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
' L# ^$ o+ U# H- B  Q; S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
+ v/ ?) H! E3 }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
; J  @% x8 k) f8 s8 \/ F% ?, r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。
/ Z* ?" _- I  ?- Z* o- q2 I% l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
' ^, M. j6 U9 n5 A- \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
$ r' `, W* C( ~7 U7 c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
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
! u/ W& o- }1 M2 @5 u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
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
" f; A- G8 {2 _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
' W; n, N& U' u4 M) \6 F+ f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
. h! v" v9 l4 N9 {2 p1 h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。
" @  t$ m7 m" w; e( o  q0 b5 e9 f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
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
! d2 @' f" B6 S7 ?0 T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
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
* A  [* j+ W# D2 F5 I( e, J" L3 {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
) F: ^+ w7 w/ h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，
对我国电子信息行业的发展产生一定的促进作用。
本设计是以杨老师所给出的小车为框架，以AT89C52单片机为控
& u& f# `8 A& @2 e- I# V% z" L8 A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
段应具有的专业素养和动手能力。
% }$ @. k/ _" {7 ]" m基于单片机的智能小车的设计
28
1 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
! c1 K2 e+ D/ |车。设计要求如下：
●具有单片机核心控制模块；
●具有红外遥控解码模块；
( K7 X9 N% k2 m7 W8 ^2 y2 H/ l; ~●具有电机驱动模块；
●具有路况检测模块；
8 A" J+ ^* z7 m1 \% o●具有光感模块；
●具有声控模块；
8 Y: ^, p( f7 Z9 f8 [0 V8 l●具有7 段数码管显示模块；
●具有报警模块；
; e0 F+ ]4 M9 _! `! |2 P1 u, M1.2 设计方案论证
1.2.1 控制器选择
0 P# Q# b( x3 U- d方案一：采用MSP430单片机
' n  G: M! f% t+ P5 wMSP430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
: B; T( J# Z+ v, @5 I# \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
3 l% e) b& s2 Y$ E交上了一份完美的答卷。
$ k) j: \' C2 P9 C: eMSP430 优点： 0.1uA RAM 保持； 0.8uA 实时时钟模式；
$ N% l$ i1 M1 y' C- a9 V0 F250uA/MIPS 有效；高性能模拟器件；是精确测量的理想选择； 其处理
& ?1 ?' A- }  q& ]+ \+ h  H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
7 V6 Y- @, ^5 A1 H0 N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
( S/ j6 f; ?# r) F$ Y: j( J! X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。
' M- X7 v- _. t8 w9 G/ I基于单片机的智能小车的设计
# y3 w- e1 h! h: ?$ `2 J3 r29
. c' F1 j! b# B, F1 F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
; s2 ]; P! V; |. y) U$ |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
$ h4 M4 ~& S$ I4 c: w% t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
% k  D" v3 Z8 I" l+ ]# O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
5 ~2 K5 H* L# R  Z: f# l6 k嵌入式产品，兼容性更好。
' L; V, t5 |2 w+ i" OAT89S51具有以下标准功能： 8k 字节Flash ，256 字节 RAM，32
# y1 y( W, a" s" A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
. x, P: w3 I: `8 S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。
* I8 O+ J' g) I8 k# V5 W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
# w' @2 `6 p8 o2 A9 }- `4 Y" g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
6 H6 Q0 @5 K7 [. D3 a% Y/ 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
7 l8 }* H2 c) ^% q; RRAM 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
) r! G8 u. }% s1 i, M3 h件能够恢复正常工作。
方案选择：
. Y0 ~- q, @  ?, u1 W5 d5 E综上所述：经过对MSP430和AT89S51的各项条件比较，本设计将
采用MSP430作为处理器，其物美价廉，上手更容易，性能表现也优
异，符合设计最初的期望值。
' L# H4 E+ ]+ ?8 {% [- e  m1.2.2 电机驱动芯片的选择
方案一：采用L298N
. @& p- h: n% r6 `. f3 A) Q* }3 dL298N 为SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进
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
; s) k( y2 Z! v2 n0 {2 d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
: e/ q; w" r* t$ w4 b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
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。
. M  n/ X7 u5 L8 n6 D, ]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
) U; ~$ W7 n: _0 R8 q# v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
. w' e0 O# @. F) |- Y基于单片机的智能小车的设计
1 |: n, J+ r! X, N- _( _# Q30
/ u/ D1 k4 X4 Q  \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
* I  V. n% n. U  I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
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
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，
4 R+ i( V4 Y# N. {, }$ t, e7 A: p; ^! P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
/ \9 |1 y& ^6 N( i电机驱动以及开关功率管等电路上。
: P) m, V8 n+ D0 h- L$ _4 N. d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
- j+ l$ ~  x5 L4 I) d* z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
2 ^9 P' N- z9 h. \' r/ g" b较大，因此不选用这种方法。
* Z) ]/ w8 l2 [& v0 K  P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
: T! p8 r' x% j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
( ^0 I4 n- [$ p. b, ]$ u# \优秀，因此决定使用第二种芯片LG9110。
. h/ U( N) ]  D$ C' Y1.2.3 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
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
断，以这样的一个模式， 来判断整体路况信息。
( V6 A; T) f7 r% L) D
9 a, w5 L; m$ Y9 }4 v. ^8 B0 X

游客，如果您要查看本帖隐藏内容请回复

ExxNEN

谢谢分享