多功能遥控车的设计 毕业论文.doc

廊坊燕京职业技术学院毕业设计(论文)廊坊燕京职业技术学院毕业设计（论文）题目：多功能遥控车的设计学生姓名： 学 号： 1124120_ _指导教师： 专 业： 电子仪器仪表与维修_ 年 级： 2011 2014年 5月 18日 第 18 页 共18 页目 录摘 要1引 言31 设计要求及指标42 红外遥控系统的设计53 红外收发电路的设计63.1 主要芯片闪电存储型单片机at89s52的介绍63.1.1 at89s52具有下列主要性能：63.1.2 at89s52的引脚63.2 89c2051介绍73.3 系统的功能实现方法73.3.1 摇控码的编码格式73.3.2 遥控码的发射73.4 红外发射电路83.5 红外接收电路93.6 软件设计93.6.1 发射编码的软件设计93.6.2接收编码的软件设计114 直流稳压电源的设计114.1直流稳压电源采用单相桥式整流电路114.2 滤波电路124.3 稳压电路125 控制部分135.1电机驱动模块145.2障碍物检测和寻迹模块146 调试结果及其分析15结 论16参考文献17附 录18红外遥控智能小车系统设计摘 要随着计算机、微电子、信息技术的快速进步，智能化技术的开发速度越来越快，智能度越来越高，应用范围也得到了极大的扩展。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用途。智能电动小车就是其中的一个体现。设计者可以通过软件编程实现它的行进、循迹、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示，无需人工干预。因此，智能电动小车具有再编程的特性，是机器人的一种。本设计采用at89c51单片机加电机驱动电路和红外遥控及循迹模块还有红外接收一体化传感器设计而成，采用模块化的设计方案，运用红外遥控器控制小车的前进、后退、左转、右转、启动和停止。 关键字：单片机，红外遥控 ，直流稳压电源infrared remote intelligent car system designabstract with the rapid progress of computers, microelectronics, information technology, intelligent technology development speed faster and faster, intelligent increasing range of applications has been greatly expanded. smart as a modern invention, is the future direction of development, it can be in an environment where automatic operation in accordance with the pre-set pattern, no human management can be applied to scientific exploration and other purposes. smart electric car is one of expression. designers can be programmed by software to the road, tracking, stop the precise control and test data storage and display, without human intervention. therefore, smart electric car has a re-programming features, is a kind of robot. this design uses at89c51 scm and the motor drive circuit and the infrared remote control and ultrasonic module infrared receiver integrated sensor design made use of modular design, use the infrared remote control car forward, backward, turn left, turn right, start and stop . keywords: scm, infrared remote control, dc regulated power supply引 言随着远程教育系统的不断发展和日趋完善，利用多媒体作为教学手段在各级各类学校都得到了广泛应用。近年来，在多媒体教学系统的使用、开发和研制中，经常遇到同时使用多种设备，如：数字投影机、dvd、vcd、录像机、电视机等，由于各种设备都自带遥控器，而且不同的设备所遵循的红外传输规约也不尽相同，操纵这些设备得使用多种遥控器，给使用者带来了诸多不便。本次毕业设计的主题就是红外遥控电路设计。红外遥控的特点是利用红外线进行点对点通信的技术，不影响周边环境，不干扰其他电器设备。室内近距离（小于10米），信号无干扰、传输准确度高、体积小、功率低的特点,遥控中得到了广泛的应用。通过基于单片机的控制指令来对多种设备进行远程控制，可以选择不同的按键来控制不同的设备。从而方便快捷的实现远程控制。常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管；由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。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是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。红外发光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，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。最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。1 设计要求及指标红外遥控是目前使用较多的一种遥控手段。红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点。在家庭生活中，录音机、音响设备、空调彩电都采用了红外遥控系统。设计要求利用红外传输控制指令及智能控制系统，借助微处理器强大灵活的控制功能发出脉冲编码，组成的一个遥控系统。红外线编码是数据传输质是一种脉宽调制的串行通讯。红外线通讯的发送部分主要是把待发送的数据转换成一定格式的脉冲，然后驱动红外发光管向外发送数据。接收部分则是完成红外线的接收、放大、解调，还原成同步发射格式相同，但高、低电位刚好相反的脉冲信号，其主要输出ttl兼容电平。最后通过解码把脉冲信号转换成数据，从而实现数据的传输。本设计的主要技术指标如下：(1) 遥控范围：46米(2) 显示可控制的通道(3) 接收灵敏可靠，抗干扰能力强(4) 控制用电器电流最高为2a。2 红外遥控系统的设计红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，系统采用编/解码专用集成电路和单片机芯片来进行控制操作。设计的电路由如下的几个基本模块组成：直流稳压电源，红外发射电路，红外接收电路及控制部分。按键部分单片机89c2051发射部分电源3v系统框图如图31所示。图21 红外遥控电路框图 （a）发射电路框图5v接收部分单片机89s52显示部分控制部分电源9v图21 红外遥控电路框图 （b）接收电路框图3 红外收发电路的设计3.1 主要芯片闪电存储型单片机at89s52的介绍3.1.1 at89s52具有下列主要性能： (1) 8kb可改编程序flash存储器 （可经受1，000次的写入/擦除周期） (2) 三级程序存储器保密(3) 256 *8字节内部ram(4) 32条可编程i/o线(5) 3个16位定时器/计数器(6) 6个中断源(7) 可编程串行通道(8) 片内时钟振荡器at89s52是用静态逻辑来设计的，并提供两种可用软件来选择的省电方式空闲方式和掉电方式。在空闲方式中，cpu停止工作，而ram、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，一切功能暂停，只保存片内ram中的内容，直到下一次硬件复位为止。3.1.2 at89s52的引脚89s52单片机的管脚说明如图所示：p1.01p1.12p1.23p1.34p1.45p1.56p1.67p1.78rst/vpd9rxd/p3.010txd/p3.111int0/p3.212int1/p3.313t0/p3.414t1/p3.515wr/p3.616rd/p3.717xtal218xtal119gnd20p2.021p2.122p2.223p2.324p2.425p2.526p2.627p2.728psen29ale/prog30ea/vpp31p0.732p0.633p0.534p0.435p0.336p0.237p0.138p0.039vcc403.2 89c2051介绍89c2051共有20条引脚，如图32所示。p1口共8脚，准双向端口。p3.0p3.6共7脚，准双向端口，如p3.0、p3.1的串行通讯功能，p3.2、p3.3的中断输入功能，p3.4、p3.5的定时器输入功能。在引脚的驱动能力上，89c2051具有很强的下拉能力，p1,p3口的下拉能力均可达到20ma.相比之下，89c51的端口下拉能力每脚最大为15ma。但是限定9脚电流之和小于71ma.这样，引脚的平均电流只9ma。89c2051驱动能力的增强，使得它可以直接驱动led数码管。相对于89c51它少了一些功能，但是它的功耗少，便于携带，更经济使它在发射电路中起着重要的地位。因此，在本设计红外发射的电路中就用了它来实现脉冲信号的产生。图32 89c2051的引脚3.3 系统的功能实现方法3.3.1 摇控码的编码格式该遥控器采用脉冲个数编码，不同的脉冲个数代表不同的码，最小为2个脉冲，最大为17个脉冲。为了使接收可靠，第一位码宽为3ms，其余为1ms，遥控码数据帧间隔大于10ms，如图33所示。3.3.2 遥控码的发射采用的是 89c2051 芯片。用p1口组成键盘，获取键值，用内部的定时器1产生一个40khz的软件定时中断，当作红外线的调制基波，当某个操作按键按下时，单片机先读出键值，然后根据键值设定遥控码的脉冲个数，再调制成40khz方波由红外线发光管发射出去。p3.5端口的输出调制波如图33所示电器0的遥控输出码电器1的遥控输出码3ms10ms帧间隙图33 端口输出编码波形图电器7的遥控输出码3.4 红外发射电路遥控发射通过键盘，每按下一个键，即产生具有不同的编码数字脉冲，这种代码指令信号调制在40khz的载波上，激励红外光二极管产生不同的脉冲，通过空间的传送到受控机的遥控接收器。p1口作为按键部分，p3.5口作为发射部分，然后用三极管的放大驱动红外发射。电路如图34所示图34 红外发射电路3.5 红外接收电路 在接收过程中，脉冲通过光学滤波器和红外二极管转换为40khz的电信号，此信号经过放大，检波，整形，解调，送到解码与接口电路，从而完成相应的遥控功能。接收电路如图35所示。ea/vp31x119x218reset9rd17wr16int012int113t014t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526p2627p2728psen29ale/p30txd11rxd10u189c51p1.0p1.1p1.2p1.3p1.4p1.5c310ufvccvccy112mhzc122pc222pa7b1c2d6b14lt3rb15a13b12c11d10e9f15g14u27447a7b1c2d6b14lt3rb15a13b12c11d10e9f15g14u37447vccvccabfcgdedpyledgn1234567abcdefgabfcgdedpyledgn1234567abcdefgq1jieshouvcc图35 接收电路图通常，红外遥控器将遥控信号(二进制脉冲码)调制在40khz的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，产生红外信号发射出去。将上述的遥控编码脉冲对频率为40khz(周期为26.3ms)的载波信号进行脉幅调制(pam )，再经缓冲放大后送到红外发光管，将遥控信号发射出去。根据遥控信号编码和发射过程，遥控信号的识别即解码过程是去除40khz载波信号后识别出二进制脉冲码中的0和1。由mcs51 系列单片机at89s52、一体化红外接收头、存储器、还原调制与红外发光管驱动电路组成。3.6 软件设计3.6.1 发射编码的软件设计首先，初始化定时器，定时为频率为40khz的时间段。当按下某一按键时，发送数据1，就开始工作。同时定时器溢出，也就是定时器记满了，执行定时器中断，中断程序如下：intt1： cpl p3.5 ；40khz红外线遥控信号产生 reti ; 中断返回由此就产生了40khz的载波信号。当发送数据0时，定时器不工作。发送程序如下：remote: mov r1,a ;装入发射脉冲个数 ljmp out3 ;转第一个码发射处理out: mov r0,#55h ;1ms宽低电平发射控制数据out1: setb et1 ;开t1中断 setb tr1 ;开启定时器t1 nop ;延时 nop nop nop nop djnz r0,out1 ;时间不到转out1再循环 mov r0,#32h ;1ms高电平间隙控制数据out2: clr tr1 ;关定时器t1 clr et1 ;关t1中断 clr p3.5 ;关脉冲输出 nop ;空操作延时 nop nop nop nop nop nop nop nop nop nop djnz r0,out2 ;时间不到转out2再循环 djnz r1,out ;脉冲未发完，转out再循环发射 lcall dl500ms ; ret ;out3: mov r0,#0ffh ;装发谢3ms宽控制数据 ljmp out1 ;转out13.6.2接收编码的软件设计单片机上电复位后，首先对其内部定时器初始化，用定时器及软件计数的方法，当有信号输入时，单片机产生中断，并在p3.1口进行计脉冲个数，测量p3.1高、低电平的宽度。p3.1引脚平时为高电平，当接收到红外遥控信号时，由于一体化红外接收头的反向作用，int0引脚下跳至低电平,计算脉冲个数后通过7447译码电路，数码管显示相应的数值。下面是第一个3ms脉冲的解码程序。read1: clr a mov dph,a mov dpl,a hard1: jb p3.1,hard11 inc dptr nop nop ajmp hard1 hard11: mov a,dph jz readoutt0 clr a read11: inc a read12: jnb p3.1,read12 mov r1,#06h read13: jnb p3.1,read11 lcall delayread djnz r1,read134 直流稳压电源的设计4.1直流稳压电源采用单相桥式整流电路整流电路主要实现将交流电变换成直流电。实现这一目标主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。我采用的是单桥式整流电路。本设计整流电路如图41所示。图41 单桥式整流电路图4.2 滤波电路在整流电路输出波形中由于含有较多的纹波成分，与所要求的波形不太符合。所以在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。而滤波电路常有电容滤波，电感滤波和rc滤波等。本电路采用的是电容滤波电路。如图42所示。图42 电容滤波电路图4.3 稳压电路典型应用电路如图43所示。图中c1、c2用于频率补偿，防止自激振荡和抑制高频干扰；c3采用电解电容，以减少电源引入的低频干扰对输出电压的影响；d是保护二极管，当输入端短路时，给c3一个放电的通路，防止c3两端电压激穿调整管的发射结。图43 稳压电路图5 控制部分在控制部分采用了隔离驱动电路，用光电器件作为隔离元件，利用光耦来隔离强电，以防止强电影响单片机的工作。光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管组合起来的器件，发光二极管是把输入边的电信号变换成相同规律变化的光，而光敏三极管是把光又重新变换成变化规律相同的电信号，因此，光起着媒介的作用。由于光电耦合器抗干扰能力强，容易完成电平匹配和转移，又不受信号源是否接地的限制。所以应用日益广泛。光电隔离的目的是割断两个电路的电气联系，使之相互独立，从而也就割断了噪声从一个电路进入另一个电路的通路。光电隔离是通过光电耦合器实现的。外壳有金属的或塑料的两种。发光二极管和光敏三极管之间用透明绝缘体填充，并使发光管与光敏管对准，以提高其灵敏度，光电耦合器的电路符号如图51所示。图51 光电耦合器原理图通过接地电阻可以控制耦合的响应速度和灵敏度。总的来说，电阻越小，响应速度越高。电路如图52所示。继电器图52控制电路图通过光耦后，利用继电器就可以实现对不同的设备或者其他要控制的设备进行控制，从而实现了弱电来控制强电的功能，也能控制不同的设备。这里用发光二极管来代替，实际上可以控制多个不同的强电设备5.1电机驱动模块该模块主要由芯片l298控制两个电机的正反转，以及改变电机的转速，其电路如图所示。l298 芯片是一种高压、大电流双全桥式驱动器。其中sensea、senseb分别为两个h桥的电流反馈脚，不用时可以直接接地。vcc，vs是接电源引脚，电压范围分别是4.57v、2.546v，设计中vcc端与单片机电源端共用5v工作电源，vs端独立接9v电源。ena，enb为使能端，低电平禁止输出。in1，in2，in3，in4为数据输入引脚，out1，out2，out3，out4为数据输出引脚。d1d8是保护二极管（in5819），用于释放掉电机停车时产生的反响尖峰电势，否则会击坏l298。5.2障碍物检测和寻迹模块 障碍物检测和轨迹检测原理是相同的。从经济的角度考虑，该模块选用了反射式光耦，其电路如图所示。反射式光耦由一个红外发射管和一个光敏三极管组成。lm324是电压比较器，当3脚的电平大于2脚时，输出端1脚输出高电平，反之输出低电平。高低电平的值取决于lm324的2脚电平，调整电位器r23使lm324的2脚电压为3v。避障电路安装在小车的头部的左右两边，分别用于检测左右障碍物。工作过程是：当无障碍物时，不反射红外线，光敏三极管截止，lm324的3脚在r16的上拉作用下为高电平(5v),大于2脚电压(3v)，输出高电平；当遇到障碍物时，反射红外线，光敏三极管导通，比较器3脚接地，小于2脚电压(3v)，输出低电平。单片机根据电平的变化判断有无障碍物，当左边遇到障碍物时小车右转，当右边遇到障碍物时小车左转。循迹电路安装在小车的底部的左右两边，循迹是通过辨别黑白色来行走。工作过程是：红外发射管发出红外光，当遇到黑色，不反射红外光，比较器输出为高电平；当遇到白线，红个光反射回来，比较器输出为低电平。当左边检测到白色时小车右转，当右边检测到白色时小车左转，当两边检测到的都是黑色时小车前进，当两边检测到的都是白色时小车停止。6 调试结果及其分析本电路总共设计了8个输入按键，7，8为特殊按键。当输入一个按键5时，通过红外发射和接收电路，对应的继电器5的设备工作即5号发光二极管发光，而数码管显示工作的设备的个数，就显示1。当再次按下按键5时，5号发光二极管灭，数码管显示0。当同时按下两个键3和4时，3号和4号二极管亮，数码管显示2。当按下按键7时，所有设备都不工作，数码管显示0，发光二极管都不发光。当按下按键8时，所有设备都工作，数码管显示6，发光二极管都发光。本设计在调试过程中也遇到很多问题。(1) 电路要求遥控控制距离为46m，在利用38khz的接收头时，虽然能接收到信号，但是接收的距离很有限。经过反复调试，换用40khz的接收头时基本满足了设计需求。(2) 由于将3ms的接收脉冲放在1ms的后面，编码解调出现错误，导致接受端无信号输出。解决方法是将3ms的接收脉冲放在前面就可以接收到信号。因为在电路的解码过程中，单片机进行数码帧的接收处理，首先是对3ms的脉冲检验，当第一位低电平码的脉宽小于2ms时就会错