畢業(yè)論文-基于51單片機的電動輪椅智能速度控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

1、大連東軟信息學院本科畢業(yè)設計（論文）論文題目論文題目：基于51單片機的電動輪椅智能速度控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) 系 所：電子工程系 專 業(yè)：電子信息工程（微電子制造方向） 學生姓名： 學生學號： 指導教師： 導師職稱：導師 完成日期：2014年 4月 28日 大連東軟信息學院Dalian Neusoft University of Information畢業(yè)設計（論文）題目：基于51單片機的電動輪椅智能速度控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)設計（論文）的基本內(nèi)容： 本設計實現(xiàn)的電動輪椅智能速度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)輪椅的前進、后退及停止等常規(guī)功能外，額外設計了輪椅行進速度測試模塊，以便在輪椅行進速度過快的情況下可以做到

2、提示報警，以便用戶可以更安全的使用之。本設計是以STC12C5A60S2單片機為核心，以數(shù)字集成電路技術為基礎，軟件、硬件相結合，組成電動輪椅速度控制電路、實現(xiàn)了輪椅速度實時顯示、超速報警及當前時間顯示等功能，方便坐輪椅的人可以隨時了解當前時間及更好的控制速度，另外系統(tǒng)提供三個快捷鍵，主要用于遇到濕滑、顛簸和普通路況時，一鍵完成對速度的控制。本設計主要實現(xiàn)一個電動輪椅智能速度控制系統(tǒng)，包括輪椅的前進、后退、停止及速度測試等功能模塊，實物可完全演示常規(guī)輪椅的基本功能。系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。系統(tǒng)軟件部分由C語音編寫，易讀，可移植性好。要求實現(xiàn)對各個功能模塊中的主邏輯芯片的時序控制；硬

3、件部分主要設計一個正常工作的輪椅的程序控制器，輪椅在行進過程中，如果遇到不理想的路況，比如路滑、顛簸等狀況，可以選擇輪椅的對應按鍵，啟動相應的模式，這種一鍵設置模式有助于老人及殘疾人對輪椅速度的把握。本系統(tǒng)主要包括紅外測速模塊、LCD顯示模塊、電機驅動控制模塊、按鍵模塊及實時時鐘模塊等五個部分組成。畢業(yè)設計（論文）專題部分：題目：設計或論文專題的基本內(nèi)容：學生接受畢業(yè)設計（論文）題目日期 第 1 周指導教師簽字：年 月 日大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文） 摘要 IV基于51單片機的電動輪椅智能速度控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)摘 要隨著人口老齡化問題越來越嚴重以及生活水平的提高，人們對高齡老年人和殘疾人

4、的關注度日漸提高，這是一個龐大的特殊群體，需要社會的關愛，對輪椅等輔助步行工具需求日益迫切。因此面對這樣一個市場，智能輪椅的研究越來越多，越來越多的電動式輪椅進入消費者的視線。本設計實現(xiàn)的電動輪椅智能速度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)輪椅的前進、后退及停止等常規(guī)功能外，額外設計了輪椅行進速度測試模塊，以便在輪椅行進速度過快的情況下可以做到提示報警，以便用戶可以更安全使用。本設計是以STC12C5A60S2單片機為核心，以數(shù)字集成電路技術為基礎，軟件、硬件相結合，組成電動輪椅速度控制電路、實現(xiàn)了輪椅速度實時顯示、超速報警及當前時間顯示等功能，方便坐輪椅的人可以隨時了解當前時間及更好的控制速度，另外系統(tǒng)提供三個快

5、捷鍵，主要用于遇到濕滑、顛簸和普通路況時，一鍵完成對速度的控制。系統(tǒng)軟件部分由C語音編寫，易讀，可移植性好。要求實現(xiàn)對各個功能模塊中的主邏輯芯片的時序控制；硬件部分主要設計一個正常工作的輪椅的程序控制器，輪椅在行進過程中，如果遇到不理想的路況，比如路滑、顛簸等狀況，可以選擇輪椅的對應按鍵，啟動相應的模式，這種一鍵設置模式有助于老人及殘疾人對輪椅速度的把握。本系統(tǒng)主要包括紅外測速感知模塊、LCD顯示模塊、電機驅動控制模塊、按鍵模塊及實時時鐘模塊等五個部分組成。關鍵詞：智能輪椅，紅外測速感知，霍爾傳感器，電機驅動，單片機大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文） AbstractDesign and Imp

6、lementation of Intelligent Speed Electric Wheelchair Control System Based on 51 Single ChipAbstractWith the population aging problem is getting worse and the improvement of living standards, pay attention to the elderly and disabled rising, this is a huge special groups and need social care, other a

7、uxiliary tools for the needs of wheelchair increasingly urgent. The face of such a market, more and more research on intelligent wheelchair, electric wheelchair more and more into the consumers attention. The design and implementation of the intelligent speed electric wheelchair control system, the

8、wheelchair forward, backward, stop and other routine functions, additional design a wheelchair travel speed test module, so that in the case of a wheelchair traveling too fast can be prompted police to users can more safety.The design is based on STC12C5A60S2 microcontroller core, technology-based d

9、igital integrated circuits , software and hardware combined with the speed control circuit consisting of an electric wheelchair, wheelchair to achieve a real-time display speed, speed alarm and current time display function to facilitate wheelchair people can keep abreast of the current time and bet

10、ter control the speed of the other system provides three shortcut keys, mainly for the encounter slippery, bumpy road conditions and the general, a key to complete the speed control. System software written in part by C +, readability and portability is good. Required to achieve timing control for e

11、ach module of the main logic chips; hardware design of a major part of the work program controller normal wheelchair, wheelchair in the process of moving, if they are not ideal road conditions, such as slippery, bumpy and other conditions. You can select a wheelchair corresponding button, activate t

12、he corresponding mode, this mode helps to capture a key setting for the elderly and the disabled wheelchair velocity.The system includes an infrared speed sensing module, LCD display module is composed of four parts, motor drive control module and real-time clock module.Key words: Intelligent wheelc

13、hair, Infrared gun perception, Motor drivers, MCU大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文） 目錄目 錄 TOC o 1-3 u 摘 要 PAGEREF _Toc387684954 h IAbstract PAGEREF _Toc387684955 h II第1章 緒 論 PAGEREF _Toc387684956 h 11.1 課題的發(fā)展概況 PAGEREF _Toc387684957 h 11.2 課題研究目的與意義 PAGEREF _Toc387684958 h 11.3 課題的主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc387684959 h 2第2章系統(tǒng)總

14、體方案設計 PAGEREF _Toc387684960 h 32.1 系統(tǒng)方案 PAGEREF _Toc387684961 h 32.2單片機簡介 PAGEREF _Toc387684962 h 42.3 Altium Designer 10 PAGEREF _Toc387684963 h 42.4 傳感器介紹 PAGEREF _Toc387684964 h 52.5 測速原理簡介 PAGEREF _Toc387684965 h 52.5.1透光式測速傳感器 PAGEREF _Toc387684966 h 52.5.2霍爾開關測速 PAGEREF _Toc387684967 h 52.6軟件流

15、程圖 PAGEREF _Toc387684968 h 6第3章系統(tǒng)硬件設計 PAGEREF _Toc387684969 h 73.1 單片機的選擇 PAGEREF _Toc387684970 h 73.2.電機模塊的選擇 PAGEREF _Toc387684971 h 73.2.1電機的選擇 PAGEREF _Toc387684972 h 73.2.2L293D 參數(shù) PAGEREF _Toc387684973 h 83.2.3 L293D 特性 PAGEREF _Toc387684974 h 83.3 速度模塊設計 PAGEREF _Toc387684975 h 83.4 顯示模塊設計 PA

16、GEREF _Toc387684976 h 9第4章 系統(tǒng)電路設計 PAGEREF _Toc387684977 h 104.1 單片機最小系統(tǒng)電路設計 PAGEREF _Toc387684978 h 104.2 LCD電路設計 PAGEREF _Toc387684979 h 124.3直流電機驅動電路的設計 PAGEREF _Toc387684980 h 144.4速度檢測電路的設計 PAGEREF _Toc387684981 h 144.5 實時時鐘電路的設計 PAGEREF _Toc387684982 h 164.6 按鍵模塊電路設計 PAGEREF _Toc387684983 h 17第

17、5章系統(tǒng)主要驅動程序 PAGEREF _Toc387684984 h 185.1 DS1302主要驅動程序 PAGEREF _Toc387684985 h 185.2 LCD1602主要驅動程序 PAGEREF _Toc387684986 h 195.3測速模塊主要驅動程序 PAGEREF _Toc387684987 h 205.4按鍵模塊主要驅動程序 PAGEREF _Toc387684988 h 21第6章系統(tǒng)調試 PAGEREF _Toc387684989 h 236.1 系統(tǒng)硬件調試 PAGEREF _Toc387684990 h 236.2 系統(tǒng)軟件調試 PAGEREF _Toc38

18、7684991 h 246.3 系統(tǒng)整體調試 PAGEREF _Toc387684992 h 24第7章結論 PAGEREF _Toc387684993 h 25參考文獻 PAGEREF _Toc387684994 h 26致 謝 PAGEREF _Toc387684995 h 27大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文）- 第1章 緒 論隨著人口老齡化問題越來越嚴重以及生活水平的提高，人們對高齡老年人和殘疾人的關注度日漸提高，這是一個龐大的特殊群體，需要社會的關愛，對輪椅等輔助步行工具需求日益迫切。為了幫助他們提高行動自由及更好的融入社會，本文介紹了一種新型的智能速度控制的電動輪椅。1.1 課題的發(fā)

19、展概況自1986年英國開始研制第一輛智能輪椅以來，智能輪椅逐步發(fā)展起來。由于各個研究的方法及目的不盡相同，每種輪椅解決的問題和達到的能力不同。起初的研究，賦予輪椅都是簡單運動、速度控制等低級控制。隨著機器人控制技術的發(fā)展，智能輪椅在原有的基礎上有更好的適應性和交互性。根據(jù)用戶的殘障程度及特殊需求而建造多功能的系統(tǒng)，研究了系統(tǒng)的模塊化和靈活性，也著重開發(fā)了人機界面，使輪椅更加人性化，易于控制。傳統(tǒng)智能輪椅的開發(fā)，是基于語音的人機界面，有超聲波和紅外傳感器組成的感知系統(tǒng)，可以探測障礙及突發(fā)不平地面。隨著智能輪椅的不斷發(fā)展，認識到系統(tǒng)必須是多功能的，不僅應適應殘障人士的生理和認知能力，也應該適應環(huán)境

20、。我國智能輪椅研究起步較晚，且較國外比起來，功能和靈活性上有一定的差距，雖然說智能輪椅技術也有了很大的發(fā)展，從技術上也能滿足目前國內(nèi)各種殘障人士和高齡老年人的需要，但實用性上還需要進一步提高。有些技術仍處于研發(fā)和試驗階段，成本也較高，結構化、系統(tǒng)化不強。因此，功能全面而又價格合理的智能輪椅的開發(fā)成了當今重要的課題。1.2 課題研究目的與意義因此面對這樣一個市場，智能輪椅的研究越來越多，越來越多的電動式輪椅進入消費者的視線，但由于大多電動式輪椅存在多個弊端，進口輪椅大多擁有較好的性能但是價格昂貴，超出了普通民眾的消費能力，而國內(nèi)較為普遍的電動輪椅車功能華而不實，因此現(xiàn)在大多家用或者醫(yī)院所用的仍然

21、是傳統(tǒng)手搖式輪椅。而使用到電動輪椅的人群，電動輪椅只是靠電機來控制速度，而不能智能有效的去控制速度。對于一些老年人和殘疾人來說，電動輪椅在安全可靠性方面體現(xiàn)出不足的一面。與現(xiàn)在市場上所出售的大部分的智能輪椅相比，本次設計中我們避開了一些華而不實的功能，更加看重的是系統(tǒng)的操作性，系統(tǒng)的實用性以及它的安全性。系統(tǒng)中的簡單幾個按鍵：前進、后退、左轉、右轉及停止按鍵設計的更加人性化，操作起來更為簡單方便。系統(tǒng)中的測速模塊可以實時測得輪椅行進的速度，當輪椅超速時，可以及時對輪椅進行減速，避免危險發(fā)生，使用戶的安全多了一份保障。本設計實現(xiàn)的電動輪椅智能速度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)輪椅的前進、后退及停止等常規(guī)功能外，

22、額外設計了輪椅行進速度測試模塊，以便在輪椅行進速度過快的情況下可以做到提示報警，以便用戶可以更安全的使用之。1.3 課題的主要內(nèi)容MCU采用STC12C5A60S2單片機作為主控制器，加上外圍電源晶振電路、直流電機驅動模塊、實時時鐘模塊、LCD顯示和聲音報警模塊組成。STC12C5A60S2單片機完全兼容8051系列單片機，系統(tǒng)資源十分豐富，完全滿足本系統(tǒng)設計需要。系統(tǒng)通過直流電機旋轉模擬輪椅行進過程，通過直流電機的轉速模擬輪椅的行進速度，通過紅外光感，進而實現(xiàn)對輪椅行進速度的測量。蜂鳴器、LCD1602顯示屏、實時時鐘的控制是使用單片機的IO管腳的TTL電平來驅動的。在單片機中除了電源、晶振

23、和接地端，其余管腳都可以直接和功能模塊的驅動管腳直接相連。本設計是以STC12C5A60S2單片機為核心，以數(shù)字集成電路技術為基礎，軟件、硬件相結合，組成電動輪椅速度控制電路、實現(xiàn)了輪椅速度實時顯示、超速報警及系統(tǒng)時間顯示等功能，方便坐輪椅的人可以隨時了解當前時間及更好的控制速度，另外系統(tǒng)提供三個快捷鍵，主要用于遇到濕滑、顛簸和普通路況時，一鍵完成對速度的控制。本設計主要實現(xiàn)一個電動輪椅智能速度控制系統(tǒng)，包括輪椅的前進、后退、停止及速度測試等功能模塊，實物可完全演示常規(guī)輪椅的基本功能。系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。系統(tǒng)軟件部分由C語音編寫，易讀，可移植性好。要求實現(xiàn)對各個功能模塊中的主邏

24、輯芯片的時序控制；硬件部分主要設計一個正常工作的輪椅的程序控制器，輪椅在行進過程中，如果遇到不理想的路況，比如路滑、顛簸等狀況，可以選擇輪椅的對應按鍵，啟動相應的模式，這種一鍵設置模式有助于老人及殘疾人對輪椅速度的把握。本系統(tǒng)主要包括測速感知模塊、LCD顯示模塊、電機驅動控制模塊及實時時鐘模塊與按鍵模塊等五個部分組成。 大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文）第2章系統(tǒng)總體方案設計2.1 系統(tǒng)方案本設計為基于51單片機的電動輪椅智能速度控制系統(tǒng)，是以數(shù)字集成電路技術為基礎，以STC12C5A60S2單片機為核心，軟件、硬件相結合，組成電動輪椅的速度測試系統(tǒng)、實現(xiàn)了實時時間顯示、速度測試，超時報警，并且

25、通過LCD來指示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。本設計主要實現(xiàn)一個基于51單片機的電動輪椅智能速度控制系統(tǒng)，包括實時時鐘的設置、當前系統(tǒng)時間的顯示、直流電機的驅動、速度測試等，實物可完全演示輪椅的速度測試及調整等功能。系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。系統(tǒng)軟件部分由C語言編寫，易讀，可移植性好。要求實現(xiàn)對各個功能模塊中的主邏輯芯片的時序控制；硬件部分主要實現(xiàn)電動輪椅速度控制電路、實現(xiàn)了輪椅速度實時顯示、超速報警及當前時間顯示等功能，方便坐輪椅的人可以隨時了解當前時間及更好的控制速度，另外系統(tǒng)提供三個快捷鍵，主要用于遇到濕滑、顛簸和普通路況時，一鍵完成對速度的控制。系統(tǒng)軟件部分由C語音編寫，易讀，可移植性好1

26、。要求實現(xiàn)對各個功能模塊中的主邏輯芯片的時序控制；硬件部分主要設計一個正常工作的輪椅的程序控制器，輪椅在行進過程中，如果遇到不理想的路況，比如路滑、顛簸等狀況，可以選擇輪椅的對應按鍵，啟動相應的模式，這種一鍵設置模式有助于老人及殘疾人對輪椅速度的把握。系統(tǒng)結構框圖如圖2.1所示。 圖2.1 系統(tǒng)結構框圖本次系統(tǒng)結構由速度檢測模塊、實時時鐘模塊、電機驅動模塊、液晶顯示模塊、蜂鳴器和鍵盤控制模塊幾部分構成。2.2單片機簡介單片機是一臺微型計算機。大家對計算機都非常熟悉，只要安裝相應的程序，它就能自動的完成相應的工作。單片機是一臺微型計算機，雖然功能沒有普通計算機那么強大，可是它的體積很小，在很多場

27、合下普通計算機不能完成的工作，單片機卻能出色的完成2。單片機雖然體積小，但“五臟俱全”，其內(nèi)部結構與普通計算機結構類似，也是由中央處理器（CPU）、存儲器和輸入/輸出（I/O）3大基本部分構成3。實際上就是把一臺普通計算機經(jīng)過簡化，濃縮在一小片芯片內(nèi)，形成了芯片級的計算機（single chip microcomputer），即單芯片微型計算機，簡稱單片機4。單片機的特點：首先，一片單片機從功能上講相當于一臺微型計算機，可是價格卻很低，一片單片機價格一般在幾元到幾十元之間。而且，隨著科學技術的發(fā)展和市場競爭的需要，世界上生產(chǎn)單片機的各大公司都在不斷地采用新技術來提高單片機的性能，同時又進一步降

28、低其價格5。其次，在單片機的片內(nèi)，除了一般的必須具有的ROM、RAM、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)外，還盡可能地把眾多的各種外圍功能器件集成在片內(nèi)，減少了外部各芯片之間的連接，大大提高了單片機的可靠性和抗干擾能力6。最后，一般單片機的工作電壓為5V，有的單片機可以在1.83.6V的電壓下工作，而且，功耗將至A級7，即具有低電壓，低功耗的特點。2.3 Altium Designer 10最新發(fā)布的 Altium Designer10帶來了一個全新的管理元器件的方法。其中包括新的用途系統(tǒng)、修改管理、新的生命周期和審批制度、實時供應鏈管理等更多的新功能。可以更方便輕松地創(chuàng)建產(chǎn)品設計。Altium 的統(tǒng)一

29、的設計架構以將硬件，軟件和可編程硬件等等集成到一個單一的應用程序中而聞名。Altium Designer 10 提供了一個強大的高集成度的板級設計發(fā)布過程，它可以驗證并將你在設計和制造數(shù)據(jù)進行打包，這些操作只需一鍵完成，從而避免了人為交換中可能出現(xiàn)的錯誤8。發(fā)布管理系統(tǒng)簡化規(guī)范了發(fā)布設計項目的流程，或者更具體地說，是那些項目中定義的配置，直觀，簡潔而且穩(wěn)定。更重要的是，該系統(tǒng)可以被直接鏈接到后臺版本控制系統(tǒng)。新增的強大的預發(fā)布驗證手段的組合，用以確保所有包含在發(fā)布中的設計文件都是當前的，與存儲在版本控制系統(tǒng)中的相應的文件“主人”保持同步的文件，并且通過了所有特定的規(guī)則檢查（ERC, DRC等等

30、)，從而可以在更高層面上控制發(fā)布管理，并可保證卓越的發(fā)布質量。2.4 傳感器介紹傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能檢測到被測量的信息，并能將檢測到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。但是現(xiàn)在隨著社會要求的逐漸提高，單靠人們自身的感覺器官往往不足以研究自然現(xiàn)象和規(guī)律。要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，傳感器是獲取信息的主要途徑與手段，但是沒有相適應的傳感器也是不可能的。許多基礎科學研究的障礙，首先就

31、在于對象信息的獲取存在困難。為了滿足人們的不斷需求，因此就出現(xiàn)了傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長。所以傳感器技術的發(fā)展對今后世界上經(jīng)濟的發(fā)展，社會進步等發(fā)面有著重要的意義。正是因為如此，世界各國對傳感器技術的發(fā)展有著重要的關注。常見的傳感器類型有電阻式傳感器、稱重傳感器、溫度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器等。傳感器具有微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化等特點。本次設計中使用到的是光電傳感器和霍爾傳感器。2.5 測速原理簡介本次設計中，核心模塊即為速度測試。下面則介紹本次設計中使用到的兩種測速方法。2.5.1透光式測速傳感器透光式測速傳感器由帶孔或缺口的回盤、光源和光電管

32、組成。圓盤隨被測軸旋轉時，光線只能通過因孔或缺口照射到光電管上。光電管被照射時，其反向電阻很低，于是輸出一個電脈沖信號9。光源被圓盤遮住時，光電管反向電阻很大，輸出端就沒有信號輸出。這樣，根據(jù)圓盤上的孔數(shù)或缺口數(shù)，即可測出被測軸的轉速。圓盤孔或缺口數(shù)通常取為60，因此被測軸每轉一周時，光電變換器便可輸出60個脈沖信號。若取電子計數(shù)器的時基信號為1s，則可直接讀出被測軸轉速。2.5.2霍爾開關測速霍爾開關測速利用的是霍爾傳感器，而霍爾傳感器則是利用霍爾效應為原理來進行測速的?；魻栃串斢袔щ娏Ｗ?，電子或者是空穴穿過有磁場的領域時，電子或空穴會受到洛侖磁力的影響，從而發(fā)生了偏轉，會導致在本來是垂

33、直的電流和磁場在橫向的方向產(chǎn)生一個新的電場。我們就是利用傳感器在表面接近磁場時產(chǎn)生一個磁場的變化，并將這個變化變成一個信號傳遞給單片機系統(tǒng)來進行測速的，具體的就是在輪子上一個固定位置安裝傳感器，在旋轉部件上與之相對的地方安裝一個小磁鐵，每當旋轉部件轉一圈，傳感器就會發(fā)出一個中斷信號，這樣我們就可以通過這些中斷信號來進行測速了。2.6軟件流程圖 系統(tǒng)上電后，軟件會對系統(tǒng)進行初始化，包括對各種變量初始化，LCD1602液晶顯示初始，串口和定時器的設置初始化，有了這些初始化才能保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可靠性和正確性。軟件控制流程圖如圖2.2所示。圖2.2 軟件控制流程圖系統(tǒng)中包含按鍵對系統(tǒng)參數(shù)進行相關設置，實

34、時時鐘可以實現(xiàn)記錄當前系統(tǒng)時間光電傳感器用于實現(xiàn)輪椅轉速的測速的測量，L293D用于實現(xiàn)直流電機的驅動，LCD1602用于顯示系統(tǒng)的當前進程、相關參數(shù)及系統(tǒng)狀態(tài)。第3章系統(tǒng)硬件設計3.1 單片機的選擇對于電動輪椅的CPU的選擇方面，我們考慮選擇價格低廉，接口資源豐富的一種性價比較高的CPU。 現(xiàn)階段對于我們來說，51單片機是最為熟悉的。51單片機按位數(shù)分可分為有低檔的4位機、8位機、16位機、32位機。其中，低檔的4位機、8位機屬于早期生產(chǎn)的初級單片機，尋址范圍不大于4KB，且無串行口。當前廣泛應用的是高檔的8位機，這類單片機已能滿足控制領域中多數(shù)場合的需求10。因此在本設計中采用處理數(shù)據(jù)的單

35、片機是MSC-51系列的單片機。不但價格便宜，技術成熟，而且也非常容易在PROTUES中進行仿真，非常適合我們這樣剛剛入門的初學者。在選擇單片機的型號時，首先考慮的是AT89C51系列單片機。AT89C51具有很高的性價比，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也很高，但是在對其進行系統(tǒng)調試和下載程序時，每次都需要特殊的編程機才能給系統(tǒng)下載程序和對系統(tǒng)進行調試，所以相對麻煩。所以就從新考慮了另一種型號，就是STC89C51系列單片機。這種單片機下載程序時只需要串口下載就可以了，只需要使用一根串口線就可以完成對單片機進程程序的下載與調試。另外，STC89C51系列單片機在價格上也占有一定的優(yōu)勢，比AT89C51單片機每片

36、要便宜2-5元錢。在資源上也遠遠多于AT89C51單片機，無論是在中斷、時鐘還是在內(nèi)存方面都要優(yōu)越于AT89C51單片機。因此本設計是以STC12系列單片機為基礎而設計的。具體的單片機型號是STC12C5A60S2單片機。STC12C5A60S2系列單片機是由宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速/低功耗/超抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。但速度要快8-12倍，內(nèi)部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換（250K/S，即25萬次/每秒）。 主要特點：高速，比普通8051快8-12倍；寬電壓，3.3-5.5V；低功耗設計（可

37、由任意一個中斷喚醒）；芯片內(nèi)EEPPOM功能，擦寫次數(shù)在10萬次以上；8通道，10位高速ADC，2通道捕獲，4個16位定時器，兼容普通8051的定時器T0/T1，2路PCA實現(xiàn)2個定時器；通用I/O口（36/40/44個）等。3.2.電機模塊的選擇3.2.1電機的選擇小型電機分為直流電機和步進電機。直流電機具有調速特性好，調速方便、平滑，調速范圍廣；能承受頻繁沖擊負載，過載能力強；能實現(xiàn)頻繁快速、制動以及逆向旋轉的特點11。步進電機，顧名思義，就是一步步走的電動機，所謂“步”指的是轉動角度，一般每步位1.8度，若轉一圈，就需要200步才能完成。步進電機每走一步，就要加一個脈沖信號，也成激磁信號

38、。無脈沖信號輸入時，轉子保持一定的位置，維持靜止狀態(tài)。若加入適當?shù)拿}沖信號時，轉子則會以一定的步數(shù)轉動。所以步進電機可以完成對角度需要精確控制的轉動12。由于本文考慮的輪椅速度控制是快速的轉動和快速的變速，而不是需要精確控制速度與變速角度，所以在電機的選擇上選擇的是直流電機。電機的型號為L293D。3.2.2L293D 參數(shù)L293D 基本參數(shù)如表3.1所示。表3.1 L293D基本參數(shù)表L293D 基本參數(shù)數(shù)值工作電壓 5V單通道輸出電流600 mA峰值輸出電流1.2 A輸出數(shù)4類型半橋式接下來我們介紹電機的特性。3.2.3 L293D 特性L293D每個通道的電流輸出能力達600 mA，每

39、個通道的峰值輸出電流達1.2 A（非重復），并且便于使能。L293D具有過溫保護，對于邏輯“0”輸入電壓高達1.5V（高抗噪性）。3.3 速度模塊設計本次設計中所涉及到的測速模塊有兩種，一種是槽型光電傳感器，另一種為霍爾傳感器。槽型光電傳感器是一個凹形的光槽，光槽的兩邊分別是各一個發(fā)射器和一個接收器，正常情況下，發(fā)射器所發(fā)出的紅外光直接被接收器所接收，此時是沒有信號改變的。當有物體遮住發(fā)射器的光時，接收器沒有接收到所發(fā)射的信號，會在單片機內(nèi)產(chǎn)生一個下降沿的信號，這時會有一個頻率的變化，這樣就產(chǎn)生了一次信號。我們可以利用遮擋的次數(shù)與時間來計算出當前的速度?；魻杺鞲衅鲃t是使用電磁和洛侖磁力來進行測

40、速的。在正常的情況下，霍爾傳感器感應器前方會有一個磁場。我們在模擬的輪子上安裝一塊小型的磁鐵，當輪子轉動時，磁鐵到感應器前方時，會切割霍爾感應器前磁場的磁感線，當有磁感線被切割時，同樣會在單片機內(nèi)產(chǎn)生一個下降沿的信號，我們也可以利用收集每次切割磁感線時的信號和所用的時間來計算當前的速度。3.4 顯示模塊設計現(xiàn)階段應用非常廣泛地位LCD液晶顯示器。LCD可分為兩種類型，一種是字符模式LCD，另一種是圖形模式LCD。其中，字符模式LCD是點陣型液晶顯示器，專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等。本次設計運用到的就是字符模式LCD。由于LCD的控制需要專用的驅動電路，一般不會單獨使用，二十將LCD面板、驅動

41、與控制電路組合成LCD模塊（Liquid Crystal display Moulde，簡稱為LCM）一起使用。目前，常用的有16字1行、16字2行、20字2行、40字2行等字符模塊。這些LCM顯然顯示數(shù)字不同，但是都有相同的輸入/輸出界面13。本次設計中使用的為LCD1602，LCD1602可以顯示16字2行的字符，驅動程序有嚴格的讀寫指令和數(shù)據(jù)的時序。并且有在給5V電壓對比度可調，功耗低，使用壽命長，可靠性高等特點。第4章 系統(tǒng)電路設計通過Altium Designer10 的設計，完成了對系統(tǒng)PCB電路的設計，其具體電路圖的設計如圖4.1所示。圖4.1 PCB電路圖下面我們通過對每個模塊

42、的電路講解來介紹這個電路。4.1 單片機最小系統(tǒng)電路設計本單片機的最小系統(tǒng)包括一個復位電路和一個時鐘電路。復位電路分為了上電復位電路和開關復位電路。本次設計使用的復位是上電復位電路，如圖4.2所示。 圖4.2 STC12C5A60S2單片機最小系統(tǒng)時鐘電路分為內(nèi)時鐘和外時鐘兩種模式，由于內(nèi)部時鐘產(chǎn)生的頻率太低，所以本設計中我們采用的是外部時鐘，當在XTAL1和XTAL2兩個引腳之間加上一個晶振，單片機內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激震蕩，產(chǎn)生時鐘信號，在晶振的兩側加上2060pF的瓷片電容起到了微調時鐘頻率的作用，可以使頻率變得更加穩(wěn)定。STC12C5A60S2系列單片機的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是各自獨

43、立編址的。STC12C5A60S2系列單片機的所有程序存儲器都是片上Flash存儲器，不能訪問外部程序存儲器，因為沒有外部訪問使能信號EA和程序存儲啟用信號PSEN。STC12C5A60S2系列單片機內(nèi)部有1280字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，其在物理和邏輯上都分為兩個地址空間：內(nèi)部RAM(256字節(jié))和內(nèi)部擴展RAM(1024字節(jié))。另外，STC12C5A60S2系列單片機還可以訪問在片外擴展的64KB外部數(shù)據(jù)存儲器。單片機的置位和復位，其目的都是為了把電路初始化到一個確定狀態(tài)。單片機實現(xiàn)電復位的原理是在其復位的引腳RST上外接電容和電阻。復位時在單片機內(nèi)部單片機是將存儲設備和一些寄存器裝入生產(chǎn)廠商預設

44、的一個值。一般來說，單片機復位電路的作用是把一個狀態(tài)機初始化到一個空的狀態(tài)。當復位電平持續(xù)兩個機器周期以上時復位有效單片機部，本文采用的是上電復位即上電后電容被放電、RST也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會保持一段時間的高電平來使單片機復位。4.2 LCD電路設計LCD1602的顯示電路如圖4.3所示。 圖4.3 LCD1602電路原理圖此LCD使用的是常用的16字2行（簡稱162）字符模塊，外形如圖所示。162LCD每行可以顯示16個字，可以顯示的行數(shù)位2行，有16個引腳，其中數(shù)據(jù)D0-D7與控制信號線RS、R/W、E用來與單片機連接，另外三只引腳為電源信號線VSS、VDD、VL，其各腳

45、功能如下表4.1所示。表4.1 LCD引腳功能表引腳符號 功能說明 1VSS接地2 VDD+5V3 VL調節(jié)液晶的對比度4 RS寄存器選擇 0：指令寄存器（WRITE）,位置計數(shù)器（READ） 1：數(shù)據(jù)寄存器（WRITE,READ）與P42相連5 R/WREAD/WRITE選擇 1：READ 0：WRITE 與P40相連 6 E使能信號端。讀寫使能，下降沿使能 與P41相連7 D0低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線8 D1 低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線9 D2低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線10 D3低4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線11 D4高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線12 D5高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線13 D6高4位三態(tài)、雙

46、向數(shù)據(jù)總線14 D7高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線15 BLA背光源正極16 BLK背光源負極 VL引腳對應接的一個10K歐的電阻的電位器，通過螺絲刀對電位器上螺絲進行調節(jié)，我們可以用來調節(jié)液晶顯示屏的對比度。LCD內(nèi)部有兩個寄存器，一個是指令寄存器IR，另一個是數(shù)據(jù)寄存器DR。IR用來存放由微控制器所送來的指令代碼，如光標歸為、清除顯示等；DR用來存放欲顯示的數(shù)據(jù)。顯示的次序是先把欲存放數(shù)據(jù)地址寫入IR，再把欲顯示的數(shù)據(jù)寫如DR，DR就會自動把數(shù)據(jù)送至相應的DD RAM或CG RAM地址，DD RAM是顯示數(shù)據(jù)的存儲器，用來存放LCD的顯示數(shù)據(jù)；CG RAM的字符產(chǎn)生器，用來存放自己設計的162點

47、圖形的顯示數(shù)據(jù)。LCD指令寄存器和數(shù)據(jù)寄存器的選擇如表4.2所示，通常R/W與RS信號線一起使用。表4.2 LCD寄存器的選擇 E R/W RS 功能說明 1 0 0寫入命令寄存器 1 0 1寫入數(shù)據(jù)寄存器 1 1 0 讀取忙碌標志及RAM地址 1 1 1 讀取RAM數(shù)據(jù) 1 X X 不動作 當RS=0時，選擇指令寄存器；RS=1時，選擇數(shù)據(jù)寄存器。當R/W=0時，數(shù)據(jù)寫入LCD控制器；當R/W=1時，到LCD控制器讀取數(shù)據(jù)。E：高電位使能信號線。4.3直流電機驅動電路的設計本次設計中使用的是直流電機，其電路原理圖為如圖4.4所示。圖4.4 直流電機的驅動電路本系統(tǒng)使用的直流電機驅動電路使用的

48、是微型電機驅動集成電路芯片L293D，支持VCC 4.53.6V，最大輸出電流為1A。由于其驅動能力有限，多應用于小型機器。4.4速度檢測電路的設計我們首先來介紹槽型光電傳感器，具體電路圖如下圖4.5所示。 圖4.5 槽型光電傳感器測速電路槽型光電傳感器的主要工作原理是利用光為媒介將輸入信號耦合到輸出端，光槽的兩邊分別是各一個發(fā)射器（紅外線發(fā)光二極管LED）和一個接收器（光敏半導體管），正常情況下，發(fā)射器所發(fā)出的紅外光直接被接收器所接收，此時是沒有信號改變的。當有物體遮住發(fā)射器的光時，接收器沒有接收到所發(fā)射的信號，這時接收器就會產(chǎn)生光電流，從輸出端輸出，會在單片機內(nèi)產(chǎn)生一個下降沿的信號，這時會

49、有一個頻率的變化，這樣就產(chǎn)生了一次信號14。本次測速就是利用轉盤通過開關計數(shù)，因為知道轉盤的直徑，所以可以通過圈數(shù)和時間來計算速度。接下來我們來介紹霍爾傳感器，其電路原理圖如圖4.6所示。圖4.6 霍爾傳感器電路圖由圖中可以看出，當外部沒有此貼切割磁感線時，系統(tǒng)內(nèi)沒有中斷信號，當有磁鐵切割磁感線時，內(nèi)部信號被中斷，此時會有一個下降沿的信號傳遞到單片機，與此同時，電路中的LED會亮一次，以便于我們知道有信號的產(chǎn)生。通過時間內(nèi)產(chǎn)生信號的次數(shù)，我們就可以知道輪子轉了多少圈，從而進行速度的計算。4.5 實時時鐘電路的設計時鐘一般是由走時、顯示調整時間3項基本功能組成，這些功能咋單片機時鐘里最主要由軟件

50、設計體現(xiàn)出來。其中，走時的部分利用單片機里的定時/計數(shù)器產(chǎn)生的中斷。如在代碼中設置定時器T0工作在模式0狀態(tài)下，設置每隔5ms中斷一次，中斷200次正好是1s。中斷服務程序里記載著中斷的次數(shù)，中斷200次為1秒，60秒為1分，60分為1小時，24小時為1天15。而調整時鐘時間是利用了單片機的輸入功能，把按鍵開關作為單片機的輸入信號，通過檢測被按下的開關，從而執(zhí)行賦予開關調整時間功能。因此，在設計程序時把單片機時鐘功能分解為走時，顯示和調整時間3個主要部分，每一部分的功能通過編寫相應的子程序來完成，然后再通過主程序調用子程序，使這3部分有機地連在一起，完成單片機的時鐘設計16。本設計設計實時時鐘

51、電路如下圖4.7所示。 圖4.7 實時時鐘電路本次設計時鐘電路模塊使用的硬件是DS1302。DS1302是一種實時時鐘電路，它具有低功耗，高性能，帶隨機存取存儲器等特點。它可以完成從秒，分，時到天，月，年的計時17。它所采用的三線接口可以與CPU進行同步通信，并且一次可以傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。內(nèi)部有一個可以用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但在原有的基礎上增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。4.6 按鍵模塊電路設計本次設計中設計到了6個按鍵，按鍵的連接又2種模式。一種是每個按鍵連接

52、到單片機的一個引腳上，另一種是將幾個按鍵并聯(lián)在一起連接一個引腳。將每一個按鍵給一個引腳的好處是對按鍵代碼編程較為方便，因為是直接連在引腳上的，所以只需要單片機給一個電頻信號即可執(zhí)行，但缺點是占用了更多的引腳。而將幾個按鍵并聯(lián)使用一個引腳，則需要在每個按鍵前加入一個電阻，本次設計中，為了節(jié)省引腳的使用，將幾個按鍵并聯(lián)起來連接在了一個引腳上。其電路原理圖如圖4.8所示。 圖4.8按鍵模塊設計圖當沒有按鍵按下時，可以看到5V的電壓是直接接地的，這時的電壓就是5V。當按下按鍵1時，經(jīng)過按鍵1是有2個電阻，然后到地，這是KEY引腳的電壓就變成了2.5V。電壓發(fā)生了變化，這是按鍵1的信號就產(chǎn)生了。當按鍵2

53、按下時，5V的電壓到地經(jīng)過了3個電阻，而KEY引腳的電壓則變成了3.3V，這就是按鍵2的電壓，按鍵2的信號也產(chǎn)生了。同理，給每個按鍵一個電壓大小的區(qū)間，使得每個按鍵能夠正常工作。大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文）第5章系統(tǒng)主要驅動程序系統(tǒng)主要包括的程序是速度檢測程序、實時時鐘驅動程序、LCD1602液晶顯示的驅動程序、L293D直流電機驅動程序以及按鍵設定程序。下面我們主要對這幾部分代碼進行部分說明。5.1 DS1302主要驅動程序人們最常用的十進制數(shù)，而在計算機中數(shù)是采用二進制表示的。但是，二進制的數(shù)寫起來太長，且不便閱讀與記憶，所以在計算機中一般采用的是十六進制的數(shù)來表示。所以在程序編寫是我

54、們使用的是BCD碼，選擇的種類為8421碼。大家知道十進制是09十個數(shù)組成，這十個數(shù)每個數(shù)都有自己的8421碼。它們之間的關系如表5.1所示：表5.1 十進制數(shù)與8421碼數(shù)值對應表十進制8421碼十進制8421碼00000501011000160110200107011130011810004010091001DS1302有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關，存放的數(shù)據(jù)位為BCD碼形式。所以我們對DS1302進行設置的時候，首先要把十進制的數(shù)轉化為BCD碼的形式，然后再按時序將其寫入，如對DS1302時間進行設置的操作如下：void Set_RTC(void)unsigned c

55、har i，*p，tmp;for (i=0; i7; i+) / 轉化為BCD格式：1字節(jié)其中高4位是十，低4位是個tmp = timedatai / 10;timedatai = timedatai % 10;timedatai = timedatai + tmp*16; Write_Ds1302(0 x8E，0 x00);/禁止寫保護p = write_rtc_address;for (i=0; i200)NoPowerBuzzerBeep();nSpeedT0=12;這是一段設定計時器的代碼。我們設定在有中斷信號是，計數(shù)器nTimes=0。當時間到5秒時，則在LCD顯示屏的第一行顯示：n

56、Times is：%06d。即每過5秒顯示一次產(chǎn)生多少次中斷信號，輪子轉動了多少圈。當輪子轉動圈數(shù)超過了200次時，使蜂鳴器報警。用來提示速度過高。5.4按鍵模塊主要驅動程序if(nADValue3400)/第一個按鍵while(nADValue4500)ShowADResult(4);nSpeedT0=5;if(nADValue4075) /第二個按鍵while(nADValue4500)ShowADResult(4);nSpeedT0=10;if(nADValue4350) /第三個按鍵while(nADValue4500)ShowADResult(4);nSpeedT0=15;上面這段代

57、碼顯示的是設定3個按鍵的代碼部分，這部分代碼主要是用來實現(xiàn)對不同路面進行速度一鍵控制的代碼。如設定第一個按鍵時，前文解釋過，當按下按鍵時，電壓會發(fā)生改變，經(jīng)過測試，會得出一個電壓的值。這時我們定義，當電壓小于4500mV時，并且電壓介于3400-3500之間時，我們給定一個速度nSpeedT0=5。之所以讓電壓介于3400-3500之間，是因為由于電阻電容器件的存在，會使電壓存在一定的偏差，這樣給定一個區(qū)間，會保證按鍵的正常使用。之后的第二個按鍵和第三個按鍵設定的原理與第一個按鍵相同，我們所給定的速度分別為10和15.這樣就可以完成3個按鍵對不同功能的使用了。大連東軟信息學院畢業(yè)設計（論文）第

58、6章系統(tǒng)調試設計完作品后，保證作品功能實現(xiàn)，對作品進行整體測試，測試包括軟件代碼功能測試和硬件功能實現(xiàn)測試。軟件代碼測試主要測試代碼是否能準確完成相應的功能，而硬件測試則在軟件代碼功能實現(xiàn)的基礎上對其性能進行調試。6.1 系統(tǒng)硬件調試 焊接前應對整個電路板進行檢查。首先，用萬用表對印制的電路板線路進行檢查，該過程是在焊接元器件之前的必要工作，主要是檢查印制的電路板線路是否有斷路的情況，如果檢查沒有問題，則可以對元器件進行焊接。焊接前對電阻、電容的量值要進行測量、篩選，選擇與電路中參數(shù)值一致的元器件，在選擇芯片時，要注意芯片與設計要求的型號、規(guī)格和安裝是否一致18。在焊接時，應將印制的電路板認真

59、對照原理圖，查看元器件的引腳焊接是否正確。電路板焊接完成后，需要對每個元器件的引腳逐個進行檢查，在檢查引腳時，我們應該從這幾個方面去檢查，首先是用萬能電表檢測各個引腳焊接的過程中是否有短路、開路、錯線等情況。應特別注意對硬件電源進行系統(tǒng)的檢查，避免電源出現(xiàn)短路的問題，抑或是電極出現(xiàn)偏差，系統(tǒng)總線出也必須進行悉心的檢測，例如對地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線之間進行系統(tǒng)的排查，看其是否有短路的狀況出現(xiàn)19。我們需要熟練的運用萬用電表，這樣可以極大的提高我們檢查的效率，縮短我們檢查時所需要的時間。另一方面我們要對元器件是否好用的問題進行排除，造成這類錯誤一般有兩個方面。一是我們買回來的元器件有可能是損

60、壞的，二是我們在進行焊接時出現(xiàn)焊接錯誤，導致元器件在通電時燒毀。最后我們要進行電源故障的排除，我們要對電源電壓的幅值和極性進行檢測，否則很容易造成集成模塊的損壞。檢查各部分沒有問題后，則可以進行上電測試。這一部分是系統(tǒng)硬件調試中的重要部分，在對其進行測試時，應該先測試各個模塊功能是否能夠實現(xiàn)，再將整個系統(tǒng)進行整體的測試，看能否完成預期的結果。在給系統(tǒng)通上電源之后，我們測試各個引腳是否都與器件相連，能否實現(xiàn)功能，如果沒有問題，則可以進行功能的檢測。 由于系統(tǒng)硬件較復雜，硬件電路裝配、焊接完成后，可能不能正常工作。為了方便調試，采用分塊調試的方法。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查VCC與G