毕业设计论文基于ats89c52单片机的多功能智能小车设计.docx

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毕业设计论文基于ats89c52单片机的多功能智能小车设计

基于ATS89C52单片机的多功能智能

小车设计

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摘要

智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等等的用途。

智能电动车就是其中的一个体现。

本次设计的简易智能电动车，采用STC89C52单片机作为小车的检测和控制核心；智能小车是一种能够通过编程手段完成特定任务的小型化机器人,它具有制作成本低廉,电路结构简单,程序调试方便等优点.由于具有很强的趣味性,智能小车深受广大机器人爱好者以及高校学生的喜爱.本论文介绍的是具有自动避障功能的智能小车的设计与制作（以下简称智能小车）,论文对智能小车的方案选择,设计思路,以及软硬件的功能和工作原理进行了详细的分析和论述.经实践验收测试,该智能小车的电路结构简单,调试方便,系统反映快速,灵活,设计方案正确,可行,各项指标稳定,可靠.

智能避障小车采用四轮驱动，每个轮子各用一个直流电机驱动，通过轮子的正反转动从而达到控制转向的目的。

在车体前部装有超声波传感器，当小车前面的传感器检测到障碍时，小车车头转向，这时主控芯片控制其中一个电机反转，车体转向。

控制电机驱动来实现前进，转向，倒退等。

本设计结构简单，较容易实现，但具有高度的智能化、人性化，一定程度体现了智能。

关键词：

智能车STC89C52单片机L298N

Abstract

Smartsaamoderninvention,thedevelopmentdirectionofthefutureintelligencecanbeaccordingtothepresetmodeautomaticalluinanenvironmentofoperation,don’tneedtothinkofmanagement,canbeusedinscientificexplorationandsion.Intelligentelectricvehicleisoneoftheembodiment.Thedesignofsimpleintelligentelectriccars,usingSTC89C52singlechipmicrocomputerasthecardetectionandcontrolcore;Intelligentcarisakindofbeabletocompletethespecifictaskbyprogrammingmeanstheminiaturization

Oftherobot,ithaslowproductioncost,circuitstructureissimpleandconvenientprogramdebugging.Duetothestronginterst,thesmartcarwasdeeplylovedbyrobotloversaswellascollegestudents.Thispaperintroducestheintelligentcarwithobstacleavoidancefunctionisthedesignandproduction,paperforsmartcarschemeselection,designideaandthefunctionandworkingprincipleofthehardwaveandsoftwarehascarriedonthedetailedanalysisanddiscussion.Acceptancetestingbypractice,thesmartcarcircuithassimplestructure,convenientdebugging,thesystemresponseisfast,flesible,designschemeiscorrect,feasibleandreliableindicators.

Intelligentobstacleavoidancecarwithfour-wheeldrive,eachwheelwithadcmotordrive,throughthepositiverotationofthewheelsoastoachievetheaimofcontrolsteering.ultrasonicsensormountedatthepfontofthecarwhenthesensortodetectobstaclesinfrontofthecar,thecarfrontsteering,thisisoneofthemaincontrolchipcontrolmotorreversing,carbodyturning.controlmotordrivetoachieveforward,steeting,backards.

Thisdesignhassimplestructure,easytoimplement,butarehighlyintelligent,humane,toacertainextentreflectstheintelligence.

KeywordsIntelligentcarSTC89C52SinglechipL298N

前言

社会的发展，科技的进步，使得人们对生活中的很多的事物都提出了更高的要求，就像人们自己走累了想到了坐车，所以马车出现了，而马车已经满足不了人们对速度的追求的时候，便又发明了汽车，所以科技创新是基于人们的需要而出现的，那么到了现在这个普通汽车已经很普遍的掌控在人们手中的时候，一个新的概念被提了出来，它就是智能车。

其实，智能车研究最早都是在一些发达国家进行的，所以比较早接触智能车领域的国家已经对智能车辆进行了深入、系统、大规模的研究阶段。

我国智能车的研究起步比较晚，所以很多还集中在某个单项技术的研究上，不过对于智能车技术的探索却如雨后春笋；各种智能车大赛层出不穷，各高校及智能车研究机构也纷纷加入智能车的研究行列。

本设计就是根据前人在智能小车的设计基础上对其进行又一次全新的探索。

本车的设计充分考虑了成本与性能综合，它以STC89C52单片机为核心，采用了大扭力的四驱小车底盘，使小车具有充足的动力，除此外，小车还安装了超声波传感器用于检测前方的障碍物，所以小车具有较好的反应速度及检测精度。

1.系统的总体与设计

设计并制作了一个智能电动车，其行驶路线满足所需的要求。

1.1要求

基本要求

满足基本的功能：

无线控制，蓝牙控制，超声波避障

1.2总体设计

智能避障小车采用四轮驱动，每个轮子各用一个直流电机驱动，通过轮子的正反转动从而达到控制转向的目的。

在车体前部装有超声波传感器，当小车前面的传感器检测到障碍时，小车车头转向，这时主控芯片控制其中一个电机反转，车体转向。

控制电机驱动来实现前进，转向，倒退等。

2.方案比较与选择

根据设计任务要求，并且根据我们自己的需要而附加的功能，该电路的总体框图可分为几个基本的模块，框图2.1如所示：

2.1主控单元

控制器主要用于控制电机，通过相关传感器对路面的障碍进行处理，并将处理信号传输给控制器，然后控制器做出相应的处理，实现小车的自动避障。

采用STC89C52RC作为系统控制的方案。

STC89C52RC单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，功耗低、体积小、技术成熟，成本也比ARM低。

2.2电机方案

舵机

2.4无线模块

工作原理

发射模块由编码芯片和发射电路组成，当有信号触发时，PT2262进行编码，然后经过315MHz调制电路调制后，将功率放大，最后输出编码，接收模块收到的信号输入再将收到的信号解码。

当接收到信号后，VT脚输出高电平，同时与PT2262相应的数据引脚（D0～D5）也输出高电平。

无线模块PT2262/PT2272

芯片简介

编码芯片PT2262以及解码芯片PT2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗、低价位的通用编解码电路，是目前在无线通信电路中较为常用的芯片，外形分别如图2.4、图2.5所示

2.5蓝牙模块

传输原理

HC06蓝牙转串口模块的作用是将从蓝牙发送过来的指令接收到后转换成串口的形式通过单片机的串口传给单片机。

只需将该模块的RXD接上51单片机的RXD引脚就行（当然还有电源），TXD不用接，因为我们只用它接收蓝牙信号，不发送数据。

它出厂默认设置的波特率9600，不重新设置它的波特率的话，在写单片机串口程序时，也要将波特率设置为9600。

采用HC-06蓝牙转串口模块

采用CSR主流蓝牙芯片，蓝牙V2.0协议标准，串口模块工作电压3.3V。

波特率为1200，2400，4800，9600,19200，38400，57600，115200用户可设置核心模块尺寸大小为：

28mmx15mmx。

5、工作电流：

40MA，休眠电流：

小于1MA

工作原理

超声波是一种频率比较高的声音,指向性强.超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。

由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。

实物图

超声波传感器自身可以测定距离，小车在前行过程中，超声波传感器不断的检测障碍物的距离，此时可以设定一个距离值S，当单片机检测到距离小于S时，自动停车。

然后转动固定超声波传感器的舵机左右转动，并分别测出距离S1、S2.当S1＝S2，则退后转大弯继续行走，当S1、S2距离不等时，转向距离小的一边然后行走。

3．主要芯片及硬件单元分析

3.1芯片STC89C52

3TS89C52概述

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、超有效的解决方案。

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STC89X52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。

3引脚功能及描述

stc89c52的内核和AT51系列单片机一样，故引脚也相同：

1~8：

I/OP1口（P1.0~P1.7）；

9：

复位脚（RST/Vpd）；

10~17：

I/OP3口（P3.0=RXD，P3.1=TXD，P3.2=-INT0，P3.3=-INT1，P3.4=T0，P3.5=T1，P3.6=-WR，P3.7=-RD）；

18、19：

晶振（18=XTAL2，19=XTAL1）；

20:

地（Vss）；

21~28：

I/OP2口（P2.0~P2.7）；

29：

-PSEN；

30：

ALE/-PROG；

31：

-EA/Vpp

32~39：

I/OP0口（P0.7~P0.0）；

40：

+5V电源。

注：

引脚功能前加“-”，说明其是低电平有效。

如P3.2=-INT0。

3工作原理

STC89C52单片机是最早期也最典型的产品，低功耗、高性能、采用CHMOS工艺的8位单片机。

它具有更加简单方便等优点，具体如下[5]：

　　STC89C52单片机是最早期也最典型的产品，低功耗、高性能、采用CHMOS工艺的8位单片机。

它在硬件资源和功能、软件指令及编程上与Intel80C3X单片机完全相同。

在应用中可直接替换。

在STC89C52内部有FLASH程序存储器，既可用常规的编程器编程，也可用在线使之处于编程状态对其编程。

编程速度很快，擦除时也无需紫外线，非常方便。

STC89C5X系列可认为是Intel80C●与MCS-51产品指令系统完全兼容；●片内集成4KB的FLASH存储器，可反复编程/擦除1000次；●数据保留时间：

10年；●全静态设计，时钟频率范围为0～24MHz、33MHz；●三个程序存储器保密位；●128×8字节的内部RAM；●32条可编程的I/O口线；●2个可工作于4种模式的16位定时/计数器；●5个中断源/2个中断优先级；●可编程串行通道；●具有4种工作模式的全双工串行口；●低功耗的待机工作模式和掉电工作模式；●片内振荡器和时钟电路；●具有4种工作模式的全双工串行口；●低功耗的待机工作模式和掉电工作模式；●片内振荡器和时钟电路；图2-2STC89C52引脚图2.管脚说明　　VCC：

供电电压。

　　GND：

接地。

　　P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8个TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写"1"时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

　　P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

　　P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写"1"时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址"1"时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

　　P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入"1"后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为ST89C52的一些特殊功能口,P3口管脚备选功能:

　　P3.0RXD（串行输入口）；　　P3.1TXD（串行输出口）；　　P3.2INT0（外部中断0）；　　P3.3INT1（外部中断1）；　　P3.4T0（计时器0外部输入）；　　P3.5T1（计时器1外部输入）；　　P3.6WR（外部数据存储器写选通）；　　P3.7RD（外部数据存储器读选通）；　　P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

　　RST：

复位输入。

当振荡器复位时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

　　PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器读取指令期间，每个机器周期两次PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。

EA/VPP：

当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

　　XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

　　XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

3.振荡器特性　　XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

由于输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

4.芯片擦除整个EPROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。

在芯片擦除操作中，代码阵列全被写"1"且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

5.编程算法

（1）地址线上输入欲编程的存储单元地址；

（2）在数据线上输入编程数据；（3）加正确的控制信号组合；（4）在"高压"模式下使VPP为12V；（5）在ALE引脚上加一次负脉冲，可对FLASH存储器的一个字节或保密位进行编程。

编程一个字节的周期是内部自定时的，典型时间不会超过1.5ms。

改变编程的存储单元地址和编程数据重复步骤

（1）～（5），直到编程文件最后。

此外，STC89C52设有稳态逻辑，可以在零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。

在闲置模式下，CPU停止工作，但RAM、定时器、计数器、串口和中断系统仍在工作。

在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

3.2芯片L298N

3.L298N简介

L298也是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。

L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。

3引脚功能及描述

L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7V电压。

4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46V。

输出电流可达2A，可驱动电感性负载。

1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。

L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。

5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。

EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。

表1是L298N功能逻辑图。

3控制原理

（1）虚线框图1控制电机正反转，U1A，U2A是比较器，VI来自炉体压强传感器的电压。

当VI＞VRBF1时，U1A输出高电平，U2A输出高电平经反相器变为低电平，电机正转。

同理VI＜VRBF1时，电机反转。

电机正反转可控制抽气机抽出气体的流量，从而改变炉体压强。

（2）虚线框图2中，U3A，U4A两个比较器组成双限比较器，当VB＜VI＜VA时输出低电平，当VI＞VA，VI＜VB时输出高电平。

VA，VB是由炉体压强转感器转换电压的上下限，即反应炉体压强控制范围。

根据工艺要求，我们可自行规定VA，VB的值，只要炉体压强在VA，VB所确定范围之间电机停转（注意VB＜VRBF1＜VA，如果不在这个范围内，系统不稳定）。

（3）虚线框图3是一个长延时电路。

U5A是一个比较器，Rs1是采样电阻，VRBF2是电机过流电压。

Rs1上电压大于VREF2，电机过流，U5A输出低电平。

由上面可知，框图1控制电机正反转，框图2控制炉体压强的纹波大小。

当炉体压强太小或太大时，电动机转到两端固定位置停止，根据直流电机稳态运行方程[3]U＝CeФN＋RaIa

其中:

Ф为电机每极磁通量；

Ce为电动势常数；

N为电机转数；

Ia为电枢电流；

Ra电枢回路电阻。

电机转数N为0，电机的电流急剧增加，时间过长将会使电机烧坏。

但电机起动时，电机中线圈中的电流也急剧变大，因此我们必须把这两种状态分开。

长延时电路可把这两种状态区分出来。

长延时电路工作原理：

当Rs1过流U5A产生一个负脉冲经过微分后，脉冲触发555的2脚，电路置位，3脚输出高电平，由于放电端7脚开路，C1，R5及U6A组成积分器开始积分，电容C1上的充电电压线性上升，延时运放积分常数为100R5C1。

当C1上充电电压，即6脚电压超过2／3VCC，555电路复位，输出低电平。

电机启动时间一般小于0．8s，C1充电时间一般为0．8～1s。

U5A输出电平与555的3脚输出电平经U7相或，如果U5A输出低电平大于C1充电时间，U7在C1充电后输出低电平由与门U8输入到L298N的6脚ENA端使电机停止。

如果U5A的输出电平小于C1充电时间，6脚不动作电机的正常启动。

长延时电路吸收电机启动过流电压波形，从而使电机正常启动。

3.3电机方案

采用L298N的直流驱动芯片：

L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。

该芯片采用15脚封装。

主要特点是：

工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；并且可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。

使用L298N驱动电机，该芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，可以直接通过电源来调节输出电压；也可以直接用单片机的I/O口提供信号；而且电路简单，使用比较方便

原理图如图4.2所示：

3.4电源方案

使用7.2V可充电式锂电池，经过稳压电路得到5V电压。

电池的优点是体积小、重量轻，为单片机机和各模块供电，能够满足本次设计的要求。

此电路中使用两个7805稳压模块，分别为单片机及传感器模块和电机供电，以便防止干扰，使电路更加稳定。

3.5舵机

控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。

它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。

最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。

当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。

3.6无线模块

PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编/解码电路，是目前在无线通讯电路