自动往返智能小汽车设计

1、中国海洋大学课程设计报告题目：自动往返智能小汽车设计组员： 院系：信息科学与工程学院班级：2009级电子信息工程指导老师： 摘要本文介绍的是基于单片机89S52控制的自动往返电动小汽车控制系统的硬件和软件设计。该设计采用89S52单片机为控制核心，对送入的脉冲信号进行检测分析，利用光电传感器检测道路上的黑线，通过脉宽调制使电机转速能自动调节，从而实现电动小汽车的快慢速行驶，以及自动停车、往返的控制要求。采用的技术主要有：通过编程来控制小车的速度；传感器的有效应用；新型显示芯片的采用。关键词：自动往返电动小汽车；AT89S52单片机；脉宽调制；光电传感器AbstractThis paper is

2、 based on89S52 single-chip microcomputer controlled electric car from the automatic control system hardware and software design. The design using 89S52MCU as the control core, is sent into a pulse signal detection and analysis, the use of ultrasonic sensors detect obstacles on the road, by a pulse w

3、idth modulated so that the motor speed can be adjusted automatically, so as to realize the electric cars automatic low speed, as well as the automatic parking and returning control requirements. Using the technology are: programmed to control the car speed; the effective application of the sensor; t

4、he adoption of the new display chip.Key words： automatic motor-driven car; AT89S52 MCU; pulse width modulation; photoelectric detector目录1. 系统概述1.1 设计背景和研究意义1.2 工作原理和技术要求2. 系统硬件设计22.1 89S52 单片机硬件结构2.2 方向控制电路2.3 路面黑线检测电路2.4 电机驱动转速电路3. 系统软件设计33.1 算法分析3.2 程序代码4. 系统测试运行44.1 测试仪器4.2 硬件测试4.3 软件测试5. 项目总结一、

5、系统概述1.1 设计背景和研究意义智能电动小车是一种无人操纵的自动感应调速往返小车。随着全球经济的飞速发展，现代化生产观念日益受到企业的重视，这也为智能小车产业的发展提供了契机。AT89S52是一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。它是第三代单片机的代表，其最主要的技术特点是向外部接口电路扩展，以完善控制功能。外部可接其他功能单元如A/DPWMPCAWDT计数器的捕获/比较逻辑等。在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线，为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了良好的基础。 1.2 工作原

6、理和技术要求本实验设计是基于单片机89S52控制的自动往返电动小汽车控制系统的硬件和软件设计。自动往返电动小汽车之所以能够寻迹，主要需要三个模块完成。信号采集模块、控制模块、驱动模块。通过信号采集系统将实际路径信号采集以电信号的形式传递给控制系统，控制系统将采集来的信号进行比较分析计算，并利用驱动模块，控制小车前进。该设计采用89S52单片机为控制核心，对送入的脉冲信号进行检测分析，利用光感传感器检测道路上的黑线信息，通过脉宽调制使电机转速能自动调节，从而实现电动小汽车的自动前进、加速，减速行驶，以及自动停车的控制要求。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。二、 系统硬件设计 一个单片机应用系统

7、的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满 足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、 A/D、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。 22.1 AT89S52 单片机硬件结构AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可

8、编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程图2.1 AT89S52引脚图 Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52

9、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，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。2.2 方向控制电路由于小车自身机械上的精度不高（车轮不足够圆滑、车体结构重心不稳等）和小车在放置跑道时位置的不准确，均会引起小车在前进时

10、偏离跑道的中心线而冲向左右挡板，与挡板发生摩擦，使小车减速甚至停车，影响正常行驶。为此，我们在小车的四角安装触控开关，设计方向控制电路（此电路不许单片机控制）使小车撞到挡板后自动转向并继续向前行驶。图2.2 方向控制电路该设计中使用了4个双刀双掷开关，分别安装在小车的左前、右前、左后、右后四个方位，并将开关控制触角延长。当开关S1或S3撞到挡板时，转向电机正转，车头左拐，驶离挡板；当开关S2或S4撞到挡板时，转向电机反转，车头右拐，驶离挡板。2.3 路面黑线检测电路该路面黑线检测电路由光电传感器接受路面黑线信号，传给单片机，经过AT89S52单片机处理，P0.1和P0.2输出控制电动机的转向及

11、转速。路面黑线检测电路传感器采用光电传感器，安装在车尾的底部。在白色区域时，光电传感器输出为高电平；而在黑色区域时，光电传感器输出为低电平。光电传感器经过一个非门后，连到单片机的P3.2。因此当单片机检测到P3.2的电平产生下降沿时，单片机能够判断出小车经过黑线并调用相应的子程序。 黑线检测电路如下图（图1.3）； 图2.3 路面黑线检测电路2.4 电机驱动转速电路采用脉宽调制（PWM）控制方式。由于PWM调速系统的开关频率较高，经过电驱电感的滤波作用后可获得平稳的直流电源，低速特性较好。同样，由于开关频率高，快速响应特性好，动态抗干扰能力强，可以获得很宽的频宽，开关器件只工作在开关状态，主电

12、路损耗小，系统效率高。电动机驱动转速采用继电器组成的PWM电路，采用单片机控制PWM电路工作在占空比可调的开关状态，以精确地调整电动机转速。当P0.1P0.2=10时，三极管1 导通，三极管2 截止，继电器1 契合，继电器2 没契合，电流从左向右流过电动机，电机正向转动，小车向前行驶；当P0.1P0.2=01时，继电器 2 契合，继电器1 没契合，电流从右向左流过电动机，电动机反向转向，小车倒车行驶。 图2.4 电动机驱动转速三、 系统软件设计33.1 系统软件流程本系统中，通过p3.2口的外部中断机制接受传感器传来的外部信号，以确定小车处于某种状态，根据不同的状态，从p1.0、p1.1两个端

13、口输出相应的控制信号来控制小车正确的运行。设置count变量统计小车经过的黑线数量，来确定小车的状态，小车完成一个往返后变量清零。其中经过第一条、第二条线时全速前进，第三条时开始减速，第四条时恢复原速度，经过第五条时开始刹车减速，第六条时停车，并等10秒后开始返回，并在相应的位置进行同样的加速、减速处理。小车在前进时，通过调用相应的过程处理子程序来控制小车的运行状态。为防止小车在经过黑线时产生多次中断以干扰小车运行结果，在产生一个中断后，屏蔽中断的产生，在经过黑线后再使能中断。3.2 程序代码如下：#include<reg52.h> #include<intrins.h>

14、; sbit p10=P10;/定义端口 sbitp11=P11; int count=0;/黑线统计变量 void test_blackcount(void) interrupt 0 using 0/中断处理 EX0=0; count+=1; void delay(int n)/延时子程序 int i,j; for(i=0;i<n;i+) for(j=0;j<5000;j+) _nop_(); void fullspeed()/加速前进子程序 IE0=0; EX0=1; p10=1; p11=0; void ufullspeed()/返回时加速程序 IE0=0; EX0=1; p

15、10=1; p11=1; void limitspeed()/限速子程序 IE0=0; EX0=1; while(count=3) p10=0;p11=0;delay(2);p10=1;p11=0;delay(2);while(count=10)p10=0;p11=1;delay(2);p10=1;p11=1;delay(2); void brake()/刹车程序 IE0=0; EX0=1; while(count=5) p10=0; p11=0; delay(2); p10=1; p11=0; delay(2); while(count=12) p10=0; p11=1; delay(2);

16、 p10=1; p11=1; delay(2); void stop() IE0=0; EX0=1; p10=0; p11=0; delay(300); ufullspeed(); count=7; void ustop() IE0=0; EX0=1; p10=0; p11=0; delay(300); fullspeed(); count=0; void main() SP=60;/初始化 IE=0X81; PX0=1; IT0=1; count=0; p10=0; p11=0; delay(100);/延时后加速前进进入循环 p10=1; p11=0; while(1) switch(co

17、unt)case 0:case 1:case 2:case 3:limitspeed();break;case 4:fullspeed();break;case 5:brake();break;case 6:stop();break;case 7:case 8:case 9:case 10:limitspeed();break;case 11:ufullspeed();break;case 12:brake();break;case 13:ustop();break; 四、 系统测试运行44.1 测试仪器信号发生器、示波器、万用表、+5V稳压电源4.2 硬件测试接P1.0端口的电阻R1接地，接

18、P1.1端口的电阻R2接+5V稳压电源，观察电机的转动状态，若电机高速正转，则电路正确；接P1.0端口的电阻R1接+5V稳压电源，接P1.1端口的电阻R2接+5V稳压电源，观察电机的转动状态，若电机高速反转，则电路正确；接P1.0端口的电阻R1接地，接P1.1端口的电阻R1接地，观察电机的转动状态，若电机停止转动，则电路正确； 接P1.1端口的电阻R2接地，接P1.0端口的电阻R1接信号发生器的输出端，用信号发生器输入周期为50ms，占空比为1:1的方波，若电机低速正转，则电路正确；接P1.1端口的电阻R2接+5V稳压电源，接P1.0端口的电阻R1接信号发生器的输出端，用信号发生器输入周期为5

19、0ms，占空比为1:1的方波，若电机低速反转，则电路正确；4.3 软件测试 将程序烧入到单片机中，加电后，按单刀双掷开关，从而单片机P3.2口一个下降沿，触发中断，开关每按下一次即触发一次中断。 根据开关按下的次数，观察P1.0、P1.1 两端口的输出波形，若正确，则结果应与下图相同。（此软件测试可利用仿真软件 ISIS Professional 进行调试，较方便。）按键次数P1.0输出波形P1.1输出波形1102103方波（T=100ms,占空比1：1）04105延时1s后，输出方波0600延时10s71819方波（T=100ms,占空比1：1）1101111延时1s后，输出方波11201表4.1 软件测试表Proteus下程序仿真波形： 小车启动波形小车经过第三道线减速第四道线恢复原来速度第五道线刹车第六道线停止10秒后自动返还五、 项目总结该项目以单片机智能控制应用为中心，通过对输