毕业设计-基于单片机控制智能小车设计以及英文文献和proteus仿真包括程序

1、摘 要 本次设计的单片机控制的智能小车，采用 AT89C51 单片机为小车的控制核心。 运用 L298 芯片实现对小车前进、 后退、左行、右行、以及全速和减速的控制，同时单片机会 自动根据超声波传感器检测到的情况播放相对应的音乐并 点亮相对应颜色的 LED 灯，实现了自动避障和声光报警两大 功能。此外本次设计还运用液晶显示器 LCD1602 对小车行 驶里程和实时日期、时间进行显示。在液晶显示器的第一行 显示根据霍尔元件 A44E 获得的脉冲数而计算出的小车行驶 的里程数；在液晶显示器的第二行显示从时钟芯片DS1302 读取的实时日期和时间，实现了液晶显示功能。由以上各部分共同实现了设计要求的

2、自动避障、液晶显示、声光报警三 大功能。关键词：AT89C51 ; L298 ; DS1302 ;液晶显示Abstract The AT89C51 microcontmller is taken as the control corefor the design of an intelligentcar in the paper ， with the using ofL298 chip it can control the automatic advancebackwardturn leftturnright and with the speed full or slowalso it acc

3、ording to the case ofultrasonicsensors detected play the corresponding music and lightthe color-coded leds.Besidesthisdesign uses LCD1602 for car tripmileage and real-time date and time display.The first row ofthe LCDdisplay the mileage which based on the number of pulses that theHall element A44Ego

4、t.The second row of LCD display the date andtime which read from the clock chipDS1302.By above all the designrequest partially realized automatic obstacle avoidanceliquidcrystaldisplay sound-light alarm three major functions.Keyword ：AT89C51L298DS1302 liquid crystal display 目录 1 绪论 1 1.1 研究背景 1 1.2

5、选题意义 12 整 体方案设计 3 2.1 整体方案的设计思路 32.2 整体设计的 构成图 33 硬件的选择 5 3.1 电源模块的选择 5 3.2电机 控制模块中硬件的选择 5 3.2.1 电机的选择 5 3.2.2 电机控 制模块的选择 6 3.3 时间与里程显示模块中的硬件的选择 8 3.3.1 显示器的选择 8 3.3.2 时钟芯片的选择 11 3.3.3 里 程检测元件的选择 153.4 声光报警模块中的硬件的选择 16 3.5 障碍检测模块中硬件的选择 18 3.6 单片机的选择与 简介 184 设计所用软件以及模块程序设计 21 4.1 所用软 件的简介 21 4.1.1 Ke

6、il 的简介 21 4.1.2 Protues 的简介 22 4.2 主程序设计 23 4.3 电机控制程序设计 24 4.4 声光报警程序设计 25 4.5 显示程序设计 27 结论 29 致谢 30 参考文 献 31 附录 A 文献及翻译 33 附录 B 程序清单 48 附录 C 元 件清单 64 附录 D 电路图 65 大学学士学位论文 1 绪论 1.1 研究背景 当今世界，传感器技术和自动控制技术正在飞速 发展，机械、电气和电子信息已经不再明显分家，自动控制 在工业领域中的地位已经越来越重要，“智能 ”这个词也已经 成为了热门词汇。现在国外的自动控制和传感器技术已经达 到了很高的水平，

7、特别是日本，比如日本本田制作的机器人， 其仿人双足行走已经做得十分逼真，而且具有一定的学习能 力，还据说其智商已达到 6 岁儿童的水平。作为机械行业 的代表产品 汽车，其与电子信息产业的融合速度也显著提 高，呈现出两个明显的特点： 一是电子装置占汽车整车(特 别是轿车)的价值量比例逐步提高，汽车将由以机械产品为 主向高级的机电一体化方向发展，汽车电子产业也很有可能 成为依托整车制造业和用车提升配置而快速成为新的增长 点；二是汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，使其不仅作为一种代步工具、同时能具有交通、娱乐、办公 和通讯等多种功能。无容置疑，机电一体化人才的培养不 论是在国外还是国内，都

8、开始重视起来，主要表现在大学生 的各种大型的创新比赛，比如：亚洲广播电视联盟亚太地区 机器人大赛 (ABUROBCON )、全国大学生 “飞思卡尔 ”杯智 能汽车竞赛等众多重要竞赛都能很好的培养大学生对于机 电一体化的兴趣与强化机电一体化的相关知识。但很现实的 状况是，国内不论是在机械还是电气领域，与国外的差距还 是很明显的，所以作为机械设计专业的学生，必须在自动控 制方面加倍努力，提高自己的竞争力同时也提高国内产品的 竞争力。为了适应机电一体化的发展在汽车智能化方向的 发展要求，提出简易智能小车的构想，目的在于：通过独立 设计并制作一辆具有简单智能化的简易小车，获得项目整体 设计的能力，并掌

9、握多通道多样化传感器综合控制的方法。所以立 “基于单片机控制的智能小车设计 ”一题作为尝试。1.2 选题意义 在科学探索和紧急抢险中经常会遇到对与一些危 险或人类不能直接到达的地域的探测，并且对所检测的情况 进行显示和报警，这些就需要用机器人来完成。而在机器人 大学学士学位论文在复杂地形中行进时自动避障和智能报警是项必不可少也是最基本的功能。因此，自动避障和智能 报警系统的研发就应运而生。我们的自动避障小车就是基于 这一系统开发而成的。此外本设计还加入了液晶显示部分。 同时本次设计可全面提高个人对单片机技术、传感器技术智 能控制技术、计算机控制技术知识的综合应用能力。掌握从 系统级、电路级到芯

10、片级各层次的设计和实现手段。在此设 计过程中，将会用到多门学科的理论知识，是对以前所学知 识的一个全面的复习和巩固，更重要的是培养自我分析问题 和解决问题的能力，还增强了实际的动手能力。 大学学士学位论文 2 整体方案设计 2.1 整体方案设计的思路 利用预 先输入的程序控制单片机，让单片机翻译传输指令，从而实 现相应的功能。具体的过程如下：在按下开始按钮后，单片 机自动运行所输入的指令程序，并将其传输给驱动电路驱动 电机旋转，从而实现让小车的前进、后退、减速左转和减速 右转。在电机运行的时候单片机会根据超声波传感器检测到 的情况进行确定是否进行声光报警，另外单片机同时控制LCD1602 显示

11、时间与里程，在 LCD 初始化之后， LCD 第 二行显示从 DS1302 读取的时间， 同时 A44E 霍尔元件会根 据车路所转的圈数将相应的脉冲输入单片机，单片机经过运 算而获得的里程就会显示在 LCD1602 第一行上。 2.2 整体 设计的构成图在 proteus 上绘出的 PCD 图如图 1.1 大学 学士学位论文图 2.1 基于单片机控制的智能小车设计电路 图 大学学士学位论文 3 硬件的选择 3.1 电源模块的选择 本设计的电源为车载电源。为保证电源工作可靠，单片机系 统与动力伺服系统的电源采用蓄电池。而传感器和备用电源 采用两节小巧轻便的干电池。 3.2 电机及电机控制模块中硬

12、 件的选择与运用 3.2.1 电机的选择 根据设计要求本设计的 电机选用直流电机。直流电动机是最早出现的电动机，它具 有良好的线性调速特性，简单的控制性能，较高的效率。因 此它被广泛的应用于工农业生产、交通运输、国防、航空航 天、医疗卫生、商务办公等多个领域 6 。在机电传动控制 这门课中我们知道直流电动机转速表达式为 U I aRa n （ 3.1） Ce 公式中 U 为电枢两端电压； I a 为流过电枢的 电流； Ra 为电枢电路的总电阻； Ce 为为直流电动机的电 动是常数；为励磁磁通量。 由上式容易得到，直流电动机 可以通过调节电枢回路的总电阻 Ra 、励磁磁通量 和电枢 两端的电压

13、U3 种方式实现调速。 其中， 调节 Ra 的方式属 于有级调速方式，条数效率低，现在已经很少使用。调节电 枢两端的电压 U 的方式， 是现在最常用的调速方式。 电枢 电压调速方式共有两种方法，一种是可控整流法，另一种是 脉宽调制变换器（ PWM 7 ）法。可控整流法是指通过调节 触发器的控制电压来移动触发器脉冲的相位，从而改变晶闸管输出的整流电压即电枢电压，实现电动机的无极调速。这 种方法的控制原理简单、线性好，但是控制电路较为复杂、 易产生较大热量。脉冲宽度变换器法是通过调节电动机电枢 电压的接通时间与通电周期的比值来控制直流电动机的转 速。脉冲宽度变换器法具有调速精度高，响应速度快，可靠

14、 性高以及易于采用单片机控制的优点，因而成为了直流调速 的主要方法 5 。 设计中共用到两个电机，前面放置的电机 控制小车左右转，后面放置的电机控制小车前进后退。电机 放置位置如图 3.1 大学学士学位论文 图 3.1 电机放置位 置图3.2.2 电机控制模块的选择 本设计选 L298 芯片来驱动 电机。L298是 SGS 公司（意法半岛体公司）生产的 H 桥电 动机驱动芯片 5 。L298 为单块集成电路， 高电压， 高电流， 四通道驱动，可直接的对电机进行控制，无须隔离电路。通 过单片机的 I/O 输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机 进行正反转，停止的操作，同时可以通过调整使能端的电平

15、 来调整输入波形的占空比进而调整电机的转速，非常方便， 该芯片亦能满足直流减速电机的大电流要求。调试时在依照 表 3.1 ，用程序输入对应的码值，能够实现对应的动作。表3.1 是其使能、输入引脚和输出引脚的逻辑关系 6 。 大学 学士学位论文 表 3.1 L298 的引脚和输出引脚的逻辑关系 ENAB IN1IN3IN2IN4 电机运行状况 H H L 正传 H L H 反转 H H H 快速停止 H LL 快速停止 L X X 停止 基于 以上分析， 我们选择了方案二， 用 L298N来作为电机的驱 动芯片。L298N 的引脚图如图 3.2 所示 5。L298N的引脚 说明如表 3.2 所示

16、 5 ： 图 3.2 L298N 引脚图 大学学士学 位论文 表 3.2 L298 引脚说明表 引脚 符号 功能 1 SENSING A 此两端与地连接电流检测电阻，并向驱动芯片 反馈检测到的 15SENSING B 信号 2 OUT 1 此两脚是全桥 式驱动器 A 的两个输出端，用来连接负载 3 OUT 2 4 Vs 电 机驱动电源输入端 5 IN 1 输入标准的 TTL 逻辑电平信号， 用来控制全桥式驱动器 A 的开 7 IN 2关 6 ENABLE A 使 能控制端 .输入标准 TTL 逻辑电平信号；低电平时全桥式驱 11 ENABLE B 动器禁止工作。 8 GND 接地端，芯片本身

17、的散热片与 8 脚相通 9 Vss 逻辑控制部分的电源输人端口 10IN 3 输入标准的 TTL 逻辑电平信号，用来控制全桥式驱 动器 B 的开 12 IN 4 关 13 OUT 3 此两脚是全桥式驱动器 B 的两个输出端，用来连接负载 14 OUT 43.3 时间与里程显示 模块中的硬件的选择3.3.1 显示器的选择 在日常生活中， 我 们对显示器并不陌生。通常用的显示方式有三种：发光管、 LED 数码管，液晶显示器。由于液晶显示质量高、重量轻、体积小、功耗低 8 所以本设计选用的显示器为液晶显示器。 其型号为 LCD1602 。如图 3.3 所示 大学学士学位论文 图 3.3 LCD160

18、2 引脚图 LCD1602 可以显示 2 行 16 个字 符，有 8 位数据总线 D0-D7 ，和 RS、 R/W 、EN 三个控制 端口，工作电压为 5V ，并且带有字符对比度调节和背光。 1602 采用标准的 14 脚（无背光） 或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 3.3 所示 8 : 表 3.3 LCD1602引脚说 明表 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电 源地 9 D2 数据 2 VDD 电源正极 10 D3 数据 3 VL 液晶 显示偏压 11D4 数据 4 RS 数据/命令选择 12 D5 数据 5 R/W 读/写选择 13 D6 数据 6 E

19、 使能信号 14 D7 数据 7 D0 数据 15 BLA 背光源正极 8 D1 数据 16 BLK 背光源 负极引脚接口说明 8 :第 1 脚： VSS 为地电源。第 2 脚： VDD 接 5V 正电源。 第 3 脚、第 4 脚和第 5 脚的说明如 表 3.4 所示。第 6 脚： E 端为使能端，当 E 端由高电平 跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714 脚：DOD7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚： 背光源负极。 大学学士学位论文 表 3.4 RS、R/W 和 E 功 能表 RSR/W E 功能 O O 下降沿 写数据或者指令参数 O 1 高电平 读数

20、据 1O 下降沿 写指令码 1 1 高电平 读忙标 志位 LCD16O2 的读写操作时序如图 3.4 所示 8 。 图 3.4 LCD16O2 读写操作时序图 大学学士学位论文 3.3.2 时钟芯片的选择 DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性 能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、 日、周、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电 压为 2.5V5.5V。采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并 可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数 据。DS1302 内部有一个 31X8 字节的用于临时性存放数据 的 RAM 寄存器。 DS1302 是

21、 DS1202 的升级产品，与 DS1202 兼容，但增加了主电源 /后背电源和双电源引脚，同 时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。图 3.5 为DS1302 的引脚排列其中 Vcc2 为后备电源， Vcc1 为主电 源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。 DS1302 由 Vcc1或 Vcc2 两者中的较大者供电。当 Vcc1 大于 Vcc20.2V 时， Vcc1给 DS1302 供电。当 Vcc1 小 于 Vcc2 时， DS1302 由 Vcc2 供电。 X1 和 X2 是振荡源， 外接 32.768kHz 晶振。 RST 是复位 /片选线，通过把 RST 输 入驱动

22、置高电平来启动所有的数据传送。RST 输入有两种功 能：首先， RST 接通控制逻辑，允许地址 /命令序列送入移 位寄存器； 其次， RST 提供终止单字节或多字节数据的传送 手段。当 RST 为高电平时，所有的数据传送被初始化，允 许对 DS1302 进行操作。如果在传送过程中 RST 置为低电 平，则会终止此次数据传送， I/O 引脚变为高阻态。上电运 行时，在Vcc2.5V 之前，RST 必须保持低电平。只有在SCLK 为低电平时， 才能将 RST 置为高电平。 I/O 为串行 数据输入输出端双向。DS1302 的引脚及内部结构如图 3.5 所示 9 ：表 3.5DS1302 引脚功能表

23、 引脚号 引脚名称 功 能 1 Vcc2 后备电源 2.3X1.X2 振荡源外接 32768Hz 晶振 4 GND 地线 5 TST 复位 / 片选线 6 I/O 串行数据输入 /输出 端双向 7 SCLK 串行数据输入端 8 Voc1主电源 引脚号 引脚名称 功 能 大学学士学位论文 图 3.5 DS1302管脚图 及内部结构图 DS1302 的所有功能都是通过对其内部地址进行操作实现的。其内部存储空间分为 2 部分： 80H91H 为 功能控制单元， C0HFDH 为普通存储单元； 所有单元地址中 最低位为0 表示将对其进行写数据操作，最低位为 1 表示 将对其进行读数据操作。 普通存储单元是提供给用户的存 储空间，而特殊存储单元存放 DS1302 的时间相关的数据， 用户不能用来存放自己的数据。 其内部储存空间如表 3.6 所 示 10 。大学学士学位论文 表 3.6 DS1302的日历、时钟 寄存器及控制字寄存器 命令字节 位内容 范围 名 读写 D7 D6 D5