基于单片机的智能小车控制毕业论文
本科毕业设计（论文）基于单片机的智能小车控制专 业： 测控技术与仪器 姓 名： 咸蛋小超人 2013年 6 月基于单片机的智能小车控制 摘要：智能化作为现代电子产品的新趋势，是今后的电子产业的发展方向。智能化设计的电子产品可以按照预先设定的模式在一个环境里自动运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探、环境监测、智能家居等方面。基于单片机的智能小车控制就是其中的一个体现。本设计实现了一种基于51单片机的自动避障智能模型车系统，通过红外传感器采集路况信息，通过对检测信息的分析，自动控制转向电机转向，改变行驶路径，绕过障碍物，从而实现车稳定避障。本课题设计的智能小车，具有自动避障功能，超声波测距报警，无线电遥控等功能。 关键词：智能车；51单片机；避障；红外线Smart car based on SCM control Abstract：As a new trend of modern electronic products, intelligent is the developmental direction of electronic industry after then. Electronic products, which are intelligently designed, can automatically operate following the mode that is pre-set. Without the management of human beings, it can be used for scientific exploring, environmental monitoring, intelligent home furnishing, etc. One of the embodiments is the intelligent control car which is based on single chip microcomputer. In the design, an intelligent model car system based on MCU 51 has been realized. It can collect traffic information with infrared sensors. Meanwhile, by the analysis of information examined, it can transfer from automatic control to motor steering in order to change the route and dodge the obstacles so that the steady avoidance of the barrier can come true.In this paper, a car with the ability of intelligent judgment has been designed and made. It functions as the device which can dodge obstacles automatically, alarm with ultrasonic distance examination, and remote control by radio. Key words: Smart Cart;Single-chip 51;Obstacle Avoidance;Infrared目 录序 言3第1章 总体设计方案4 1.1课题任务分析4 1.2 方案论证41.2.1小车遥控部分51.2.2小车驱动部分6第2章 系统硬件构成72.1系统设计原理72.2主要元器件简介72.2.1 STC89C52RC简介72.2.2 NRF24L01无线收发芯片简介82.2.3 L298N芯片直流电机驱动模块92.2.4 红外避障模块92.2.5 HC-SR04超声波测距模块112.2.6 蜂鸣器驱动电路132.2.7 液晶显示电路132.2.8遥控部分独立按键电路14第3章 软件的设计与说明153.1软件设计153.2软件的说明163.2.1 遥控部分主程序流程163.2.2 24L01子程序流程图173.2.3 小车部分主程序流程图18第4章 调试与总结204.1硬件部分204.1.1硬件的焊接204.1.2 24L01无线电模块204.1.3 外接电源模块204.2 软件部分214.2.1 超声波模块214.3 小车联调214.4 调试的总结23参考文献24致 谢26附录27附件1 L298N电机驱动模块27附件2 小车侧视图28附件3 小车俯视图29附件4 小车的遥控部分30附件5 小车最终硬件图31附件6 程序清单321.遥控部分程序322.小车部分程序41附件7 元器件清单50 附件8 英文资料及中文翻译51序 言随着我国科学技术的进步，智能化和自动化技术越来越普及，各种高科技也广泛应用于智能小车和机器人玩具制造领域，使智能机器人越来越多样化。智能小车是一个多种高新技术的集成体，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等许多学科的知识，涉及到当今许多前沿领域的技术1。而智能电动车正是智能机器人的一种，具有不可估量的实际意义。智能车辆是一个运用计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术来实现环境感知、规划决策和自动行驶为一体的高新技术综合体。它在军事、民用和科学研究等方面已获得了应用，对解决道路交通安全提供了一种新的途径。随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究，许多国家已经把电子设计比赛作为创新教育的战略性手段。电子设计涉及到多个学科，机械电子、传感器技术、自动控制技术、人工智能控制、计算机与通信技术等等，是众多领域的高科技2。电子设计技术，它是一个国家高科技实例的一个重要标准，可见其研究意义很大。第1章 总体设计方案 1.1课题任务分析 当前的电动小汽车基本上采取的是基于纯硬件电路的一种开环控制方法, 或者是直线行使, 或者是在遥控下作出前进、后退、转弯、停车等基本功能。但是这不能满足某些特殊场合下的要求。基于此，本文设计了智能小车控制系统。智能小车是一个运用传感器、单片机、信号处理、电机驱动及自动控制等技术来实现环境感和自动行驶为一体的高新技术综合体，它在军事、民用和科学研究等方面已获得了应用。 通过各种选题之后，我们发现制作智能小车非常有意思，它唤起我们对玩具的革新思想，智能小车制作的兴趣。自己遇到过的汽车的功能是怎样的，想通过自己的手创作出属于自己的智能汽车。也夹杂一种童年时对玩具智能化的假想。所以我选定制作单片机智能小车。 通过这次设计，掌握51单片机的原理，了解简单传感器组成原理，初步掌握传感器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。同时通过本课题设计与装配、调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理论知识，建立单片机理论和实践的结合，了解传感器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。初步掌握传感器的调整及测试方法。提高动手能力和排除故障的能力。本设计采用直流减速电机，电机专用驱动芯片L298N进行电机驱动控制，主控芯片为STC89C52，测距部分采用超声波模块，控制器采用24L01无线电通信模块，自动避障部分采用红外收发模块。本次设计虽然只是一个演示模型，但是具有充分的科学性和实用性。首先我们根据交通路面的复杂情况，按照适当的比例制作出一个路况模型，包括弯道、直道以及路面上设置的障碍物等。在弯、直道上，小车沿着预定轨道自由行使，当小车遇到障碍物时，脉冲调制的红外线传感器将检测到的信号发送给单片机，单片机根据程序发出相应的控制信号控制小车自动避开障碍物。由无线模块控制小车进行倒车、前进、左转、右转等动作。 1.2 方案论证 1.2.1小车遥控部分方案一：小车的无线通信模块采用红外遥控，红外收发遥控是目前大部份遥控小车采用的遥控手段，红外遥控具有代码简单，操作性强的特点。如图1-1为红外遥控模块实物图。图1-1 红外遥控模块实物图 方案二：小车的通信模块采用无线电NRF24L01模块，NRF24L01是一款工作在2.42.5GHz，世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型SchockburstTM模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器。输出功率、频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置。如1-2为NRF24L01无线模块实物图。图1-2 NRF24L01无线模块实物图 方案论证：方案一中的红外遥控模块的信号传送距离有限，并且发送和接收的红外信号容易受到干扰。NRF20L01发射频率高，所受到的干扰影响较小，无线通信的距离比红外的要长许多。小车的遥控是小车的最主要的部分之一，所以选择NRF24L01无线通信模块，故选择方案一。 1.2.2小车驱动部分方案一：小车的电机驱动部分采用自己搭建的9012三极管电路来实行小车的驱动，9012三极管电路具有电路简单，操作方便的等特点。方案二：小车的电机驱动部分采用L298N芯片直流电机驱动模块，该模块具有较大的驱动带载能力，驱动部分端子供电范围Vs：+5V+35V，并且另外自带了5V、3V的输出端口。方案论证：本设计为4轮驱动的小车，对于小车驱动部分要求能够有较大的帯载能力，并且在小车的实际设计过程中，需要不同的输出电压来提供给小车的各个模块。因此综上所述采用方案二，小车的电机驱动部分使用L298N芯片直流电机驱动模块。第2章 系统硬件构成 2.1系统设计原理 本设计主要分为两部分：遥控部分和小车部分。遥控部分主要由电源电路，单片机最小系统，无线电模块组成，遥控部分的系统框图如图2-1所示。图2-1 遥控系统框图 小车部分由电源电路，单片机最小系统，显示电路，无线电木块，报警电路，超声波电路等电路模块组成，小车部分的系统框图如图2-2所示。图2-2 小车的系统框图 2.2主要元器件简介 2.2.1 STC89C52RC简介 常用的单片机有很多种：Intel8051系列、Motorola和M68HC系列、Atmel的AT89系列、台湾华邦(Winbond)W78系列、荷兰PiliPs的PCF80C51系列、MicrochiP公司系列4位单片机、台湾义隆的EM-78系列等1。本次设计最终选用了STC89C52单片机。本系统采用最常用的STC89C5
