毕业设计(论文)基于AT89S52单片机的无线遥控小车设计.doc
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1、 摘 要智能作为现代的新发明,是以后的发展方向,它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。智能电动车就是其中的一个体现。智能遥控技术是指实现对被控目标的遥远控制,在工业控制、航空航天、家电领域应用广泛。而红外线遥控也是一种无线、非接触控制技术,但是由于它具有抗干扰能力强,信息传输可靠,功耗低,成本低,易实现等显著优点,因此被诸多电子设备特别是家用电器广泛采用,并越来越多的应用到计算机系统中。该设计就是基于红外遥控技术而确定的设计类课题。系统以课题目的为设计目的,以STC90C516RD+单片机为核心来控制小车,要求利用红外线遥控器来控制小车的
2、运行方向和速度。其中小车驱动由L298N驱动电路完成,由于电机驱动使用性能优良的L298N芯片,使得电机运行速度稳定。电机采用容易控制的直流电机,通过测试小车能检测多种不同轨迹路线且运行稳定,实用性强,其所实现功能相当于简易机器人。速度由单片机输出的PWM波控制。整个系统电路结构简单,可靠性高。实验测试结果满足要求,本文着重介绍了该设计的硬件设计方法以及程序调试过程中的测试结果分析。本设计采用的技术有:(1) 红外线遥控技术;(2) L298N芯片的有效应用;关键字:AT89S52单片机;红外遥控;智能小车AbstractThe intelligent is a direction of de
3、veloping in the future that as a new modern invent. It can follow the automatic operation in an environment with the pre-set pattern, management without anybody; also can be applied to the use of scientific expiration. Intelligent car is one reflect of its features. Intelligent remote control techno
4、logy means charged with the target remote control, it widely used in industrial control, aerospace, home appliances field. However the infrared remote control is also a wireless, non-contact control technology, but it has a strong anti-interference ability, reliable information transmission, low pow
5、er consumption, cheaper easy to implement and other significant advantages. So it widely used in many electronic devices which especially household appliances and more and more applications used into the computer system. This design is based on the infrared remote technology design issues. This syst
6、em is designed with its topics purpose that uses STC90C516RD+ MCU as the core to control the car that with the using of infrared remote control to control the running direction and speed. The driver of the car is completed by the L298N driver module, because the L298N chip has a high excellent perfo
7、rmance so the speed of the motor is stability. The motor used a DC motor which is easy to control. We found the car can detect a variety of different track line running stability; strong practicality by the test of the car .Its function is equivalent to a simple robot. The speed of the car is contro
8、lled by PWM wave output under the microcontroller. The circuit of the whole system is simple structure and high reliability. The test results meet the requirements, this article focuses on the design of the hardware design and the process of debugging test results analysis.The technologies used in t
9、his design are(1) infrared remote control technology;(2) effective application of L298N chip;Key words: AT89S52 microcontroller;infrared remote control;intelligent car 目 录摘 要IAbstractII目 录I1 前言- 1 -1.1 智能小车的意义和作用- 1 -1.2 STC90C516RD+的特点和优势- 2 -2 设计要求和原理分析- 3 -2.1 设计任务- 3 -2.2 设计要求- 3 -2.3 原理分析- 3 -2
10、.3.1 红外接收芯片介绍- 3 -2.3.2 红外接收原理- 5 -2.3.3 红外发射原理- 6 -2.3.4 电机驱动原理- 7 -3 系统硬件设计- 9 -3.1 STC90C516RD+单片机最小系统电路设计- 9 -3.2 红外接收电路设计- 10 -3.3 电机驱动电路设计- 10 -3.4 稳压电路设计- 12 -4 系统软件设计- 13 -4.1 系统软件流程框图- 13 -4.2 红外遥控的编码和解码- 13 -5 系统测试- 15 -5.1 系统硬件测试- 15 -5.2 系统软件测试- 16 -5.3 系统测试结果分析- 16 -6 总结- 17 -6.1 总结- 17
11、 -6.2 展望- 17 -参考文献- 19 -附录- 20 -附录1元件清单- 20 -附录2 源程序- 21 -附录3设计实物图- 26 -附录4 系统原理图和PCB图- 28 -致谢- 29 -1 前言1.1 智能小车的意义和作用自第一台工业机器人诞生以来,机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高,并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中,制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。随着科学技术的发展,机器人的感觉传感器种类越来越多,其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航
12、系统,对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达,而基于图像的理解技术还很落后,机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD,目前的CCD已能做到自动聚焦。但CCD传感器的价格、体积和使用方式上并不占优势,因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的方法。机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物,感知导引线相当给机器人一个视觉功能。避障控制系统是基于自动导引小车(AVGauto-guide vehicle)系统,基于它的智能小车实现自动识别路线,判断并自动避开障碍,选择正确的行进路线。
13、使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作。该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分:传感器检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现自动避障功能,还可以扩展循迹等功能,感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线,选择正确的行进路线,并检测到障碍物自动躲避。基于上述要求,传感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像,只要求粗略感知即可,所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。智能小车的执行部分,是由直流电机来充当的,主要控制小车的行进方向和速度。单片机驱动直流电机一般有两种方案:第一,勿需占用单片机资源,直接选择有PWM功能的单片机
14、,这样可以实现精确调速;第二,可以由软件模拟PWM输出调制,需要占用单片机资源,难以精确调速,但单片机型号的选择余地较大。考虑到实际情况,本文选择第二种方案。CPU使用STC90C516RD+单片机,配合软件编程实现。1.2 STC90C516RD+的特点和优势STC90C516RD+系列单片机是宏晶科技推出的新一代超大容量/高速/低功耗的单片机,指令代码完全兼容传统8051单片机,12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择,内部集成MAX810专用复位电路,时钟频率在12MHZ以下,复位脚可直接接地。1增强型6时钟/机器周期,12时钟/机器周期8051CPU2工作电压:5.5V 3.8V
15、(5V单片机)/3.8V 2.4V(3V单片机)3工作频率范围:0-40MHZ,相当于普通8051的080MHZ。4用户应用程序空间4K/6K/7K/10K/12K/13K/16K/32K/40K/48K/56K/61K/字节5片上集成1280字节/512/256字节RAM6通用I/O口(35/39个),复位后为:P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口)7ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程/仿真器可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序,8K程序3 5秒即可完全一片8EEPROM功能9看门狗10内部集成MAX810专用复位电路,外部
16、晶体12MHZ以下时,可省外部复位电路,复位脚可直接接地。11共3个16位定时器/计数器,其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用12外部中断4路,下降沿中断或低电平触发中断,Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒13通用异步串行口(UART),还可用定时器软件实现多个UART14工作温度范围:0-75/-40 - +8515封装:LQFP-44,PDIP-40,PLCC-442 设计要求和原理分析2.1 设计任务系统采用输入电压为+5V,接上电源之后指示灯亮,采用SM0038红外接收器和普通解码方式的红外线遥控器来控制小车的方向。设计要求使用STC90C516RD+单片机
17、为核心红外遥控小车,控制小车的行进方向(前进、后退、左转和右转)以及指示灯提示改变方向提示。2.2 设计要求1遥控器控制小车的行进的方向(前进、后退、左转和右转);2指示灯在改变方向时发出提示。2.3 原理分析2.3.1 红外接收芯片介绍现在市面上有很多红外接收芯片,但是它们的接收原理都是大同小异,而且引脚一般都是三引脚的,但是三个引脚所代表的却有所不同,现在我主要介绍我的设计里面用到的接收芯片SM0038。SM0038是一个小型的红外遥控接收器件,电路内置P/N二极管和前置放大器,采用可红外滤波的环氧树能材料封装,SM0038的解调输出信号可以直接由微处理器解码,本电路的主要特点是可靠性好,
18、不易受环境干扰,并可以防止非控制信号的输出脉冲出现。它的主要特点是内置光电检测器和前置放大器,内置PCM频率滤波器,内置防电场干扰设计,输出电平与TLL和CMOS兼容,输出低电平有效,低功率消耗,不受环境光源干扰,可以连续进行数据发送(1200bit/s),输入脉冲串长度=10周期/脉冲串。红外遥控系统主要分为调制、发射和接收三部分,如图1 所示。 图1 红外遥控系统SM0038红外接收头为接收部分。一体化红外接收头,红外信号收发系统的典型电路如图所示,红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中,成为一体化红外接收头。内部电路包括红外监测二极管,放大器,限副器,带通滤波器,积分电路,比较器等。红外
19、监测二极管监测到红外信号,然后把信号送到放大器和限幅器,限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平,而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流信号进入带通滤波器,带通滤波器可以通过30khz到60khz的负载波,通过解调电路和积分电路进入比较器,比较器输出高低电平,还原出发射端的信号波形。注意输出的高低电平和发射端是反相的,这样的目的是为了提高接收的灵敏度。一体化红外接收头,如图2所示。 图2 红外接收头红外接收头的种类很多,引脚定义也不相同,一般都有三个引脚,包括供电脚,接地和信号输出脚。根据发射端调制载波的不同应选用相应解调频率的接收头。红外接收头内部放大器的增益很大,很容易引起干扰,因此在接收头的供
20、电脚上须加上滤波电容,一般在22uf以上。有的厂家建议在供电脚和电源之间接入330欧电阻,进一步降低电源干扰。SM0038电路内置带通滤波器、积分器和自动增益控制电路,以抑制各种干扰和噪声,避免产生不希望的非控制脉冲信号输出。数据信号和干扰信号的区别体现在载波频率、脉冲长度、工作周期上。数据信号应满足以下条件:1.载波频率应尽量接近带通滤波器中心频率;2.脉冲长度应有300us以上;3.对于脉冲长度在300us1.8ms的脉冲,脉冲间隙应不小于400us;4.对于脉冲长度在1.8ms以上的脉冲,脉冲间隙应在脉冲长度的1.3倍以上;5.每秒钟最多可接受1000个短脉冲信号当干扰信号出现时,其内部
21、电路仍然能正常接受数据信号,但是灵敏度会降低到避免产生非控制脉冲信号输出的程度。例如,下列干扰信号可以被电路抑制:1.直流光源(如白炽灯波,阳光等);2.38kHz或其他任何频率的连续信号;3.荧光灯的镇流器产生的,具有高频调制效应和低频调制效应的信号。2.3.2 红外接收原理红外接收头一般都是接收、放大、解调一体头,一般红外信号经接收头解调后,数据“0”和“1”的区别通常体现在高低电平的时间长短或信号周期上,单片机解码时,通常将接收头输出脚2连接到单片机的外部中断,结合定时器判断外部中断间隔的时间从而获取数据。重点是找到数据“0”与“1”间的波形差别。先讲一讲什么是红外线。我们知道人的眼睛能
22、看到的可见光按波长从长到短排列,以此为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.620.76um;紫光的波长范围为0.380.46m。比紫光波长还短的光叫紫外线,比红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控就是利用波长为0.761.5m之间的近红外线来传送控制信号的。接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压,它才能正常工作,亦即红外接收二极管在电路中应用时时反向运用,这样才能获得较高的灵敏度。红外接收二极管一般有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率一般都较小(100nW左右),所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱,因此就要增加高增益放大电路。
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