基于单片机的智能小车的设计-毕业论文

taoyulon

单片机作为一种微型控制器，自走入人们的视野以来，就随着科
技进步不断地更新换代。它能够将计算机所有关键的零件整合集中在
一块芯片上，并且具有强大的计数功能，以及各种必要的接口，因此
单片机在自动控制系统中通常处于核心地位。本文对于智能小车的设
; O3 J( X) ?' O  I8 u9 }3 A- u9 j计思路就应用了最常见的AT89S51单片机作控制处理器，该单片机在
低功率的基础上，能够保持其性能在一个较高的水平上，且其8K 的
处理器够灵巧，适用于嵌入式产品，在众多单片机中，表现较为优
秀。
% k- f/ H+ b  c1 d; Z  R0 s5 T本设计是在单片机的基础上实施的，兼具数据处理、即时调控和
报警提醒功能，小车接到行驶指令后，红外探头会检测路况信息（是
; O# T1 H; H6 k; a- l  z* }否处在黑线路径范围内）并反馈给单片机处理，单片机判断后作出相
8 j; ]" k$ n8 K应指令，由电机驱动使小车执行相应行驶动作。单片机与系统的配合
2 s! j( U# Q' w. S2 w3 y, a3 n, q& C使智能小车的行驶保持灵敏迅速的状态。
在科技飞快进步的今天，自动控制技术已经迅速成长起来，它与
( F& M) z5 K0 b# H1 k传感器技术之间的配合也越来越默契，时下大热的各种电子智能产品
- K3 Z4 U3 e& a/ ^/ I就是自动控制技术发展的产物。目前国内的自控和传感技术与国外还
$ K7 _9 c1 [1 `/ J; @1 B9 R存在一定的差距，这一领域的优秀产品已有很多，比如日本本田制造
出来的智能机器人，对于人类的步态模仿已达到非常自然的水平，并
且它还有一定的智力，能够与六岁的孩童相比。
/ e! o9 b! S7 f% P在机械领域一直处于热门地位的汽车，也加入了越来越多的电子
* ]- h- P1 Y( Z2 l3 v/ i信息元素，比如越来越多的汽车产品配置了电子装置，人们在车上不
仅可以办公，还能进行多种娱乐活动，这使得汽车向着更加娱乐化和
多功能的方向发展，而不仅仅发挥代步功能。另外，汽车的核心配置
+ Y0 D; C+ u) a' U  e也越来越电子化，自动控制技术让汽车工艺发展更进了一步。
随着自动控制产业的发展，电子信息化的教育也渐渐在国际上被
提上日程，越来越多的培养年前一代人才的科技竞赛也走入了人们的
" W0 n1 M. U, s. l9 T视野，比如中国大学生方程式汽车大赛(FSC、FSEC)、全国大学生机器
8 Z) _, t$ Z1 g+ m' ~2 J人大赛等， 都能够很好地激发学生群体的兴趣，促使他们主动学习，
; }* ]0 K- l$ l6 I9 V对我国电子信息行业的发展产生一定的促进作用。
- `$ d2 }& d: x6 d( ~本设计是以杨老师所给出的小车为框架，以AT89C52单片机为控
制器制作一辆简易的智能小车，希望达到小车能够按照引导线的路径
自动行驶的效果，以期跟上汽车产业自动化发展的脚步，并掌握本阶
, j# m: V! t3 [段应具有的专业素养和动手能力。
5 M% D5 [( C; ~% S- }基于单片机的智能小车的设计
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! n, [! ]9 F7 U9 X7 H/ U1 设计任务及方案
1.1 设计任务及要求
本设计是以单片机作为控制核心制作的一个具有简单智能的小
+ f2 J& M8 j2 R" E/ Q车。设计要求如下：
; p: s8 @) q6 Y' I, l5 y  _●具有单片机核心控制模块；
●具有红外遥控解码模块；
2 {+ ~! _+ \/ e9 n●具有电机驱动模块；
/ E+ V& @0 r/ Q$ b●具有路况检测模块；
●具有光感模块；
●具有声控模块；
. Y9 v' P- A  Z; {- P- G4 O●具有7 段数码管显示模块；
●具有报警模块；
3 d/ P$ @, A: Q6 h6 p2 E; F1.2 设计方案论证
3 b$ |% k* E% D. O, }1.2.1 控制器选择
3 s* Z1 n+ ~7 B" j* G. n2 C方案一：采用MSP430单片机
( s8 t5 h, n- t, K- f. Y: EMSP430是德州仪器 (TI) 生产的一种RISC 混合信号处理器，这个
系列的产品一方面在低功耗上表现极其优秀，另一方面又能够不影响
信号连接、传感器以及其他组件的正常运行，可以说为电池续航问题
交上了一份完美的答卷。
+ \) P. q* t1 U4 O0 BMSP430 优点： 0.1uA RAM 保持； 0.8uA 实时时钟模式；
/ a( d2 A7 g* n3 H$ g' l1 B) I1 j250uA/MIPS 有效；高性能模拟器件；是精确测量的理想选择； 其处理
器能够达到仅需一串代码就使一个应用运转起来；而且还能够在系统
内部更改、更新代码和数据。但系列单片机也有缺点，由于其功耗
低，导致几个管脚的驱动力不够，主频也不够高，处理数据的速度不
0 H9 g# g1 X: {: V  n# s7 c8 n够快，达不到本设计对于单片机的预期，故不选用这一系列的单片
机。
基于单片机的智能小车的设计
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4 ^) I4 Q& N( h; N- Y5 O) h方案二：采用AT89S51单片机[1]
与MSP430不同， AT89S51在低功率的基础上，能够保持其性能在
5 q* p3 @$ m5 ^; F# W: O一个较高的水平上，其8K 字节的FLASH存储器能够与工业80C51产品
指令和引脚完美融合，同时也能够兼容常规编程器。与MSP430的16
% X: Z* i/ `* [6 a6 x  ?2 Y0 p位处理器相比， AT89S51的8 位处理器更加迷你灵活，适用于更多的
嵌入式产品，兼容性更好。
AT89S51具有以下标准功能： 8k 字节Flash ，256 字节 RAM，32
位I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三只16 位定时器/ 计数
器，一个6 向2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
除此之外他还能够实现0Hz 静态逻辑操作，有两款软件能开启省电模
式。在不需高效工作的时候，还能够保持处理器不运行， RAM、定时器
( G7 _$ Z( @1 r# [, M/ 计数器、串口、中断继续工作的状态。在低电量模式，还能够保证
0 W0 ^$ n$ r! h4 p+ JRAM 数据不丢失，振荡器停止，单片机不运行，持续该状态到各项条
1 M3 M0 F( L5 @& M( [件能够恢复正常工作。
方案选择：
综上所述：经过对MSP430和AT89S51的各项条件比较，本设计将
1 x. E7 ?. R$ N1 t0 n* O2 O采用MSP430作为处理器，其物美价廉，上手更容易，性能表现也优
2 w2 D7 d- |! l  U3 x异，符合设计最初的期望值。
1.2.2 电机驱动芯片的选择
" H" }; v) L$ k# T* [. y- q& K方案一：采用L298N
" i, ~2 R1 u! \/ I6 dL298N 为SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进
8 {: u: S- X1 G: B2 ^电机专用驱动芯片( Dual Full-Bridge Driver ) ，内部包含4 信道逻辑驱
动电路， 是专门针对于二相和四相步进电机的一款驱动器，它能够在
同一时间调动两个二相或者一个四相的步进电机，它的内部有两个HBridge
的高电压、大电流双全桥式驱动器，用来接收标准TTL 逻辑准
3 `# @7 b' Q0 k# e- W1 N# K位信号，能够调动46V、2A 以下的步进电机， 且可以直接透过电源来
" z; c9 p, Q% C* Y调节输出电压； 它还能够识别单片机IO 端口传来的模拟信号，但IO
端口在智能小车中较为少见，不过这一芯片的优点是造价低廉。
5 g2 c- R) |4 W, w  P0 A方案二：采用LG9110
LG9110 这种电路驱动芯片对电路的集成度更高，将各个电路集中
6 J3 V1 U2 i2 a! S& R& J+ W  a- X在一个芯片上，能够减少外部元件比例，减少造价。另外这种芯片有
% q" Q" S9 {( i* Z9 j' A& M: s基于单片机的智能小车的设计
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, k6 J# M/ v. [- v两个通道可以进行输入，且两个输出端都能保持750-800mA 较大电流
. n, l( j7 ?5 b, L, ~" M通过，峰值电流能力可达1.5-2.0A，从而保证了驱动能力，提供更高
  w3 M5 I3 @& \$ s; X的工作效率。而它所具有的低输出饱和压降以及内置钳位二极管释放
" I" }$ z6 D* ~* g& v/ m感性负载的反向冲击电流的功能，又保证了在使用中安全性。因此，
这种芯片作为集成电路器件已经普遍被用在玩具汽车电机驱动、步进
电机驱动以及开关功率管等电路上。
# x- ~$ M9 C- V; B: t) `8 N方案三：使用分立原件搭建电机驱动电路
这种方法成本非常低，普遍应用于规模化生作业中，但它有一个
$ d) S  w7 `' l" @缺点，即H 桥电路的运转状态不能保持稳定，发生硬件问题的几率比
较大，因此不选用这种方法。
综上所述： 经过对上面三种驱动芯片的比较，我们发现第二种芯
片不论是在驱动能力上、造价上，还是使用的难易程度上都表现较为
优秀，因此决定使用第二种芯片LG9110。
1.2.3 路况检测模块
这个部分我们将使用红外发射探头来处理，当红外线检测到异物
& n7 }' s  S- E后，将信号返回到探头，探头再把信号传送给单片机控制器进行判
9 T4 C+ ]. U  _# @0 I; p! t/ n断，以这样的一个模式， 来判断整体路况信息。
4 d7 ?3 r( s. v  V) N- o

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