毕业设计(论文)基于单片机的智能循迹小车控制电路设计.doc
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1、摘要AT89S52单片机是一款八位单片机,他的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。这里介绍的是如何用AT89S52单片机来实现智能小车的设计。本系统以设计题目的要求为目的,采用AT89S52单片机为控制核心,利用红外光电管检测道路上黑线,快慢速行驶,以及自动停车,自动寻迹和寻光功能。整个系统的电路结构简单,可靠性能高。实验测试结果满足要求,本文着重介绍了该系统的软硬件各模块设计方法及测试结果分析。采用的技术主要有:通过编程来控制小车循迹;使用PWM波来控制小车的速度和转向;光电管的有效应用。关键词: AT89S52单片机,光电检测器,PWM调速,智能小车abstractAT89S52 SC
2、M is a section 8 microcontroller, his usability and multi-functional received overwhelming support from users praise. Here introduces AT89S52 SCM is how to use to realize intelligent car design. This system to design the topic request, the purpose for AT89S52 SCM as control core, using infrared phot
3、otubes detection road black line speed, speed, and automatic parking, automatic tracing and making light function. The whole system circuit structure simple, reliable performance is high. The test results meet the requirements, the paper introduces the system hardware and software module design meth
4、od and the analysis of the testing resultThe technique to be used mainly include: through the programming to control the car follow the mark; using PWM wave to control the speed of the car and steering; phototubes effective application。Keywords: AT89S52 SCM, photoelectric detector, PWM motor speed,
5、intelligent cars目 录摘要IabstractII1 绪 论 1 1.1课题背景1 1.2课题研究的目的和意义 2 1.3本设计的内容及意义3 1.3.1 设计的内容3 1.3.2 本设计的意义3 2单片机的简述42.1 主要特性4 2.2管脚说明42.3振荡器特性6 2.4芯片擦除63 技术方案概要说明74 硬件电路的设计8 4.1系统基本原理分析 8 4.2 最小系统 84.3电源电路设计 94.4传感器电路 10 4.5电机驱动电路105 软件设计 125.1 程序设计总体思路125.2小车状态定义12 5.3程序主函数流程图145.4总结146 开发工具156.1 创建文
6、件 15 6.2 设计图纸尺寸 156.3 自制原理图元件156.4.原理图载入PCB板和自动布局 15 6.5 自动布局16 结论17 致 谢18参考文献19 附件20 1 绪 论1.1课题背景目前 ,在企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的环境下,智能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备。世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。移动机器人是机器人学中的一个重要分支,出现于20世纪06年代。当时斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen和charles Rosen等人,在1966年至1972年中研制出了取名sha
7、key的自主式移动机器人,目的是将人工智能技术应用在复杂环境下,完成机器人系统的自主推理、规划和控制。从此,移动机器人从无到有,数量不断增多,智能车辆作为移动机器人的一个重要分支也得到越来越多的关注。智能小车,是一个集环境感知、规划决策,自动行驶等功能于一体的综合系统,它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航及白动控制等技术,是典型的高新技术综合体。智能车辆也叫无人车辆,是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持安全距离、车速和巡航控制等功能。智能车辆的主要特点是在复杂的道路情况下,能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物
8、并沿着预定的道路(轨迹)行进。智能车辆在原有车辆系统的基础上增加了一些智能化技术设备:(1)计算机处理系统,主要完成对来自摄像机所获取的图像的预处理、增强、分析、识别等工作;(2)摄像机,用来获得道路图像信息;(3)传感器设备,车速传感器用来获得当前车速,障碍物传感器用来获得前方、侧方、后方障碍物等信息。智能车辆技术按功能可分为三层,即智能感知/预警系统、车辆驾驶系统和全自动操作系统团。上一层技术是下一层技术的基础。三个层次具体如下:(1)智能感知系统,利用各种传感器来获得车辆自身、车辆行驶的周围环境及驾驶员本身的状态信息,必要时发出预警信息。主要包括碰撞预警系统和驾驶员状态监控系统。碰撞预警
9、系统可以给出前方碰撞警告、盲点警告、车道偏离警告、换道/并道警告、十字路口警告、行人检测与警告、后方碰撞警告等.驾驶员状态监控系统包括驾驶员打吨警告系统、驾驶员位置占有状态监测系统等。(2)辅助驾驶系统,利用智能感知系统的信息进行决策规划,给驾驶员提出驾驶建议或部分地代替驾驶员进行车辆控制操作。主要包括:巡航控制、车辆跟踪系统、准确泊车系统及精确机动系统。(3)车辆自动驾驶系统,这是智能车辆技术的最高层次,它由车载计算机全部自动地实现车辆操作功能。目前,主要发展用于拥挤交通时低速自动驾驶系统、近距离车辆排队驾驶系统等。这种智能小车的主要应用领域包括以下几个方面:(1)军事侦察与环境探测现代战争
10、对军事侦察提出了更高的要求,世界各国普遍重视对军事侦察的建设,采取各种有效措施预防敌方的突然袭击,并广泛应用先进科学技术,不断研制多用途的侦察器材和探测设备,在车上装备摄像机、安全激光测距仪、夜视装置和卫星全球定位仪等设备,通过光缆操纵,完成侦察和监视敌情、情报收集、目标搜索和自主巡逻等任务,进一步扩大侦察的范围,提高侦察的时效性和准确性。(2)探测危险与排除险情在战场上或工程中,常常会遇到各种各样的意外。这时,智能化探测小车就会发挥很好的作用。战场上,可以使用智能车辆扫除路边炸弹、寻找和销毁地雷。民用方面,可以探测化学泄漏物质,可以进行地铁灭火,以及在强烈地震发生后到废墟中寻找被埋人员等。(
11、3)安全检测受损评估在工程建设领域,可对高速公路自动巡迹,进行道路质量检测和破坏分析检测;对水库堤坝、海岸护岸堤、江河大坝进行质量和安全性检测。在制造领域,可用于工业管道中机械损伤,裂纹等缺陷的探寻,对输油和输气管线的泄漏和破损点的查找和定位等。(4)智能家居在家庭中,可以用智能小车进行家具、远程控制家中的家用电器,控制室温等等。对这种小车的研究,将为未来环境探测术上的有力支持。1.2课题研究的目的和意义目前,国内外的许多大学及研究机构都在积极投入人力、财力研制开发针对特殊条件下的安全监测系统。其中包括研究使用远程、无人的方法来进行实现,如机器人、远程监控等。无线传输的发展使得测量变得相对简单
12、而且使得处理数据的速度变得很快甚至可以达到实时处理。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。通过构建智能小车系统,培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践过程中,熟悉以单片机为核心控制芯片,设计小车的检测、驱动和显示等外围电路,采用智能控制算法实现小车的智能循迹。灵活应用机电等相关学科的理论知识,联系实际电路设计的具体实现方法,达到理论与实践的统一。在此过程中,加深对控制理论的理解和认识。1.3本设计的内
13、容及意义1.3.1 设计的内容(1) 路面检测模块(2) 电源模块为5V(3) 直流电机的驱动模块电路,及相应的驱动程序(4) 控速模块(5) 循线功能电路及程序(6) 复位电路模块1.3.2 本设计的意义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。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的,本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。本设计就采用了比较先进的C51为控制核心, C51采用CHOMS工艺,功耗很低。该设计具有实际意义,可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面。尤其是
14、在足球机器人研究方面具有很好的发展前景;在考古方面也应用到了超声波传感器进行检测。所以本设计与实际相结合,现实意义很强。智能小车国内外研究现状。世界各国在智能微型车领域进行了很多研究,己经应用于各个领域,在探测和军事领域使用特别多。近年来,我国也开展了很多研究工作,以满足不同用途的需要。世界各国开发、研制星球探测车系统己经有了多年的历史。美国和前苏联是从20世纪60年代末期开始进行月球表面探测任务的。美国曾在1966-1968年间,向月球成功发射了两次无人巡游探测器。1997年,由美国JPL(全称JetPropulsion Laboratory,美国太空总署喷气推进实验室)研制的Sojourn
15、er号探测车登上了火星。它验证了小型火星车的性能,并完成了一系列技术试验。2004年1月,美国的“勇气号”和“机遇号”火星探测车再度登陆火星。前苏联在1959-1976年间,总共成功发射了两个月球探测车。单片机的应用领域越来越广泛,无论是在生活,生产上,单片机无处不在。ATMEL公司的AT89S52单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。AT89S51可以说是单片机领域的主流产品 ,其应用如此广泛,所以有必要去学习和应用该单片机,以满足实际产品开发的需要,也是适应社会智能化、自动化的趋势。通过构建智能小车系统,培养设计并实现自动控制系统的能力。
16、在实践过程中,熟悉以单片机为核心控制芯片,设计小车的检测、驱动和显示等外围电路,采用智能控制算法实现小车的智能循迹。灵活应用机电等相关学科的理论知识,联系实际电路设计的具体实现方法,达到理论与实践的统一。在此过程中,加深对控制理论的理解和认识。2单片机的简述AT89S52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和
17、闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89S52是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。2.1 主要特性与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命:1000写/擦循环数据保留时间:10年全静态工作:0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 2.2管脚说明VCC:供电电压。GND:接地。P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据
18、存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时, P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉
19、低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:管脚 备选功能P3.0
20、RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 /INT0(外部中断0) P3.3 /INT1(外部中断1) P3.4 T0(记时器0外部输入) P3.5 T1(记时器1外部输入) P3.6 /WR(外部数据存储器写选通) P3.7 /RD(外部数据存储器读选通) P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡
21、器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时
22、,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。2.3振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2.4芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合
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