自动往返小汽车的控制系统

1、自动往返小汽车车的控制系统统目 录自动往返行驶小小车的设计（搞搞要）3第一章 引言与与概述 4第二章 系统设设计总概述 5第三章 单片机机简介 6第四章主要电路路的设计 88第五章 系统硬硬件电路设计计11第六章 系统软软件设计 16结 束 语 177参考文献 18附表 199自动往返行驶汽汽小车的设计计【摘要】本设计计介绍了ATT89S511系列单片机机为控制芯片片，控制自动动往返小汽车控制系统硬件件和软件的设设计。通过小小汽车对路面面的检测和速速度的调节，把把检测的信号送入入单片机系统统，经微机处处理后，结合合键盘控制实实现LED显显示，并可实现对小汽汽车速度，转转向的控制和和绕过障碍物物

2、的能力。附附以外围电路路,运用单片片机的运算和和处理能力来来实现小车的的自动加速、限限速、减速、定定时，语音、前前进、后退、左左转、右转、显显示行驶速度度、行驶路程程、行驶时间间、等智能控控制系统。控控制自动往返返小汽车控制制系统硬件和和软件设计。【关键字】单片片机；AT889S51芯芯片；自动往往返小汽车；光电检测器器。第一章引言与与概述 伴随着着电子信息技技术的飞速发发展，单片机机的应用越来来越广泛，电电子这个原本本没有生命的的东西越来越越具有智慧了了，而单片机机在这当中充充当着“大脑”的作用，指指挥着系统完完成其工作。 单片机机通过用汇编编语言或者CC语言编程，可可以实现不同同情况下的，

3、不不同电路的自自动控制，用用它可以开发发很多智能的的玩具，如机机器人、遥控控飞机、智能能车，实际生生活中的很多多电器，例如如电冰箱、全全自动洗衣机机、空调等，还还有就是很多多测量仪器以以及高科技的的空间探测，宇宇宙探索等都都用到单片机机，可以说现现在生活中大大多数的智能能物品都用到到单片机，围围绕单片机以以及嵌入式系系统形成的电电子产业将会会是一个持续续发展，愈来来愈具有竞争争力，愈来愈愈具有生命力力的产业，电电子世界将会会更具有魅力力。 现今的的世界，传感感器的应用无无处不在，自自动电梯，保保安系统，路路灯的控制等等，天气中的的温度、湿度度等等。而自自动导航在实实际中的应用用也很广，包包括航

4、天事业业中的自动导导航，全球定定位系统，视视觉导航等，随随着传感器技技术，计算机机网络技术，图图像处理技术术的飞速发展展，自动导航航将进一步得得到发展，而而智能机器人人也将进一步步发展，代替替人在一些环环境艰难的地地方工作。 本设计计正是基于小小汽车的自动动控制、安全全定位等技术术而进行的研研究和尝试。主主要通过单片片机实现对小小汽车运动的的自动控制。小小汽车在没有有干扰的情况况下，可以自自动按照给定定的路径行驶驶。并且能依依照程序的指指令，即时做做到停、进、退退、加速或减减速等功能要要求。在这次毕业设设计及制作过过程中，我们们使用了模拟拟电子技术、数数字电子技术术，单片机技技术，电气控控制技

5、术以及及机械等技术术进行设计及及制作。我们们把三年中所所学的理论知知识基本都联联系起来了，这这次的设计及及制作对理论论联系实际有有了一定的作作用，使我们们三年中所学学的理论知识识得到了升华华 本课题综综合运用了单单片机技术、自自动控制理论论、检测技术术等。使小车车能在无人操操作情况下，借借助传感器识识别路面环境境，由单片机机控制行进，实实现初步的无无人控制。7798 自动往返小汽车车的控制系统统第二章系统设设计总概述2.1往返小汽汽车的设计要要求与目标: 设计一一个并控作一一个自动往返返于起跑线与与终线之间的的小汽车,小小车从起跑线线出发后到达达终点线停车车10s，返返回到起点停停止;(1)

6、车辆从从起跑线出发发(出发前, 车体不得得超出起跑线线), 到达达终点线后停停留10 秒, 然后后自动返回起起跑线(允许许倒车返回) 往返一次次的时间应力力求最短(从从合上电源开开关开始计时时); (2) 到达终终点线和返回回起跑线时, 停车位置置离起跑线和和终点线偏差差应最小(以以车辆中心点点与终点线中中心线之间距距离作为偏差差的测量值) ;(3)采用SPPCE0611A单片机，能能实现在系统统下载烧录功功能；(4) 自动记记录并显示一一次往返时间间; (5) 自动记记录并显示行行驶距离; 2.22整体设计方方案: 整体设设计方案见图图1采用ATT89C51单单片机主控制制器, 采用用汇编语

7、言进进行软件编程程实现各种算算法和逻辑控控制, 红外外光电检测到到的开关信号号作为中断源源, 送入AAT89C51单单片机 中断断源 ; AAT89C51单单片机 再对对中断请求做做出响应, 并在P1.1及P1.0口输出控控制驱动电路路的脉冲; 驱动电路控控制直流电机机的转速和转转向; 显示示模块以采用用串行数椐输输入，用四位位数码液晶显显示为核心, 对记录的的结果进行显显示.二、系统原理理框图系统原理框框图如图1所所示。第三章 AT889S51单单片机简介.1单片机发发展概况AT89S511单片机是凌凌阳公司今年年新推出的一一款十六位单单片机，它的的易用性和多多功能性受到到了广大电子子爱好者

8、的好好评。这里要要介绍的是用用AT89SS51单片机机实现20001年全国大大学生电子设设计竞赛试题题（C题），本本系统以参赛赛题目的要求求为目的，采采用AT899S51单片片机为控制核核心，利用光光电检测器检检测道路上的的标志，控制制电动小汽车车的正反向行行驶，快慢速速行驶，以及及停车的位置置，并可自动动记录往返时时间和距离，在在显示完时间间距离后将会会自动播报整整个行程所消消耗的时间，以以及行驶路程程。整个系统统的电路结构构简单，可靠靠性高。实验验测试结果满满足要求，本本文着重介绍绍了该系统的的软硬件设计计方法及测试试结果分析。目前,八位高性性能单片机以以成为主流,单片机发展展具体体现在在

9、以下几个方方面:1.CPU功能能增强2.内部资源增增多3.引脚的多功功能化4.低电压低功功耗.3.2单片机的的发展方向目前，单片片机正朝着高高性能和多品品种方向发展展，今后单片片机的发展趋趋势将是进一一步向着CMMOS化、低低功耗、小体体积、大容量量、高性能、低低价格和外围围电路内装化化等方向发展展。单片机在在出现时，IIntel公公司就给其单单片机取名为为嵌入式微控控制器。单片片机的最明显显的优势，就就是可以嵌入入到各种仪器器、设备中。单片机在内内部已集成了了越来越多的的部件，这些些部件包括一一般常用的电电路，例如：定时器，比比较器，A/D转换器，DD /A转换换器，串行通通信接口，WWat

10、chddog电路，LLCD控制器器等。有的单单片机为了构构成控制网络络或形成局部部网，内部含含有局部网络络控制模块CCAN。例如如，Infiineon公公司的C 5505C，CC515C，CC167CRR，C1677CS-322FM，811C90；MMotoroola公司的的68HC008AZ 系系列等。特别别是在单片机机C167CCS-32FFM中，内部部还含有2个个CAN。因因此，这类单单片机十分容容易构成网络络。特别是在在控制，系统统较为复杂时时，构成一个个控制网络十十分有用。为为了能在变频频控制中方便便使用单片机机，形成最具具经济效益的的嵌入式控制制系统。有的的单片机内部部设置了专门门

11、用于变频控控制的脉宽调调制控制电路路，这些单片片机有Fujjitsu公公司的MB889850系系列、MB889860系系列；Mottorolaa 公司的MMC68HCC08MR116、MR224等。在这这些单片机中中，脉宽调制制电路有6个个通道输出，可可产生三相脉脉宽调制交流流电压，并内内部含死区控控制等功能。特别引人注目的的是：现在有有的单片机已已采用所谓的的三核（TrrCore）结结构。这是一一种建立在系系统级芯片（SSystemm on aa chipp）概念上的的结构。这种种单片机由三三个核组成：一个是微控控制器和DSSP核，一个个是数据和程程序存储器核核，最后一个个是外围专用用集成电

12、路（AASIC）。这这种单片机的的最大特点在在于把DSPP和微控制器器同时做在一一个片上。虽虽然从结构定定义上讲，DDSP是单片片机的一种类类型，但其作作用主要反映映在高速计算算和特殊处理理如快速傅立立叶变换等上上面。把它和和传统单片机机结合集成大大大提高了单单片机的功能能。这是目前前单片机最大大的进步之一一。这种单片片机最典型的的有Infiineon公公司的TC110GP；HHitachhi公司的SSH74100，SH76612等。这这些单片机都都是高档单片片机，MCUU都是32位位的，而DSSP采用166或32位结结构，工作频频率一般在660MHz以以上。 功耗、封装装及电源电压压的进步现

13、在新的单单片机的功耗耗越来越小，特特别是很多单单片机都设置置了多种工作作方式，这些些工作方式包包括等待，暂暂停，睡眠，空空闲，节电等等工作方式。PPhilipps公司的单单片机P877LPC7662是一个很很典型的例子子，在空闲时时，其功耗为为1.5 mmA，而在节节电方式中，其其功耗只有00.5mA。而而在功耗上最最令人惊叹的的是TI公司司的单片机MMSP4300系列，它是是一个 166位的系列，有有超低功耗工工作方式。它它的低功耗方方式有LPMM1、LPMM3、LPMM4三种。当当电源为3VV时，如果工工作于 LMMP1方式，即即使外围电路路处于活动，由由于CPU不不活动，振荡荡器处于14

14、MHz，这这时功耗只有有50?A。在在LPM3 时，振荡器器处于32kkHz，这时时功耗只有11.3?A。在在LPM4时时，CPU、外外围及振荡器器32kHzz都不活动，则则功耗只有00.1?A。现在单片机机的封装水平平已大大提高高，随着贴片片工艺的出现现，单片机也也大量采用了了各种合符贴贴片工艺的封封装方式出现现，以大量减减少体积。在在这种形势中中，Micrrochipp公司推出的的8引脚的单单片机特别引引人注目。这这是PIC112CXXXX系列。它含含有0.52K程序存存储器，255128字字节数据存储储器，6个II/O端口以以及一个定时时器，有的还还含4道A/D ，完全全可以满足一一些低

15、档系统统的应用。扩扩大电源电压压范围以及在在较低电压下下仍然能工作作是今天单片片机发展的目目标之一。目目前，一般单单片机都可以以在3.35.5V的的条件下工作作。而一些厂厂家，则生产产出可以在22.26VV的条件下工工作的单片机机。这些单片片机有Fujjitsu公公司的MB889191891955，MB8991211125A，MMB891330系列等，应应该说该公司司的F2MCC-8L系列列单片机绝大大多数都满足足2.266V的工作电电压条件。而而TI公司的的MSP4330X11XX系列的工作作电压也是低低达2.2VV的。 工艺上的的进步现在的单片机基基本上采用CCMOS技术术，但已经大大多数

16、采用了了0.6?mm以上的光刻刻工艺，有个个别的公司，如如Motorrola公司司则已采用00.35?mm甚至是0.25?m技技术。这些技技术的进步大大大地提高了了单片机的内内部密度和可可靠性。 自动往返小汽车车的控制系统统第四章 主要电电路设计1、光电检测的的设计为了检测到地上上的黑线，根根据小车所处处的位置改变变行驶状态，采采用64型光光电检测器采采集外部信息息传给IOBB2作为外部部中断源，遇遇到黑线将产产生一个中断断，通过对中中断的计数确确定小车位置置，并对行驶驶状态做出相相应的反映。7764型光电电检测器输出出形式为晶体体管集电极开开路输出，接接4.7K的的上拉电阻。光光电管的测量量

17、最大范围为为1.5118.5cmm，实际安装装距地面为 2cm。发发射管发出红红外线光电信信号，接收管管接收到反射射的光信号以以后输出低电电平,接收收管没有接收收到反射的光光信号时输出出高电平，输输出电平直接接送IOB22做外部中断断的信源。红红外光电检测测器连接电路路如图2所示示。具体连接接请参见附带带的Prottel 999 SE原理理图。 2主控控电路的设计计（1）、继电电器驱动电路路的设计由于单片机机I/O口提提供的电流太太小，不能直直接驱动继电电器。在这里里采用80550来提供一一个开关电压压，实现I/O口对继电电器的驱动，由由于继电器的的吸合只需55V电压，能能够保证它的的可*工作

18、，用用IN40007去掉继电电器断开时线线圈产生的反反向电流，保保护80500。如图3。 （2）、速速度控制电路路的设计本设计方案案较为简单，即即通过大功率率电阻消耗功功率来实现，通通过对R1、RR2的选择能能提供八种速速度，可根据据路面摩擦力力大小来调节节R1、R22的大小，使使小车处于最最佳行使状态态。具体电路路图如图4，其其中J1、JJ2由IOAA0控制，JJ3、J4由由IOA1控控制，J5、JJ6分别由IIOA2和IIOA3控制制。 3、路程计计数的设计按题要求显显示全程速度度，可以通过过检测车轮转转过的转数乘乘上车轮的周周长来计算，霍霍尔元件就是是一种很好的的可用于车轮轮转数计数的的

19、元件。霍尔尔元件基本原原理是：在普普通转盘计数数的仪表中加加装霍尔元件件和磁铁，即即可构成基于于磁电转换技技术的传感器器。霍尔元件件固定安装在在计数转盘附附近，永磁铁铁安装在计数数盘（例如00.01立方方米）位上，当当转盘每转一一圈，永磁铁铁经过霍尔元元件一次即在在信号端产生生一个计量脉脉冲。在普通通转盘计数的的仪表中加装装霍尔元件和和磁铁，即可可构成基于磁磁电转换技术术的传感器。本本系统中霍尔尔元件固定安安装在计数转转盘附近，永永磁铁安装在在计数盘位上上，当转盘每每转一圈，永永磁铁经过霍霍尔元件一次次即在信号端端产生一个计计量脉冲。由由于霍尔电压压很微弱(mmV级)，需需用霍尔集成成电路进行

20、处处理，如图55所示。无论论信号转子的的哪个叶片通通过空气间隙隙时，霍尔信信号发生器都都将产生一个个电位由高到到低的脉冲信信号,直接送送IOB3作作外部中断源源，信号转子子通过霍尔元元件将产生一一个中断，对对中断进行计计数，此中断断的个数即为为车轮转过的的转数。 4、显示电电路的设计本系统采用用共阴极数码码管四个进行行动态显示，轮轮流显示时间间和路程，这这有利于节省省I/O口。显显示时间的精精度为1S，显显示路程的精精度为0.001m。用IIOB8IOB111口作为位选选控制， IIOA8IOA111口传输要显显示的数据，数数据线和位选选线直接接凌凌阳SPCEE061A单单片机的I/O口即可，

21、因因为I/O口口输出电流很很小不会对LLED造成损损坏，它的电电压值却足以以驱动LEDD，这不像别别的单片机还还要外接驱动动电路和电阻阻，采用凌阳阳SPCE0061A单片片机大大减化化了设计过程程和硬件电路路。硬件电路路如图6所示示。 5、语音播播报电路的设设计凌阳的SPPCE0611A是16位位单片机，具具有DSP功功能，有很强强的信息处理理能力，最高高时钟可达到到49M，具具备运算速度度高的优势等等等，这为语语音的播放、录录放、合成及及辨识提供了了条件。另外外SPCE0061A单片片机具有322k闪存，事事先把所需要要的语音信号号录制好，整整个语音信号号经凌阳SAACM_S4480压缩算算

22、法压缩只占占有13.22K存储空间间，对凌阳SSPCE0661A单片机机的存储系统统来说绰绰有有余。凌阳SSPCE0661A单片机机自带双通道道DAC音频频输出，DAAC1、DAAC2转换输输出的模拟量量电流信号分分别通过AUUD1和AUUD2管脚输输出，DACC输出为电流流型输出，经经LM3966音频放大，即即可驱动喇叭叭放音，放大大电路如图55(只列出了了DAC1,DAC2类类似)。在DDAC1、DDAC2后面面接一个简单单的音频放大大电路和喇叭叭就能实现语语音播报功能能，这为单片片机的音频设设计提供了极极大方便，音音频的具体功功能主要通过过程序来实现现。 图7音频放大电电路6、电源部部分

23、电源部分采采用四节碱性性电池对单片片机、数码管管等供电，采采用九节碱性性电池对继电电器及电机进进行供电，为为减少耗电量量，数码管未未采用全程供供电，而是等等小车停止后后显示所用时时间和行驶距距离；采用双双电源供电消消除电动机运运转时产生的的干扰，保证证单片机正常常工作。 自动往返小汽车车的控制系统统第五章 系统硬硬件电路设计计5.1检测电路路设计本设计需要检测测起点和终点点限速区一定定黑白对比的的黑色和跑道道两则的障碍碍物（档板）。图图2、图3速速度检测和路路面检测，均均采用反射取取用式，单光光束红传感器器ST1788接收信号，再再分别用运放放LM3244比较电压进进行放大。图图2的电路在在5

24、V电压下下工作，根椐椐该型号传感感器红外发射射管所需工作作压降（红外外发射管的正正向压降在111.3V）和和工作电流(红外发射管管的电流为22-10mAA)，取用负负载电阻R11=0.511K。红外红红接收管负载载电阻R2=51K。取取R3=R44=1K由RR5进行设置置。图3的电电路是在+99V电压下工工作的，和图图2分析方法法一样，取RR6=2K，RR7=2700K，R8=270K，R9=100KK。 图2速度检测电电路 图3地面检测电电路图5.2驱动电路路设计5.2.1电机机驱动电路主电路采用PWWM-M的双双极式H型电电路。运用44个C26555晶体管和和4个续流二二极管组成桥桥式电路

25、，靠靠晶体管导通通和关闭的占占空比实现电电动机调速的的目的，输出出端的电位极极性不一样可可以使电机正正转和反转。应应用中应尽量量提高斩波的的频率，减少少电流的脉动动。具体电路路图 图4电机驱动电电路 5.2.2.转转向驱动电路路该电路结构简单单，主在由达达林顿管来接接受信号来驱驱动电机，输输出端的电位位极性不同可可以使电机作作不同的转向向，实现转向向功能。具体体结构如图五五所示。 图5转向驱动电电路5.2.3.键键盘及显示电电路显示电路采用串串行数椐输入入，用四位数数码液晶显示示，显示时间间或路程。通通过单片机利利用不同的占占空比来控制制车的速度，小小车动行的情情况是通过轴轴上带孔的圆圆片和光

26、电检检测器送给控控制位分。当当小车检测到到终点时，停停止运行100S，显示运运行的路程。5.3 ST1178 器件件简介一特点：1.采用高发射射功率红外光光电二极管和和高敏度光电电晶体管组成成。2检测距离可可调整范围大大，4-400mm可用。3采用非接触触检测方式。二极限参数：(Ta=225)项目 符号 数数值 单位输输入 正向电流 IF 500 mA 反向电流 VVr 6 VV 耗散功率 PP 75 mmW输出 集射电压压 Vceoo 25 VV 射集电压 veco 6 V 集电极功耗 Pc 500 mW工作温度 Toopr -22065 储存温度 Tsstg -33075 三光电特性：(Ta=225)项目 符号 测测试条件 最最小 典型 最大 单位位输入 正向压降降 Vf IIf=20mmA - 11.25 115 V 反向电流 IIr VR=3V - - 10 uA输出 集电极暗暗电流 Icceo Vcce=20vv - - 1 uA 集电极亮电流 Il Vce=5VVIf=8mA L3 030 - - mA L4 040 - - mmA L5 050 - - mmA 饱和压降 VVce