基于单片机的智能小车设计.doc
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基于单片机的智能小车设计.doc
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基于单片控制的智能小车设计
摘要
随着计算机、微电子、材料、机械、通信等技术的快速发展,智能化的小车和机器人的发展速度也越来越快,作为21世纪自动化领域内非常伟大的成就它已经和人们的生产生活紧密的联系在了一起。
根据题目的要求,本设计的智能遥控小车主要由两大部分构成:
一个红外遥控部分,一个智能小车部分。
其中红外遥控部分采用专用编码芯片HT6221作为发射端,一体化红外接收头作为接收端;智能小车部分采用微控制器AT89C52单片机作为其控制核心,用红外反射式光电传感器进行障碍物和路线的检测,用步进电机控制小车的启停、速度快慢以及转向,用直射式光电检测器、施密特触发器等元件组成的电路来检测小车车轮转速,用LCD1602液晶显示屏来实时显示小车运行的速度、时间和路程。
经过硬件和软件的综合设计,本设计的智能遥控小车基本上实现了遥控控制、自动躲避障碍、自动沿着特定的路线行驶、实时显示速度、路程等功能。
关键词:
AT89C52单片机;红外遥控;步进电机;LCD1602
I
ABSTRACT
Alongwiththedevelopmentofcomputermicroelectronicmaterialsmechanicalandcommunication,thesmartcarsandrobotsarealsomov-ingfaster,asagreatachivementinthefieldofautomationinthe21stcentury,theyhavecloselycontactedwithpeople,slivingandmanufactur-ing.Accordingtothetopic,mydesignationofsm-artcarmainlycontaintwoparts,ainfraredremotecontralportionandasmallcarportion.TheinfraredremotecontralportionisusethespecialcodedchipHT6221asthetransmitterandusetheintegratedinfraredreceivingheaderasthereceiver;weusetheMCU(AT89C52singalchipmachine)asitscontrolcore,theinfraredreflectiveph-otoelectricsensorfordetectionofobstalandroutes,thesteppingmotortocontrolitsstart-stopspeedandsteering,thecircuitsmadeofdirectopticaldetectorsschmitttr-iggerandotherelectroniccomponentstodetectthecar,swheelspeed,1602LCDsc-reentodisplayitsreal-timespeeddistanceandtime.
Throughtheintegrateddesignofhardwareandsoftware,thesmallcarhasthefunctionofremotecontral,avoidingobstalautomatically,movingalongspecificrouteautomatically,displayingreal-timespeedanddistace.
Keywords:
AT89C52MCU;IRremotecontrol;stepmotor;LCD1602
II
目录
第一章绪论 1
1.1课题背景和意义 1
1.2课题研究现状和发展趋势 1
1.2.1研究现状 1
1.2.2发展趋势 2
1.3课题内容和要求 2
第二章总体方案设计与论证 4
2.1遥控控制模块设计与论证 4
2.2电机驱动模块设计与论证 5
2.3避障循迹模块设计与论证 6
2.4数据显示模块设计与论证 6
2.5转速测量模块设计与论证 7
2.6电源模块设计与论证 7
第三章各模块硬件电路设计 9
3.1红外遥控发射器模块 9
3.1.1红外遥控模块的工作原理 9
3.1.2HT6221编码芯片简介 10
3.1.3红外遥控发射器 11
3.2单片机控制模块 12
3.2.1单片机模块电路 12
3.2.2复位电路 13
3.2.3振荡电路 14
3.3红外接收器及解码 14
3.4电机驱动模块 16
3.4.1步进电机的工作原理 16
3.4.2ULN2003芯片简介 17
3.4.3步进电机驱动电路设计 18
3.5避障循迹模块 19
3.6转速检测模块 21
3.7数据显示模块 22
3.8电源模块 23
第四章系统软件设计 24
4.1系统总体程序流程图 24
4.2避障循迹模块程序设计 25
4.2.1避障程序流程图 25
4.2.2循迹程序流程图 26
4.3数据显示模块程序设计 27
第五章总结与展望 28
5.1总结 28
5.2改进与展望 28
参考文献 29
致谢 30
附录A各模块电路图 31
附录B程序 39
第一章绪论
1.1课题背景和意义
随着计算机、微电子、信息技术的快速发展,智能化技术的发展速度越来越快,智能化与人们生活的联系也越来越紧密,智能化是未来社会发展的必然趋势。
智能小车实际上就是一个可以自由移动的智能机器人,比较适合在人们无法工作的地方工作,也可取代人们完成一些复杂、危险性质的工作。
作为现代自动控制领域内十分伟大的一项发明智能小车、机器人已经和人们的生产生活紧密的联系在了一起。
智能小车,是一个包含周围环境探测、识别反应、自动控制等功能于一体的综合系统,它综合地运用了微控制器、传感、遥控、机械结构、电子基础、自动控制等多学科的知识。
智能小车是一个复杂而又庞大的系统,其内部有许多块控制芯片作为其控制核心,多种传感器来采集外部环境信息并将接收到的信息传给主控制器,然后由控制器来控制其各个模块执行相应的动作。
智能小车由于成本较低,甚至还能够胜任一些人们都无法胜任的工作,它已逐步深入到工业、农业以及社会生活的各个方面。
本课题设计的智能小车中用到的遥控技术、显示技术、单片机控制系统、传感技术、自动避障技术已广泛应用于工农业生产、国防军事、医疗卫生、宇宙探测等诸多领域,特别是其在军事侦察、反恐、防暴、防核化及污染等危险和恶劣环境中有着广阔的应用前景,由此可见其有着及其重要的研究意义。
1.2课题研究现状和发展趋势
1.2.1研究现状
智能小车、机器人的发展研究从上世纪60年代至今已有几十年的历史,自从上世纪60年代末期,第一台能够自主移动机器人问世以后,经过几十年的发展智能机器人已经从最初的示教模仿机器人发展到现在的具有感知功能的智能机器人,在技术上取得了很大的进步许多国家都对智能机器人进行了大量的研究。
由于各国的科研实力不同,其水平也有高低,其中美国和日本在该项技术的研究处于领先地位。
法国提出了让智能机器人具有自动认知功能的一项科技计划,使其能够在复杂的环境中通过自主感知判断来自动执行各种动作。
美国发明的智能机器人,可以帮助人们送信件、食品等生活用品,还可以牵引吸尘器来打扫卫生。
日本目前已经研制成功的人形机器人,其可以模仿人们的各种面部表情而且非常逼真。
近年来发明的的手术机器人已经广泛的应用在实际医疗手术中而且稳定性好,安全性高。
我国的智能小车、机器人的研究已经有三十多年的历史,特别是在军事领域的应用方面已经取得了较大的成果,已经相继研制出了复杂的智能机器人,危险作业机器人、仿人机器人、复合结构移动机器人等。
国内的许多高校也都在不停的进行着这方面的研究而且也有了层出不穷的成果,例如中科院研制的能够和人对话的机器人、上海交大研制的具有较强越障能力的仿人关节结构的机器人等。
与此同时,我国也开展了智能移动机器人基础理论研究,在某些方面取得了世界领先的成果,正在逐渐缩小与发达国家的差距。
1.2.2发展趋势
随着各方面技术的不断进步与完善,各个国家对于智能小车、机器人的科研能力都再逐步的加强,未来的智能机器人可能会朝着以下几个方面发展:
使用高强度的轻质材料让机器人的结构越来越灵巧动作执行也更加灵活;应用网络化技术来远距离操作控制机器人群体为人们工作;通过复杂生物机电系统和人机耦合系统来研究出具有仿生感知、生物神经的仿人机器人。
相信未来会有具有更高智能化的、更加生动有趣的智能机器人出现在我们的周围,而且会极大的改变和方便人们的生产生活。
1.3课题内容和要求
本设计的智能小车用微处理器(即单片机)作为整个系统的控制核心部分,主要包括单片机控制模块、遥控模块、避障模块、循迹模块、数据显示模块等模块。
要求能够实现以下几种功能:
(1)遥控功能,即通过遥控器来控制小车的启动、停止、左转、右转、后退等动作。
(2)自动避障功能,即小车在前方遇到障碍时可以立即做出反应,自动左转或右转躲避障碍。
(3)自动循迹功能,即小车可以自动沿着规定的路线行驶。
(4)能够实时显示小车行驶的速度、路程等数据。
要求通过此次的实际动手设计掌握以下基本技能:
(1)学会电子产品的设计开发过程;
(2)掌握单片机原理、遥控原理、显示原理等;
(3)能够熟练进行系统的硬件电路设计以及软件设计;
(4)熟练使用相关的电子设计和仿真软件;
(5)查阅国内外相关文献,掌握智能小车的最新研究动态和未来发展趋势。
第二章总体方案设计与论证
本设计方案采用微处理器(AT89C52单片机)作为整个系统控制的中心,主要由两个部分构成,红外遥控发射部分和智能小车部分。
其中智能小车部分主要由以下子模块构成:
单片机控制模块、电源模块、电机驱动模块、循迹避障模块、转速检测模块、红外接收器和数据显示模块组成;红外遥控发射部分主要由遥控按键、编码芯片、红外发射三个部分构成。
其总体设计框图包括两个部分,如图2.1所示:
a遥控部分框图b小车部分框图
图2.1系统总体设计框图
2.1遥控控制模块设计与论证
目前比较常用的遥控控制方式有两种,红外遥控控制系统和无线遥控控制系统。
方案一:
选择红外遥控装置作为小车的遥控控制器。
红外遥控是通过遥控发射器内的编码芯片将按键信息调制成一串0和1的二进制代码,然后通过红外线发出,最后被红外接收装置接收进行解码,再运用单片机对解码后的码信息进行识别,然后再根据不同的码信息进行不同的控制操作[9]。
方案二:
选择无线电遥控装置作为小车的遥控控制器。
无线电遥控是利用不同频率的无线电波对
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