基于单片机的WIFI智能小车毕业设计论文.docx

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基于单片机的WIFI智能小车毕业设计论文

毕业设计方案

课题名称：

《基于51单片机的WIFI遥控小车设计》

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

内容摘要

基于单片机的WIFI智能小车由路由器，电机，小车车体，STC89C52RC单片机控制芯片，ESP8266WIFI模块，电机驱动模块，3.3V降/稳压电路模块，5V和3.3V串口电平转换模块，电源等主要部件以及LED灯，蜂鸣器和数码管等辅助部件组成。

基于单片机的WIFI智能小车是STC89C52RC单片机通过其串口对ESP8266WIFI模块发送AT指令，使ESP8266WIFI模块连接到路由器并且让ESP8266WIFI模块开启多连接和SERVER模式，然后手机打开WLAN连接路由器设备，打开制作好的APP软件，通过路由器这个中转站向ESP8266WIFI模块发送控制指令，在ESP8266WIFI模块接收到控制指令后，通过ESP8266WIFI模块的串口和STC89C52RC单片机上的串口之间相互发送控制指令的数据流，单片机的串口在接收到从WIFI模块传来的控制指令的数据流，最终做出控制选择，进而控制小车运动、指示灯的亮灭、蜂鸣器的开关和数码管的显示。

基于单片机的WIFI智能小车主要是利用手机作为上位机，而单片机作为下位机，通过WIFI模块和路由器进行对无线信号的处理，然后通过串口传送有线的信号，从而实现上位机通过无线来控制下位机的运作，实现智能化和无线遥控等功能。

关键词：

WIFI；单片机；小车。

第1章绪论

现在是一个智能化的时代，各种智能化的设备正在逐步代替人为的操作。

随着汽车工业的迅速发展，关于智能汽车的研究也越来越受人们关注。

全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该课题的研究。

设计的WIFI智能小车能够实现自动循迹，壁障功能，可程控行驶速度、电脑手机WIFI连接控制行驶及其他的控制方式。

本系统能实现对小车的运动状态进行实时控制。

系统控制灵活、可靠、精度高、可满足对系统的各项要求。

本设计以STC89C52RC单片机为控制核心，利用ESP8266WIFI模块和路由器接收和处理无线信号，然后通过WIFI模块和单片机之间的串口通信来传递信息，从而完成手机控制单片机的运作。

通过对本小车的研究，我们可以初步构建智能汽车的模型和理论基础。

对于智能汽车的研究，国内外都有很大的成就，谷歌的无人驾驶汽车，已经能够在高速公路上安全行驶数千里，在高速行驶下都能有这么好的操控能力，无非是智能汽车领域的一座里程碑。

在智能家居系统研发方面，美国及一些欧洲国家一致处于领先地位，今年来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国外知名企业，先后跻身于智能家居系统的研发中。

例如：

微软公司开发的“梦幻之家”、摩托罗拉公司开发的“居所之门”IBM公司开发的“家庭主任”等均已日趋成稳定技术强占家居市场。

此外，日韩等新国的龙头企业纷纷致力于家居智能化的开发，对家居市场更是跃跃欲试。

本设计选用的89C52单片机属于MSC-51系列单片机，由Intel公司开发，其结构有8字节FLASH闪速存储器，256字节内部RAM,32个I/O口线，3个16位定时／计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

同时，AT89c52可降至OHz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电上作模式。

空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时／计数器．串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

由于89C52的系统性能满足系统数据采集及时间精度要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故用来作为控制核心。

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。

本设计主要研究内容就是基于89C52设计一部WIFI智能小车，小车能够实现WIFI遥控的智能小车控制系统。

第2章方案论证及选择

2.1系统方案选择

方案1：

自己首先学习相关知识，理解单片机智能小车的原理以及WIFI模块指令等。

动手设计出带有WIFI模块的单片机开发板，在配购好小车相关的材料后，组装出小车模型。

调试好WIFI模块和单片机的硬件和软件，然后用手机等终端设备通过路由器驱动WIFI小车的运动等一系列指令。

具体的如图2-1所示。

下图是关于方案1设计版图构想，如图2-1所示。

图2-1方案1设计图

方案2：

自己首先学习相关知识，理解单片机智能小车的原理以及单片机和WIFI之间的通信方式，了解WIFI模块的相关指令，以及单片机的串口传输的方式。

然后利用已经完成有的单片机小车，通过在单片机小车上添加一个WIFI模块和相关模块来进行改装，然后自己通过设计编写单片机和WIFI模块之间串口通信的程序。

利用这样的方法来实现手机终端来通过路由器在无线传输的方式对单片机进行控制，从而进一步的控制小车的运动等一系列指令。

具体的如图2-2所示。

下图是关于方案2设计版图构想，如图2-2所示。

图2-2方案2设计图

方案选择：

方案1和方案2涉及的相关知识大致相同，两种不同思路的选择，所需要的材料也不同。

介于我们对制作成本和材料考虑，我们小组选择方案2，利用已有的单片机小车，对小车进行改装，在小车上加个WIFI模块等一系列设备，实现手机等终端设备通过无线信号控制小车的运动。

选择方案2，我们认为可以加强我们的动手能力，能够充分的学习和利用相关的专业知识，达到综合素质的提升。

2.2总体设计方案

基于单片机的WIFI智能小车主要由路由器、ESP8266WIFI模块、STC89C52RC单片机控制模块、L293D电机驱动模块、5V与3.3V串口电平转换模块和3.3V降/稳压模块等主要结构组成，其中还有一些次要设备，比如蜂鸣器，LED灯和数码管等。

2.2.1整机系统

下图是整机系统图，是WIFI模块和单片机之间通信的整体图，如图2-3所示。

图2-3整机系统图

项目系统包括路由器、ESP8266串口WIFI模块、STC89C52RC单片机、电机驱动模块、串口电平转换模块、5V电源、3.3v降/稳压模块、电机驱动模块组成。

如图2-3所示。

ESP8266串口WIFI模块是用来接收到手机等上位机设备发送的控制指令信息和单片机通过串口通信传来的AT指令信息来连接到路由器，然后创建多连接和SERVER模式，来实现手机和WIFI模块之间的通信；STC89C52RC单片机最小系统是小车的核心系统，用来控制和协调小车的运动；电机驱动模块用来驱动小车电机的运作；5V和3.3V串口电平转换模块是用来转换单片机和WIFI模块之间的信号电平，主要是适用于本模块的工作电压；电源电路用来提供单片机和WIFI模块的外部电源；3.3v降/稳压模块用来给WIFI模块提供一个3.3v稳定的工作电压；蜂鸣器电路作用是用来给单片机一个提示音；电机作用就是让小车的轮子转动，来使小车动起来。

2.1.2整机工作原理

基于单片机的WIFI智能小车是STC89C52RC单片机通过其串口对ESP8266WIFI模块发送AT指令，使ESP8266WIFI模块连接到路由器并且让ESP8266WIFI模块开启多连接和SERVER模式，然后手机打开WLAN连接路由器设备，打开制作好的APP软件，通过路由器这个中转站向ESP8266WIFI模块发送控制指令，在ESP8266WIFI模块接收到控制指令后，通过ESP8266WIFI模块的串口和STC89C52RC单片机上的串口之间相互发送控制指令的数据流，单片机的串口在接收到从WIFI模块传来的控制指令的数据流，最终做出控制选择，进而控制小车运动、指示灯的亮灭、蜂鸣器的开关和数码管的显示。

如：

小车运动，LED灯的亮灭，蜂鸣器的发声等。

基于单片机的WIFI智能小车主要是利用手机作为上位机，而单片机作为下位机，通过WIFI模块和路由器进行对无线信号的处理，然后通过串口传送有线的信号，从而实现上位机通过无线来控制下位机的运作，实现智能化和无线遥控等功能。

第3章硬件系统设计

3.1路由器

路由器（Router），（如图3-1所示）是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号。

路由器是互联网络的枢纽"交通警察"。

目前路由器已经广泛应用于各行各业，各种不同档次的产品已成为实现各种骨干网内部连接、骨干网间互联和骨干网与互联网互联互通业务的主力军。

路由和交换机之间的主要区别就是交换机发生在OSI参考模型第二层（数据链路层），而路由发生在第三层，即网络层。

这一区别决定了路由和交换机在移动信息的过程中需使用不同的控制信息，所以说两者实现各自功能的方式是不同的。

路由器（Router），（如图3-1所示）又称网关设备（Gateway）是用于连接多个逻辑上分开的网络，所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。

当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器的路由功能来完成。

因此，路由器具有判断网络地址和选择IP路径的功能，它能在多网络互联环境中，建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网，路由器只接受源站或其他路由器的信息，属网络层的一种互联设备。

下图是路由器的设备图，如图3-1所示。

图3-1路由器

3.2ESP8266WIFI模块

本次设计用到ESP8266WIFI模块是用于连接到路由器，然后接收手机端发送的信号，对单片机进行控制。

WIFI模块又名串口WIFI模块，属于物联网传输层，功能是将串口或TTL电平转为符合WIFI无线网络通信标准的嵌入式模块，内置无线网络协议IEEE802.11b.g.n协议以及TCP/IP协议。

传统的硬件设备嵌入WIFI模块可以直接利用WIFI联入互联网，是实现无线智能家居、M2M等物联网应用的重要组成部分。

下图是ESP8266WIFI模块的正反面图，如图3-2，3-3所示。

图3-2ESP8266WIFI模块正面图图3-3ESP8266WIFI模块反面图

ESP8266是一款超低功耗的模块，拥有业内极富竞争力的封装尺寸和超低能耗技术，专为移动设备和互联网的应用设计，可将用户的物理设备连接到WIFI无线网络上，进行互联网或局域网通信，实现联网功能。

ESP8266可广泛应用于智能电网、智能交通、智能家具、手持设备、工业控制等领域。

3.2.1ESP8266WIFI模块引脚功能

下图是ESP8266WIFI模块的引脚图，如图3-4所示。

图3-4ESP8266WIFI模块引脚图

下表是ESP8266WIFI模块引脚说明，如表2所示。

表2ESP8266WIFI模块引脚表

PIN

Function

Description

1

URXD

1）UART_RXD，接收；

2）GeneralPurposeInput/Output：

GPIO3；

2

UTXD

1）UART_TXD，发送；

2）GeneralPurposeInput/Output：

GPIO1；

3）开机时禁止下拉；

3

RESET（GPIO16）

外部Reset信号，低电平复位，高电平工作（默认高）；

4

GND

GND

5

VCC

3.3V，模块供电；

6

GPIO0

1）默认WIFIStatus：

WIFI工作状态指示灯控制信号；

2）工作模式选择：

悬空：

FlashBoot，工作模式；

下拉：

UARTDownload，下载模式；

7

CH_PD

1）高电平工作；

2）低电平模块供电关掉；

8

GPIO2

1）开机上电时必须为高电平，禁止硬件下拉；

2）内部默认已拉高

3.3STC89C52RC单片机

单片机（Microcontrollers）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。

从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。

具有以下标准功能：

8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。

另外STC89C52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。

最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

下图是STC89C52RC单片机的实物图，如图3-5所示。

图3-5STC89C52RC单片机

3.3.1STC89C52RC单片机引脚功能

下图是STC89C52RC单片机的引脚功能图，如图3-6所示。

图3-6STC89C52RC引脚图

1、VCC（40引脚）：

电源电压VSS（20引脚）：

接地P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：

P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。

作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。

在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。

此时，P0口内部上拉电阻有效。

在FlashROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。

2、P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：

P1口是一个内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。

P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。

此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体参见下表3所示：

表3P1.0和P1.1引脚复用功能表

引脚号

功能特性

P1.0

T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出

P1.1

T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）

3、P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：

P2口是一个内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。

P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

4、P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：

P3是一个内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。

P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。

P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如下表4所示：

表4P3口引脚复用功能

引脚号

复用功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

INT0（外部中断0）

P3.3

INT1（外部中断1）

P3.4

T0（定时器0的外部输入）

P3.5

T1（定时器1的外部输入）

P3.6

（外部数据存储器、写）

P3.7

（外部数据存储器、读）

5、RST（9引脚）：

复位输入。

当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。

看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。

特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。

DISRTO默认状态下，复位高电平有效。

6、ALE/PROG（30引脚）：

地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。

在Flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。

7、PSEN（29引脚）：

外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。