电子信息工程毕业论文6.doc

毕 业 论 文题目： 智能小车 专业: 电子信息工程 班级: 09162 学生姓名: 指导老师: 答辩日期: 佛山职业技术学院2011年12月31日摘 要智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等等的用途。智能小车就是其中的一个体现。本次设计的简易智能电动车，采用AT89S52单片机作为小车的检测和控制核心；采用红外线接收对管来检测路上感应到的黑色轨道线，从而把反馈到的信号送单片机，使单片机按照预定的工作模式可控制小车预先设计好的路线或轨道行驶；采用霍尔元件A44E检测小车行驶速度；采用红外线检测来判断障碍物的位置；采用1602LCD实时显示小车障碍物的距离，小车停止行驶后，轮流显示小车行驶时间、行驶距离；采用L298来控制小车的里程。本设计结构简单，较容易实现，但具有高度的智能化、人性化，一定程度体现了智能。关键词： 单片机 红外线 红外对管 霍尔元件 1602LCD 目 录摘要1. 设计任务12.设计要求及原理分析12.1基本要求：12.2原理分析12.2.1电控系统分析12.2.2机械系统分析12.2.3传感器设置与布局分析13.传感器和总控电路的选型与工作方式选取23.1红外探测器的选型与工作方式24.方案比较与选择：44.1无线遥控模块：44.2显示模块：54.3测速模块：54.4 无线数据收发模块4.5 GPS定位模块：5最小系统图：96最终PCB板图：107 基站PCB版图8程序框图：109系统程序：1210 基站程序：.11调试16致谢17参考文献17附录一17附录二:18附录三：26附录四：271. 设计任务任务1：小车能够实现无线遥控，无线数据收发。任务2：小车能够实时测出行驶的速度，并通过液晶实时显示。任务3：小车能够实现GPS定位实时检测小车所在位置。任务4：小车能够把车速和位置信息通过无线数据收发方式送给服务器。2.设计要求及原理分析2.1基本要求：l 小车能够实时测距，可以考虑采用红外测距；l 小车的状态能够实时通过液晶显示；l 小车能够实现无线控制；2.2原理分析2.2.1电控系统分析速开关量，对于低速开关量复杂根据设计要求，我们认为此设计属于多输入量的复杂程序控制问题，并且输入量属于低程序控制应用单片机技术比较合适，初步计划使用单片机作为核心器件来完成本设计。我们的电机驱动是使用L298L298N的原理：L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，可以直接通过电源来调节输出电压；并可以直接用单片机的I/O口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。价格也比较便宜。2.2.2机械系统分析在题目中没有要求精确的转弯因此我们对前轮转弯节构不必进行改造2.2.3传感器设置分析通过题目分析我们得出我们需要检测小车的行驶速度，我们的红外对管来检测小车的速度在传感器的布局：我们在小车的两个后轮边装上红外对管，在车轮内装上黑白相干，面积相等的圆形硬纸片，方便红外的反射。3.传感器和总控电路的选型与工作方式选取3.1红外探测器的选型与工作方式红外探测器以其发射功率大、抗干扰能力强而在工业生产中有着广泛的应用，红外探测器按其工作模式可大致分为主动式与被动式，主动式红外探测器自带红外光源，通过对光源的遮挡、反射、折射等光学手段可以完成对被探测物体位置的判别。被动式红外探测器本身没有光源，通过接受被探测物体的特征光谱辐射来测量被探测物的位置、温度或进行红外成像。在本体中我们要利用红外探测器检测黑白两种不同的灰度和障碍物的距离，显然选用主动式红外传感器比较合适，系统的造价可以降低可靠性可以提高。红外发光管红外接收管分立元件型透射遮挡型反射型图1 主动式红外探测器的形式主动式红外传感器又可分为分立元件型、透射遮挡型和反射型（如图3.1示），分立元件型发光管与接收管相互独立，用户在使用时可以根据需要灵活的设定发光管与接受管的位置，并可利用棱镜、透镜等完成特殊的目的，缺点是装置麻烦。透射遮挡型和反射型通过塑料模具将发光管与接收管封装在一起，非常方便用户使用，在本题中“码盘红外探测器”我们使用透射遮挡型而对黑白灰度和障碍物的检测我们使用反射型。反射式光电传感器的光源有多种，常用的有红外发光二极管，普通发光二极管，以及激光二极管，前两种光源容易受到外界光源的干扰，而激光二极管发出的光的频率较集中，不容易被干扰，但传感器只能接收很窄的频率范围的光，且价格较贵。理论上光电传感器只要位于被测区域反射表面可受到光源照射又能被接收管接收到的测量范围就能进行光电检测，然而这是一种理想的结果。因为光的反射受到多种因素的影响，如反射表面的形状、颜色、光洁度，日光、日光灯照射等不确定因素。如果直接用发射和接收管进行测量将因为干扰产生错误信号，采用对反射光强进行测量的方法可以提高系统的可靠性和准确性。红外反射光强法的测量原理是将发射信号经调制后送红外管发射，光敏管接收调制的红外信号，原理如图 1所示。发射接收反 射 表 面 图2 红外发射接收原理 反射光强度的输出信号电压Vout 是反射面与传感器之间距离 x的函数，设反射面物质为同种物质时，x与 Vout 的响应曲线是非线性的，如图 2 所示。设定输出电压达到某一阈值时作为目标，不同的目标距离阈值电压是不同的。 同时，我们利用它对颜色敏感的特点，当检测物表面为黑色时，反射光很弱，接收端检测到的光线可以忽略，使接收端呈现一种状态，例如开关管截止；当被检测物表面为白色时，反射光强烈，发射端发射的红外线被接收端全部接收，使接收端呈现另一种相反的状态。4.方案比较与选择4.1无线遥控模块无线发射接收电路，遥控器的四位数据码对应模块的四路输出，可以方便的组成无线遥控发射接收电路，该产品广泛适用于广大电子爱好者的家庭、工业遥控类电子产品的设计和开发，可很好的作为单片机的信号输入源，特别适合大中院校学生电子电路设计、毕业设计中的遥控电路部分。 接收模块的七根引脚分别为D3、D2、D1、D0、GND、VT、VCC，其中VCC为DC5V的供电端，GND为接地端，VT端为解码有效输出端，只要发射器的数据码有输出，VT都能同步输出高电平；D3、D2、D1、D0是2262解码芯片的四位数据输出端，有信号时能输出5V左右的高电平，驱动电流约2mA，与发射器的四位数据码输出一一对应。接收模块不焊天线也能接收信号，为提高接收灵敏度，可以用一根长度约为23厘米的软导线直接焊接到天线孔处，图中RC所指的是振荡电阻，接收模块和发射器的震荡电阻需要匹配才能工作，我店接收模块用的是270K或者820K电阻，可以分别和1.5M或者4.7M振荡电阻的发射器配套使用。发射器可以用我店固定码四键遥控器或者带编码四路发射模块，如与其他发射器配套，则必须提供发射器相关参数。 接收板主要参数：工作频率：315M工作电压：DC5V工作电流：3mA(5.0VDC)工作原理：超再生 调制方式：ASK 编码芯片：SC2272（PT2272、PT2294），芯片兼容 灵敏度：优于-105dBm(50) 输出信号：非锁（M）  图 3 遥控模块4.2显示模块：我们使用的是LCD1602液晶显示器，因为数码管只能显示数字，显示很单一，1602是字符型液晶，显示字母和数字比较方便，控制简单，成本低。图5 LCD1602 显示4.3测速模块我们使用的是红外对管测速，3.11节有详细的介绍4.4 无线数据收发模块NRF24L01是一款工作在2.4-2.5GHz世界通用ISM频段的单片收发芯片，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 晶体放大器 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接口进行设置极低的电流消耗，当工作在发射模式下发射功率为6dBm时电流消耗为9.0mA 接受模式为12.3mA掉电模式和待机模式下电流消耗模式更低。球开放ISM 频段，最大0dBm 发射功率，免许可证使用。空旷100米，支持六路通道的数据接收1.低工作电压：1.93.6V低电压工作。2.高速率：2Mbps，由于空中传输时间很短，极大的降低了无线传输中的碰撞现象（软件设置1Mbps或者2Mbps的空中传输速率）。3.多频点：125 频点，满足多点通信和跳频通信需要。4.超小型：内置2.4GHz天线，体积小巧，15x29mm（包括天线）。5.低功耗：当工作在应答模式通信时，快速的空中传输及启动时间，极大的降低了电流消耗。6.低应用成本：NRF24L01 集成了所有与RF协议相关的高速信号处理部分，比如：自动重发丢失数据包和自动产生应答信号等，NRF24L01的SPI接口可以利用单片机的硬件SPI口连接或用单片机I/O口进行模拟，内部有FIFO可以与各种高低速微处理器接口，便于使用低成本单片机。7.便于开发：由于链路层完全集成在模块上，非常便于开发。自动重发功能，自动检测和重发丢失的数据包，重发时间及重发次数可软件控制 自动存储未收到应答信号的数据包自动应答功能，在收到有效数据后，模块自动发送应答信号，无须另行编程载波检测固定频率检测 内置硬件 CRC 检错和点对多点通信地址控制数据包传输错误计数器及载波检测功能可用于跳频设置可同时设置六路接收通道地址，可有选择性的打开接收通道标准插针Dip2.54MM间距接口，便于嵌入式应用.图6 24L01无线收发模块5最小系统图图7 单片机系统6最终PCB板图图8 PCB板图7 基站PCB版图图9 基站PCB板图8程序框图串口初始化LCD初始化无线遥控红外测速GPS定位LCD显示数据无线收送图10 程序框图9系统程序10 基站程序11调试能正确的按照遥控指令进行启动、左转、右转、停止;红外对管测速能正常运行,但反应不是很灵敏,显示出来的速度值不是很准确。无线收发开始时只能发送和接受一组数据，经过组员的讨论，从而很好的解决了这个难题。