毕业论文-基于51单片机的电动轮椅智能速度控制系统的设计与实现

1、大连东软信息学院本科毕业设计（论文）论文题目论文题目：基于51单片机的电动轮椅智能速度控制系统的设计与实现 系 所：电子工程系 专 业：电子信息工程（微电子制造方向） 学生姓名： 学生学号： 指导教师： 导师职称：导师 完成日期：2014年 4月 28日 大连东软信息学院Dalian Neusoft University of Information毕业设计（论文）题目：基于51单片机的电动轮椅智能速度控制系统的设计与实现设计（论文）的基本内容： 本设计实现的电动轮椅智能速度控制系统，实现轮椅的前进、后退及停止等常规功能外，额外设计了轮椅行进速度测试模块，以便在轮椅行进速度过快的情况下可以做到

2、提示报警，以便用户可以更安全的使用之。本设计是以STC12C5A60S2单片机为核心，以数字集成电路技术为基础，软件、硬件相结合，组成电动轮椅速度控制电路、实现了轮椅速度实时显示、超速报警及当前时间显示等功能，方便坐轮椅的人可以随时了解当前时间及更好的控制速度，另外系统提供三个快捷键，主要用于遇到湿滑、颠簸和普通路况时，一键完成对速度的控制。本设计主要实现一个电动轮椅智能速度控制系统，包括轮椅的前进、后退、停止及速度测试等功能模块，实物可完全演示常规轮椅的基本功能。系统由硬件系统和软件系统两部分组成。系统软件部分由C语音编写，易读，可移植性好。要求实现对各个功能模块中的主逻辑芯片的时序控制；硬

3、件部分主要设计一个正常工作的轮椅的程序控制器，轮椅在行进过程中，如果遇到不理想的路况，比如路滑、颠簸等状况，可以选择轮椅的对应按键，启动相应的模式，这种一键设置模式有助于老人及残疾人对轮椅速度的把握。本系统主要包括红外测速模块、LCD显示模块、电机驱动控制模块、按键模块及实时时钟模块等五个部分组成。毕业设计（论文）专题部分：题目：设计或论文专题的基本内容：学生接受毕业设计（论文）题目日期 第 1 周指导教师签字：年 月 日大连东软信息学院毕业设计（论文） 摘要 IV基于51单片机的电动轮椅智能速度控制系统的设计与实现摘 要随着人口老龄化问题越来越严重以及生活水平的提高，人们对高龄老年人和残疾人

4、的关注度日渐提高，这是一个庞大的特殊群体，需要社会的关爱，对轮椅等辅助步行工具需求日益迫切。因此面对这样一个市场，智能轮椅的研究越来越多，越来越多的电动式轮椅进入消费者的视线。本设计实现的电动轮椅智能速度控制系统，实现轮椅的前进、后退及停止等常规功能外，额外设计了轮椅行进速度测试模块，以便在轮椅行进速度过快的情况下可以做到提示报警，以便用户可以更安全使用。本设计是以STC12C5A60S2单片机为核心，以数字集成电路技术为基础，软件、硬件相结合，组成电动轮椅速度控制电路、实现了轮椅速度实时显示、超速报警及当前时间显示等功能，方便坐轮椅的人可以随时了解当前时间及更好的控制速度，另外系统提供三个快

5、捷键，主要用于遇到湿滑、颠簸和普通路况时，一键完成对速度的控制。系统软件部分由C语音编写，易读，可移植性好。要求实现对各个功能模块中的主逻辑芯片的时序控制；硬件部分主要设计一个正常工作的轮椅的程序控制器，轮椅在行进过程中，如果遇到不理想的路况，比如路滑、颠簸等状况，可以选择轮椅的对应按键，启动相应的模式，这种一键设置模式有助于老人及残疾人对轮椅速度的把握。本系统主要包括红外测速感知模块、LCD显示模块、电机驱动控制模块、按键模块及实时时钟模块等五个部分组成。关键词：智能轮椅，红外测速感知，霍尔传感器，电机驱动，单片机大连东软信息学院毕业设计（论文） AbstractDesign and Imp

6、lementation of Intelligent Speed Electric Wheelchair Control System Based on 51 Single ChipAbstractWith the population aging problem is getting worse and the improvement of living standards, pay attention to the elderly and disabled rising, this is a huge special groups and need social care, other a

7、uxiliary tools for the needs of wheelchair increasingly urgent. The face of such a market, more and more research on intelligent wheelchair, electric wheelchair more and more into the consumers attention. The design and implementation of the intelligent speed electric wheelchair control system, the

8、wheelchair forward, backward, stop and other routine functions, additional design a wheelchair travel speed test module, so that in the case of a wheelchair traveling too fast can be prompted police to users can more safety.The design is based on STC12C5A60S2 microcontroller core, technology-based d

9、igital integrated circuits , software and hardware combined with the speed control circuit consisting of an electric wheelchair, wheelchair to achieve a real-time display speed, speed alarm and current time display function to facilitate wheelchair people can keep abreast of the current time and bet

10、ter control the speed of the other system provides three shortcut keys, mainly for the encounter slippery, bumpy road conditions and the general, a key to complete the speed control. System software written in part by C +, readability and portability is good. Required to achieve timing control for e

11、ach module of the main logic chips; hardware design of a major part of the work program controller normal wheelchair, wheelchair in the process of moving, if they are not ideal road conditions, such as slippery, bumpy and other conditions. You can select a wheelchair corresponding button, activate t

12、he corresponding mode, this mode helps to capture a key setting for the elderly and the disabled wheelchair velocity.The system includes an infrared speed sensing module, LCD display module is composed of four parts, motor drive control module and real-time clock module.Key words: Intelligent wheelc

13、hair, Infrared gun perception, Motor drivers, MCU大连东软信息学院毕业设计（论文） 目录目 录 TOC o 1-3 u 摘 要 PAGEREF _Toc387684954 h IAbstract PAGEREF _Toc387684955 h II第1章 绪 论 PAGEREF _Toc387684956 h 11.1 课题的发展概况 PAGEREF _Toc387684957 h 11.2 课题研究目的与意义 PAGEREF _Toc387684958 h 11.3 课题的主要内容 PAGEREF _Toc387684959 h 2第2章系统总

14、体方案设计 PAGEREF _Toc387684960 h 32.1 系统方案 PAGEREF _Toc387684961 h 32.2单片机简介 PAGEREF _Toc387684962 h 42.3 Altium Designer 10 PAGEREF _Toc387684963 h 42.4 传感器介绍 PAGEREF _Toc387684964 h 52.5 测速原理简介 PAGEREF _Toc387684965 h 52.5.1透光式测速传感器 PAGEREF _Toc387684966 h 52.5.2霍尔开关测速 PAGEREF _Toc387684967 h 52.6软件流

15、程图 PAGEREF _Toc387684968 h 6第3章系统硬件设计 PAGEREF _Toc387684969 h 73.1 单片机的选择 PAGEREF _Toc387684970 h 73.2.电机模块的选择 PAGEREF _Toc387684971 h 73.2.1电机的选择 PAGEREF _Toc387684972 h 73.2.2L293D 参数 PAGEREF _Toc387684973 h 83.2.3 L293D 特性 PAGEREF _Toc387684974 h 83.3 速度模块设计 PAGEREF _Toc387684975 h 83.4 显示模块设计 PA

16、GEREF _Toc387684976 h 9第4章 系统电路设计 PAGEREF _Toc387684977 h 104.1 单片机最小系统电路设计 PAGEREF _Toc387684978 h 104.2 LCD电路设计 PAGEREF _Toc387684979 h 124.3直流电机驱动电路的设计 PAGEREF _Toc387684980 h 144.4速度检测电路的设计 PAGEREF _Toc387684981 h 144.5 实时时钟电路的设计 PAGEREF _Toc387684982 h 164.6 按键模块电路设计 PAGEREF _Toc387684983 h 17第

17、5章系统主要驱动程序 PAGEREF _Toc387684984 h 185.1 DS1302主要驱动程序 PAGEREF _Toc387684985 h 185.2 LCD1602主要驱动程序 PAGEREF _Toc387684986 h 195.3测速模块主要驱动程序 PAGEREF _Toc387684987 h 205.4按键模块主要驱动程序 PAGEREF _Toc387684988 h 21第6章系统调试 PAGEREF _Toc387684989 h 236.1 系统硬件调试 PAGEREF _Toc387684990 h 236.2 系统软件调试 PAGEREF _Toc38

18、7684991 h 246.3 系统整体调试 PAGEREF _Toc387684992 h 24第7章结论 PAGEREF _Toc387684993 h 25参考文献 PAGEREF _Toc387684994 h 26致 谢 PAGEREF _Toc387684995 h 27大连东软信息学院毕业设计（论文）- 第1章 绪 论随着人口老龄化问题越来越严重以及生活水平的提高，人们对高龄老年人和残疾人的关注度日渐提高，这是一个庞大的特殊群体，需要社会的关爱，对轮椅等辅助步行工具需求日益迫切。为了帮助他们提高行动自由及更好的融入社会，本文介绍了一种新型的智能速度控制的电动轮椅。1.1 课题的发

19、展概况自1986年英国开始研制第一辆智能轮椅以来，智能轮椅逐步发展起来。由于各个研究的方法及目的不尽相同，每种轮椅解决的问题和达到的能力不同。起初的研究，赋予轮椅都是简单运动、速度控制等低级控制。随着机器人控制技术的发展，智能轮椅在原有的基础上有更好的适应性和交互性。根据用户的残障程度及特殊需求而建造多功能的系统，研究了系统的模块化和灵活性，也着重开发了人机界面，使轮椅更加人性化，易于控制。传统智能轮椅的开发，是基于语音的人机界面，有超声波和红外传感器组成的感知系统，可以探测障碍及突发不平地面。随着智能轮椅的不断发展，认识到系统必须是多功能的，不仅应适应残障人士的生理和认知能力，也应该适应环境

20、。我国智能轮椅研究起步较晚，且较国外比起来，功能和灵活性上有一定的差距，虽然说智能轮椅技术也有了很大的发展，从技术上也能满足目前国内各种残障人士和高龄老年人的需要，但实用性上还需要进一步提高。有些技术仍处于研发和试验阶段，成本也较高，结构化、系统化不强。因此，功能全面而又价格合理的智能轮椅的开发成了当今重要的课题。1.2 课题研究目的与意义因此面对这样一个市场，智能轮椅的研究越来越多，越来越多的电动式轮椅进入消费者的视线，但由于大多电动式轮椅存在多个弊端，进口轮椅大多拥有较好的性能但是价格昂贵，超出了普通民众的消费能力，而国内较为普遍的电动轮椅车功能华而不实，因此现在大多家用或者医院所用的仍然

21、是传统手摇式轮椅。而使用到电动轮椅的人群，电动轮椅只是靠电机来控制速度，而不能智能有效的去控制速度。对于一些老年人和残疾人来说，电动轮椅在安全可靠性方面体现出不足的一面。与现在市场上所出售的大部分的智能轮椅相比，本次设计中我们避开了一些华而不实的功能，更加看重的是系统的操作性，系统的实用性以及它的安全性。系统中的简单几个按键：前进、后退、左转、右转及停止按键设计的更加人性化，操作起来更为简单方便。系统中的测速模块可以实时测得轮椅行进的速度，当轮椅超速时，可以及时对轮椅进行减速，避免危险发生，使用户的安全多了一份保障。本设计实现的电动轮椅智能速度控制系统，实现轮椅的前进、后退及停止等常规功能外，

22、额外设计了轮椅行进速度测试模块，以便在轮椅行进速度过快的情况下可以做到提示报警，以便用户可以更安全的使用之。1.3 课题的主要内容MCU采用STC12C5A60S2单片机作为主控制器，加上外围电源晶振电路、直流电机驱动模块、实时时钟模块、LCD显示和声音报警模块组成。STC12C5A60S2单片机完全兼容8051系列单片机，系统资源十分丰富，完全满足本系统设计需要。系统通过直流电机旋转模拟轮椅行进过程，通过直流电机的转速模拟轮椅的行进速度，通过红外光感，进而实现对轮椅行进速度的测量。蜂鸣器、LCD1602显示屏、实时时钟的控制是使用单片机的IO管脚的TTL电平来驱动的。在单片机中除了电源、晶振

23、和接地端，其余管脚都可以直接和功能模块的驱动管脚直接相连。本设计是以STC12C5A60S2单片机为核心，以数字集成电路技术为基础，软件、硬件相结合，组成电动轮椅速度控制电路、实现了轮椅速度实时显示、超速报警及系统时间显示等功能，方便坐轮椅的人可以随时了解当前时间及更好的控制速度，另外系统提供三个快捷键，主要用于遇到湿滑、颠簸和普通路况时，一键完成对速度的控制。本设计主要实现一个电动轮椅智能速度控制系统，包括轮椅的前进、后退、停止及速度测试等功能模块，实物可完全演示常规轮椅的基本功能。系统由硬件系统和软件系统两部分组成。系统软件部分由C语音编写，易读，可移植性好。要求实现对各个功能模块中的主逻

24、辑芯片的时序控制；硬件部分主要设计一个正常工作的轮椅的程序控制器，轮椅在行进过程中，如果遇到不理想的路况，比如路滑、颠簸等状况，可以选择轮椅的对应按键，启动相应的模式，这种一键设置模式有助于老人及残疾人对轮椅速度的把握。本系统主要包括测速感知模块、LCD显示模块、电机驱动控制模块及实时时钟模块与按键模块等五个部分组成。 大连东软信息学院毕业设计（论文）第2章系统总体方案设计2.1 系统方案本设计为基于51单片机的电动轮椅智能速度控制系统，是以数字集成电路技术为基础，以STC12C5A60S2单片机为核心，软件、硬件相结合，组成电动轮椅的速度测试系统、实现了实时时间显示、速度测试，超时报警，并且

25、通过LCD来指示系统的工作状态。本设计主要实现一个基于51单片机的电动轮椅智能速度控制系统，包括实时时钟的设置、当前系统时间的显示、直流电机的驱动、速度测试等，实物可完全演示轮椅的速度测试及调整等功能。系统由硬件系统和软件系统两部分组成。系统软件部分由C语言编写，易读，可移植性好。要求实现对各个功能模块中的主逻辑芯片的时序控制；硬件部分主要实现电动轮椅速度控制电路、实现了轮椅速度实时显示、超速报警及当前时间显示等功能，方便坐轮椅的人可以随时了解当前时间及更好的控制速度，另外系统提供三个快捷键，主要用于遇到湿滑、颠簸和普通路况时，一键完成对速度的控制。系统软件部分由C语音编写，易读，可移植性好1

26、。要求实现对各个功能模块中的主逻辑芯片的时序控制；硬件部分主要设计一个正常工作的轮椅的程序控制器，轮椅在行进过程中，如果遇到不理想的路况，比如路滑、颠簸等状况，可以选择轮椅的对应按键，启动相应的模式，这种一键设置模式有助于老人及残疾人对轮椅速度的把握。系统结构框图如图2.1所示。 图2.1 系统结构框图本次系统结构由速度检测模块、实时时钟模块、电机驱动模块、液晶显示模块、蜂鸣器和键盘控制模块几部分构成。2.2单片机简介单片机是一台微型计算机。大家对计算机都非常熟悉，只要安装相应的程序，它就能自动的完成相应的工作。单片机是一台微型计算机，虽然功能没有普通计算机那么强大，可是它的体积很小，在很多场

27、合下普通计算机不能完成的工作，单片机却能出色的完成2。单片机虽然体积小，但“五脏俱全”，其内部结构与普通计算机结构类似，也是由中央处理器（CPU）、存储器和输入/输出（I/O）3大基本部分构成3。实际上就是把一台普通计算机经过简化，浓缩在一小片芯片内，形成了芯片级的计算机（single chip microcomputer），即单芯片微型计算机，简称单片机4。单片机的特点：首先，一片单片机从功能上讲相当于一台微型计算机，可是价格却很低，一片单片机价格一般在几元到几十元之间。而且，随着科学技术的发展和市场竞争的需要，世界上生产单片机的各大公司都在不断地采用新技术来提高单片机的性能，同时又进一步降

28、低其价格5。其次，在单片机的片内，除了一般的必须具有的ROM、RAM、定时器/计数器、中断系统外，还尽可能地把众多的各种外围功能器件集成在片内，减少了外部各芯片之间的连接，大大提高了单片机的可靠性和抗干扰能力6。最后，一般单片机的工作电压为5V，有的单片机可以在1.83.6V的电压下工作，而且，功耗将至A级7，即具有低电压，低功耗的特点。2.3 Altium Designer 10最新发布的 Altium Designer10带来了一个全新的管理元器件的方法。其中包括新的用途系统、修改管理、新的生命周期和审批制度、实时供应链管理等更多的新功能。可以更方便轻松地创建产品设计。Altium 的统一

29、的设计架构以将硬件，软件和可编程硬件等等集成到一个单一的应用程序中而闻名。Altium Designer 10 提供了一个强大的高集成度的板级设计发布过程，它可以验证并将你在设计和制造数据进行打包，这些操作只需一键完成，从而避免了人为交换中可能出现的错误8。发布管理系统简化规范了发布设计项目的流程，或者更具体地说，是那些项目中定义的配置，直观，简洁而且稳定。更重要的是，该系统可以被直接链接到后台版本控制系统。新增的强大的预发布验证手段的组合，用以确保所有包含在发布中的设计文件都是当前的，与存储在版本控制系统中的相应的文件“主人”保持同步的文件，并且通过了所有特定的规则检查（ERC, DRC等等

30、)，从而可以在更高层面上控制发布管理，并可保证卓越的发布质量。2.4 传感器介绍传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能检测到被测量的信息，并能将检测到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。但是现在随着社会要求的逐渐提高，单靠人们自身的感觉器官往往不足以研究自然现象和规律。要获取大量人类感官无法直接获取的信息，传感器是获取信息的主要途径与手段，但是没有相适应的传感器也是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就

31、在于对象信息的获取存在困难。为了满足人们的不断需求，因此就出现了传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长。所以传感器技术的发展对今后世界上经济的发展，社会进步等发面有着重要的意义。正是因为如此，世界各国对传感器技术的发展有着重要的关注。常见的传感器类型有电阻式传感器、称重传感器、温度传感器、位移传感器、压力传感器等。传感器具有微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化等特点。本次设计中使用到的是光电传感器和霍尔传感器。2.5 测速原理简介本次设计中，核心模块即为速度测试。下面则介绍本次设计中使用到的两种测速方法。2.5.1透光式测速传感器透光式测速传感器由带孔或缺口的回盘、光源和光电管

32、组成。圆盘随被测轴旋转时，光线只能通过因孔或缺口照射到光电管上。光电管被照射时，其反向电阻很低，于是输出一个电脉冲信号9。光源被圆盘遮住时，光电管反向电阻很大，输出端就没有信号输出。这样，根据圆盘上的孔数或缺口数，即可测出被测轴的转速。圆盘孔或缺口数通常取为60，因此被测轴每转一周时，光电变换器便可输出60个脉冲信号。若取电子计数器的时基信号为1s，则可直接读出被测轴转速。2.5.2霍尔开关测速霍尔开关测速利用的是霍尔传感器，而霍尔传感器则是利用霍尔效应为原理来进行测速的。霍尔效应即当有带电粒子，电子或者是空穴穿过有磁场的领域时，电子或空穴会受到洛仑磁力的影响，从而发生了偏转，会导致在本来是垂

33、直的电流和磁场在横向的方向产生一个新的电场。我们就是利用传感器在表面接近磁场时产生一个磁场的变化，并将这个变化变成一个信号传递给单片机系统来进行测速的，具体的就是在轮子上一个固定位置安装传感器，在旋转部件上与之相对的地方安装一个小磁铁，每当旋转部件转一圈，传感器就会发出一个中断信号，这样我们就可以通过这些中断信号来进行测速了。2.6软件流程图 系统上电后，软件会对系统进行初始化，包括对各种变量初始化，LCD1602液晶显示初始，串口和定时器的设置初始化，有了这些初始化才能保证系统数据的可靠性和正确性。软件控制流程图如图2.2所示。图2.2 软件控制流程图系统中包含按键对系统参数进行相关设置，实

34、时时钟可以实现记录当前系统时间光电传感器用于实现轮椅转速的测速的测量，L293D用于实现直流电机的驱动，LCD1602用于显示系统的当前进程、相关参数及系统状态。第3章系统硬件设计3.1 单片机的选择对于电动轮椅的CPU的选择方面，我们考虑选择价格低廉，接口资源丰富的一种性价比较高的CPU。 现阶段对于我们来说，51单片机是最为熟悉的。51单片机按位数分可分为有低档的4位机、8位机、16位机、32位机。其中，低档的4位机、8位机属于早期生产的初级单片机，寻址范围不大于4KB，且无串行口。当前广泛应用的是高档的8位机，这类单片机已能满足控制领域中多数场合的需求10。因此在本设计中采用处理数据的单

35、片机是MSC-51系列的单片机。不但价格便宜，技术成熟，而且也非常容易在PROTUES中进行仿真，非常适合我们这样刚刚入门的初学者。在选择单片机的型号时，首先考虑的是AT89C51系列单片机。AT89C51具有很高的性价比，系统的稳定性也很高，但是在对其进行系统调试和下载程序时，每次都需要特殊的编程机才能给系统下载程序和对系统进行调试，所以相对麻烦。所以就从新考虑了另一种型号，就是STC89C51系列单片机。这种单片机下载程序时只需要串口下载就可以了，只需要使用一根串口线就可以完成对单片机进程程序的下载与调试。另外，STC89C51系列单片机在价格上也占有一定的优势，比AT89C51单片机每片

36、要便宜2-5元钱。在资源上也远远多于AT89C51单片机，无论是在中断、时钟还是在内存方面都要优越于AT89C51单片机。因此本设计是以STC12系列单片机为基础而设计的。具体的单片机型号是STC12C5A60S2单片机。STC12C5A60S2系列单片机是由宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051。但速度要快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S，即25万次/每秒）。 主要特点：高速，比普通8051快8-12倍；宽电压，3.3-5.5V；低功耗设计（可

37、由任意一个中断唤醒）；芯片内EEPPOM功能，擦写次数在10万次以上；8通道，10位高速ADC，2通道捕获，4个16位定时器，兼容普通8051的定时器T0/T1，2路PCA实现2个定时器；通用I/O口（36/40/44个）等。3.2.电机模块的选择3.2.1电机的选择小型电机分为直流电机和步进电机。直流电机具有调速特性好，调速方便、平滑，调速范围广；能承受频繁冲击负载，过载能力强；能实现频繁快速、制动以及逆向旋转的特点11。步进电机，顾名思义，就是一步步走的电动机，所谓“步”指的是转动角度，一般每步位1.8度，若转一圈，就需要200步才能完成。步进电机每走一步，就要加一个脉冲信号，也成激磁信号

38、。无脉冲信号输入时，转子保持一定的位置，维持静止状态。若加入适当的脉冲信号时，转子则会以一定的步数转动。所以步进电机可以完成对角度需要精确控制的转动12。由于本文考虑的轮椅速度控制是快速的转动和快速的变速，而不是需要精确控制速度与变速角度，所以在电机的选择上选择的是直流电机。电机的型号为L293D。3.2.2L293D 参数L293D 基本参数如表3.1所示。表3.1 L293D基本参数表L293D 基本参数数值工作电压 5V单通道输出电流600 mA峰值输出电流1.2 A输出数4类型半桥式接下来我们介绍电机的特性。3.2.3 L293D 特性L293D每个通道的电流输出能力达600 mA，每

39、个通道的峰值输出电流达1.2 A（非重复），并且便于使能。L293D具有过温保护，对于逻辑“0”输入电压高达1.5V（高抗噪性）。3.3 速度模块设计本次设计中所涉及到的测速模块有两种，一种是槽型光电传感器，另一种为霍尔传感器。槽型光电传感器是一个凹形的光槽，光槽的两边分别是各一个发射器和一个接收器，正常情况下，发射器所发出的红外光直接被接收器所接收，此时是没有信号改变的。当有物体遮住发射器的光时，接收器没有接收到所发射的信号，会在单片机内产生一个下降沿的信号，这时会有一个频率的变化，这样就产生了一次信号。我们可以利用遮挡的次数与时间来计算出当前的速度。霍尔传感器则是使用电磁和洛仑磁力来进行测

40、速的。在正常的情况下，霍尔传感器感应器前方会有一个磁场。我们在模拟的轮子上安装一块小型的磁铁，当轮子转动时，磁铁到感应器前方时，会切割霍尔感应器前磁场的磁感线，当有磁感线被切割时，同样会在单片机内产生一个下降沿的信号，我们也可以利用收集每次切割磁感线时的信号和所用的时间来计算当前的速度。3.4 显示模块设计现阶段应用非常广泛地位LCD液晶显示器。LCD可分为两种类型，一种是字符模式LCD，另一种是图形模式LCD。其中，字符模式LCD是点阵型液晶显示器，专门用来显示字母、数字、符号等。本次设计运用到的就是字符模式LCD。由于LCD的控制需要专用的驱动电路，一般不会单独使用，二十将LCD面板、驱动

41、与控制电路组合成LCD模块（Liquid Crystal display Moulde，简称为LCM）一起使用。目前，常用的有16字1行、16字2行、20字2行、40字2行等字符模块。这些LCM显然显示数字不同，但是都有相同的输入/输出界面13。本次设计中使用的为LCD1602，LCD1602可以显示16字2行的字符，驱动程序有严格的读写指令和数据的时序。并且有在给5V电压对比度可调，功耗低，使用寿命长，可靠性高等特点。第4章 系统电路设计通过Altium Designer10 的设计，完成了对系统PCB电路的设计，其具体电路图的设计如图4.1所示。图4.1 PCB电路图下面我们通过对每个模块

42、的电路讲解来介绍这个电路。4.1 单片机最小系统电路设计本单片机的最小系统包括一个复位电路和一个时钟电路。复位电路分为了上电复位电路和开关复位电路。本次设计使用的复位是上电复位电路，如图4.2所示。 图4.2 STC12C5A60S2单片机最小系统时钟电路分为内时钟和外时钟两种模式，由于内部时钟产生的频率太低，所以本设计中我们采用的是外部时钟，当在XTAL1和XTAL2两个引脚之间加上一个晶振，单片机内部振荡器便能产生自激震荡，产生时钟信号，在晶振的两侧加上2060pF的瓷片电容起到了微调时钟频率的作用，可以使频率变得更加稳定。STC12C5A60S2系列单片机的程序存储器和数据存储器是各自独

43、立编址的。STC12C5A60S2系列单片机的所有程序存储器都是片上Flash存储器，不能访问外部程序存储器，因为没有外部访问使能信号EA和程序存储启用信号PSEN。STC12C5A60S2系列单片机内部有1280字节的数据存储器，其在物理和逻辑上都分为两个地址空间：内部RAM(256字节)和内部扩展RAM(1024字节)。另外，STC12C5A60S2系列单片机还可以访问在片外扩展的64KB外部数据存储器。单片机的置位和复位，其目的都是为了把电路初始化到一个确定状态。单片机实现电复位的原理是在其复位的引脚RST上外接电容和电阻。复位时在单片机内部单片机是将存储设备和一些寄存器装入生产厂商预设

44、的一个值。一般来说，单片机复位电路的作用是把一个状态机初始化到一个空的状态。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效单片机部，本文采用的是上电复位即上电后电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。4.2 LCD电路设计LCD1602的显示电路如图4.3所示。 图4.3 LCD1602电路原理图此LCD使用的是常用的16字2行（简称162）字符模块，外形如图所示。162LCD每行可以显示16个字，可以显示的行数位2行，有16个引脚，其中数据D0-D7与控制信号线RS、R/W、E用来与单片机连接，另外三只引脚为电源信号线VSS、VDD、VL，其各脚

45、功能如下表4.1所示。表4.1 LCD引脚功能表引脚符号 功能说明 1VSS接地2 VDD+5V3 VL调节液晶的对比度4 RS寄存器选择 0：指令寄存器（WRITE）,位置计数器（READ） 1：数据寄存器（WRITE,READ）与P42相连5 R/WREAD/WRITE选择 1：READ 0：WRITE 与P40相连 6 E使能信号端。读写使能，下降沿使能 与P41相连7 D0低4位三态、双向数据总线8 D1 低4位三态、双向数据总线9 D2低4位三态、双向数据总线10 D3低4位三态、双向数据总线11 D4高4位三态、双向数据总线12 D5高4位三态、双向数据总线13 D6高4位三态、双

46、向数据总线14 D7高4位三态、双向数据总线15 BLA背光源正极16 BLK背光源负极 VL引脚对应接的一个10K欧的电阻的电位器，通过螺丝刀对电位器上螺丝进行调节，我们可以用来调节液晶显示屏的对比度。LCD内部有两个寄存器，一个是指令寄存器IR，另一个是数据寄存器DR。IR用来存放由微控制器所送来的指令代码，如光标归为、清除显示等；DR用来存放欲显示的数据。显示的次序是先把欲存放数据地址写入IR，再把欲显示的数据写如DR，DR就会自动把数据送至相应的DD RAM或CG RAM地址，DD RAM是显示数据的存储器，用来存放LCD的显示数据；CG RAM的字符产生器，用来存放自己设计的162点

47、图形的显示数据。LCD指令寄存器和数据寄存器的选择如表4.2所示，通常R/W与RS信号线一起使用。表4.2 LCD寄存器的选择 E R/W RS 功能说明 1 0 0写入命令寄存器 1 0 1写入数据寄存器 1 1 0 读取忙碌标志及RAM地址 1 1 1 读取RAM数据 1 X X 不动作 当RS=0时，选择指令寄存器；RS=1时，选择数据寄存器。当R/W=0时，数据写入LCD控制器；当R/W=1时，到LCD控制器读取数据。E：高电位使能信号线。4.3直流电机驱动电路的设计本次设计中使用的是直流电机，其电路原理图为如图4.4所示。图4.4 直流电机的驱动电路本系统使用的直流电机驱动电路使用的

48、是微型电机驱动集成电路芯片L293D，支持VCC 4.53.6V，最大输出电流为1A。由于其驱动能力有限，多应用于小型机器。4.4速度检测电路的设计我们首先来介绍槽型光电传感器，具体电路图如下图4.5所示。 图4.5 槽型光电传感器测速电路槽型光电传感器的主要工作原理是利用光为媒介将输入信号耦合到输出端，光槽的两边分别是各一个发射器（红外线发光二极管LED）和一个接收器（光敏半导体管），正常情况下，发射器所发出的红外光直接被接收器所接收，此时是没有信号改变的。当有物体遮住发射器的光时，接收器没有接收到所发射的信号，这时接收器就会产生光电流，从输出端输出，会在单片机内产生一个下降沿的信号，这时会

49、有一个频率的变化，这样就产生了一次信号14。本次测速就是利用转盘通过开关计数，因为知道转盘的直径，所以可以通过圈数和时间来计算速度。接下来我们来介绍霍尔传感器，其电路原理图如图4.6所示。图4.6 霍尔传感器电路图由图中可以看出，当外部没有此贴切割磁感线时，系统内没有中断信号，当有磁铁切割磁感线时，内部信号被中断，此时会有一个下降沿的信号传递到单片机，与此同时，电路中的LED会亮一次，以便于我们知道有信号的产生。通过时间内产生信号的次数，我们就可以知道轮子转了多少圈，从而进行速度的计算。4.5 实时时钟电路的设计时钟一般是由走时、显示调整时间3项基本功能组成，这些功能咋单片机时钟里最主要由软件

50、设计体现出来。其中，走时的部分利用单片机里的定时/计数器产生的中断。如在代码中设置定时器T0工作在模式0状态下，设置每隔5ms中断一次，中断200次正好是1s。中断服务程序里记载着中断的次数，中断200次为1秒，60秒为1分，60分为1小时，24小时为1天15。而调整时钟时间是利用了单片机的输入功能，把按键开关作为单片机的输入信号，通过检测被按下的开关，从而执行赋予开关调整时间功能。因此，在设计程序时把单片机时钟功能分解为走时，显示和调整时间3个主要部分，每一部分的功能通过编写相应的子程序来完成，然后再通过主程序调用子程序，使这3部分有机地连在一起，完成单片机的时钟设计16。本设计设计实时时钟

51、电路如下图4.7所示。 图4.7 实时时钟电路本次设计时钟电路模块使用的硬件是DS1302。DS1302是一种实时时钟电路，它具有低功耗，高性能，带随机存取存储器等特点。它可以完成从秒，分，时到天，月，年的计时17。它所采用的三线接口可以与CPU进行同步通信，并且一次可以传送多个字节的时钟信号或RAM数据。内部有一个可以用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但在原有的基础上增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。4.6 按键模块电路设计本次设计中设计到了6个按键，按键的连接又2种模式。一种是每个按键连接

52、到单片机的一个引脚上，另一种是将几个按键并联在一起连接一个引脚。将每一个按键给一个引脚的好处是对按键代码编程较为方便，因为是直接连在引脚上的，所以只需要单片机给一个电频信号即可执行，但缺点是占用了更多的引脚。而将几个按键并联使用一个引脚，则需要在每个按键前加入一个电阻，本次设计中，为了节省引脚的使用，将几个按键并联起来连接在了一个引脚上。其电路原理图如图4.8所示。 图4.8按键模块设计图当没有按键按下时，可以看到5V的电压是直接接地的，这时的电压就是5V。当按下按键1时，经过按键1是有2个电阻，然后到地，这是KEY引脚的电压就变成了2.5V。电压发生了变化，这是按键1的信号就产生了。当按键2

53、按下时，5V的电压到地经过了3个电阻，而KEY引脚的电压则变成了3.3V，这就是按键2的电压，按键2的信号也产生了。同理，给每个按键一个电压大小的区间，使得每个按键能够正常工作。大连东软信息学院毕业设计（论文）第5章系统主要驱动程序系统主要包括的程序是速度检测程序、实时时钟驱动程序、LCD1602液晶显示的驱动程序、L293D直流电机驱动程序以及按键设定程序。下面我们主要对这几部分代码进行部分说明。5.1 DS1302主要驱动程序人们最常用的十进制数，而在计算机中数是采用二进制表示的。但是，二进制的数写起来太长，且不便阅读与记忆，所以在计算机中一般采用的是十六进制的数来表示。所以在程序编写是我

54、们使用的是BCD码，选择的种类为8421码。大家知道十进制是09十个数组成，这十个数每个数都有自己的8421码。它们之间的关系如表5.1所示：表5.1 十进制数与8421码数值对应表十进制8421码十进制8421码00000501011000160110200107011130011810004010091001DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式。所以我们对DS1302进行设置的时候，首先要把十进制的数转化为BCD码的形式，然后再按时序将其写入，如对DS1302时间进行设置的操作如下：void Set_RTC(void)unsigned c

55、har i，*p，tmp;for (i=0; i7; i+) / 转化为BCD格式：1字节其中高4位是十，低4位是个tmp = timedatai / 10;timedatai = timedatai % 10;timedatai = timedatai + tmp*16; Write_Ds1302(0 x8E，0 x00);/禁止写保护p = write_rtc_address;for (i=0; i200)NoPowerBuzzerBeep();nSpeedT0=12;这是一段设定计时器的代码。我们设定在有中断信号是，计数器nTimes=0。当时间到5秒时，则在LCD显示屏的第一行显示：n

56、Times is：%06d。即每过5秒显示一次产生多少次中断信号，轮子转动了多少圈。当轮子转动圈数超过了200次时，使蜂鸣器报警。用来提示速度过高。5.4按键模块主要驱动程序if(nADValue3400)/第一个按键while(nADValue4500)ShowADResult(4);nSpeedT0=5;if(nADValue4075) /第二个按键while(nADValue4500)ShowADResult(4);nSpeedT0=10;if(nADValue4350) /第三个按键while(nADValue4500)ShowADResult(4);nSpeedT0=15;上面这段代

57、码显示的是设定3个按键的代码部分，这部分代码主要是用来实现对不同路面进行速度一键控制的代码。如设定第一个按键时，前文解释过，当按下按键时，电压会发生改变，经过测试，会得出一个电压的值。这时我们定义，当电压小于4500mV时，并且电压介于3400-3500之间时，我们给定一个速度nSpeedT0=5。之所以让电压介于3400-3500之间，是因为由于电阻电容器件的存在，会使电压存在一定的偏差，这样给定一个区间，会保证按键的正常使用。之后的第二个按键和第三个按键设定的原理与第一个按键相同，我们所给定的速度分别为10和15.这样就可以完成3个按键对不同功能的使用了。大连东软信息学院毕业设计（论文）第

58、6章系统调试设计完作品后，保证作品功能实现，对作品进行整体测试，测试包括软件代码功能测试和硬件功能实现测试。软件代码测试主要测试代码是否能准确完成相应的功能，而硬件测试则在软件代码功能实现的基础上对其性能进行调试。6.1 系统硬件调试 焊接前应对整个电路板进行检查。首先，用万用表对印制的电路板线路进行检查，该过程是在焊接元器件之前的必要工作，主要是检查印制的电路板线路是否有断路的情况，如果检查没有问题，则可以对元器件进行焊接。焊接前对电阻、电容的量值要进行测量、筛选，选择与电路中参数值一致的元器件，在选择芯片时，要注意芯片与设计要求的型号、规格和安装是否一致18。在焊接时，应将印制的电路板认真

59、对照原理图，查看元器件的引脚焊接是否正确。电路板焊接完成后，需要对每个元器件的引脚逐个进行检查，在检查引脚时，我们应该从这几个方面去检查，首先是用万能电表检测各个引脚焊接的过程中是否有短路、开路、错线等情况。应特别注意对硬件电源进行系统的检查，避免电源出现短路的问题，抑或是电极出现偏差，系统总线出也必须进行悉心的检测，例如对地址总线、数据总线和控制总线之间进行系统的排查，看其是否有短路的状况出现19。我们需要熟练的运用万用电表，这样可以极大的提高我们检查的效率，缩短我们检查时所需要的时间。另一方面我们要对元器件是否好用的问题进行排除，造成这类错误一般有两个方面。一是我们买回来的元器件有可能是损

60、坏的，二是我们在进行焊接时出现焊接错误，导致元器件在通电时烧毁。最后我们要进行电源故障的排除，我们要对电源电压的幅值和极性进行检测，否则很容易造成集成模块的损坏。检查各部分没有问题后，则可以进行上电测试。这一部分是系统硬件调试中的重要部分，在对其进行测试时，应该先测试各个模块功能是否能够实现，再将整个系统进行整体的测试，看能否完成预期的结果。在给系统通上电源之后，我们测试各个引脚是否都与器件相连，能否实现功能，如果没有问题，则可以进行功能的检测。 由于系统硬件较复杂，硬件电路装配、焊接完成后，可能不能正常工作。为了方便调试，采用分块调试的方法。加电后检查各插件上引脚的电位，一般先检查VCC与G