研究出只有一邊正轉一邊反轉才能轉彎。且只要搭配恰當就能實現正常功能。（3）pwm調速原理at89c51單片機有集成的定時器產生pwm波形，我們可通過用它的一個定時器來產生占空比和頻率可調方波來控制電

49、機的轉速。調速部分直接連接到了單片機接口，只要在程序中進行合理的設置，在相應的端口就有pwm信號產生，加在小車電機兩端的電機就是pwm電壓信號。此時可以通過調整pwm的占空比，來改變電機兩端的平均電壓大小。這樣就通過pwm資源調節(jié)加在電機兩端的平均電壓，從而改變電機的轉速，最終實現調節(jié)小車速度的目的。3.3 循跡系統(tǒng)3.3.1 循跡原理小車循跡原理是小車在畫有黑線的白紙 “路面”上行駛，由于黑線和白紙對光線的反射系數不同，可根據接收到的反射光的強弱來判斷“道路”-黑線。筆者在該模塊中利用了簡單、應用也比較普遍的檢測方法-紅外探測法。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質

50、的特點。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色地面時發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車上的接收管接收不到信號，再通過lm324作比較器來采集高低電平，從而實現信號的檢測。避障亦是此原理。3.3.2 tcrt5000光電對管簡介在小車具體的循跡行走過程中，我選用tcrt5000型光電對管。tcrt5000傳感器的工作原理與一般的紅外傳感器一樣,一傳一感.tcrt5000具有一個紅外發(fā)射管和一個紅外接收管.當發(fā)射管的紅外信號經反射被接收管接收后,接收管的電阻會發(fā)生變化,在電路上一般以電壓的變化形式體現出來,而經過adc轉換或lm324等

51、電路整形后得到處理后的輸出結果.電阻的變化起取于接收管所接收的紅外信號強度,常表現在反射面的顏色和反射面接收管的距離兩二方面.硬件參考原理圖如圖3-4所示。圖3-4循跡原理圖3.3.3 lm324比較器lm324四比較器功能應用。lm324集成塊內部裝有四個獨立的電壓比較器，該電壓比較器的特點是： (1)失調電壓小，典型值為 2mv； (2)電源電壓范圍寬，單電源為 2-36v，雙電源電壓為±1v-±18v； (3)對比較信號源的內阻限制較寬； (4)共模范圍很大，為 0（ucc-1.5v）vo； (5)差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓； (6)輸出端電位可靈活方

52、便地選用。lm324類似于增益不可調的運算放大器。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇 lm324輸入共模范圍的任何一點），另一端加一個待比較的信號電壓。當“+”端電壓高于“-”端時，輸出管截止，相當于輸出端開路。當“-”端電壓高于“+”端時，輸出管飽和，相當于輸出端接低電位。兩個輸入端電壓差別大于 10mv就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉換到另一種狀態(tài)，因此，把 lm324用在弱信號檢測等場合是比較理想的。lm324的輸出端相當于

53、一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選 3-15k）。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。因為當輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。3.4 避障系統(tǒng)3.4.1 避障原理采用一只紅外對管置于小車右側。通過測試此種方案就能很好的實現小車避開障礙物，且充分的利用資源而不浪費。其原理與循跡一樣，利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質的特點。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色地面時發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外

54、光被吸收，則小車上的接收管接收不到信號，再通過lm324作比較器來采集高低電平，從而實現信號的檢測。具體來說，當小車行進過程中，如果遇到障礙，紅外檢測頭亮燈時，收到一個低電平，左電機停止工作，右電機正常工作，小車左轉避開障礙。3.4.2 避障報警在小車行進過程中，如果小車前方發(fā)現障礙物，必然會被紅外傳感器捕捉到，將信號回饋給單片機，再由單片機控制報警電路，小車將會立即停止前進，發(fā)出報警。原理圖見圖3-5。圖3-5 報警系統(tǒng)3.5 無線遙控系統(tǒng)無線模塊由發(fā)射電路和接收電路兩部分組成，發(fā)射電路主要是是通過遙控器芯片ht6221控制，接收電路是用一體化紅外接收頭hs0038。3.5.1 紅外發(fā)射電路

55、 紅外發(fā)射電路是遙控器芯片ht6221將紅外碼調制成38khz的脈沖信號通過紅外發(fā)射二極管將紅外碼發(fā)出。電路原理圖見圖3-6。圖3-6 紅外發(fā)射電路圖中d6就是紅外發(fā)射二極管，r13是限流電阻47，由此可見，紅外發(fā)射管的電流是很大的，這是為了保證足夠的發(fā)射功率。d7是按鍵指示，在有按鍵按下時此二極管亮。ht6221的編碼規(guī)則是：當一個鍵按下超過36ms，振蕩器使芯片激活，如果這個按鍵按下且延遲大約108ms，這108ms發(fā)射代碼由一個起始碼(9ms)，一個結果碼(4.5ms)，低8位地址碼(9ms18ms)，高8位地址碼(918ms)，8位數據碼(918ms)和這8位數據碼的反碼 (918ms)組成，如果按鍵按下超過108ms仍未松開，接下來發(fā)射的代碼將僅由起始碼(9ms)和結束碼(2.5ms)組成。按照上圖的接法，k2k9的數據碼分