遥控小车控制系统设计Word版.docx
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遥控小车控制系统设计Word版
三江学院
本科生毕业设计(论文)
题目遥控小车控制系统设计
电气与自动化工程院(系)电气工程及其自动化专业
指导教师熊老师职称副教授
起讫日期2015年3月2日-2015年6月13日
摘要
当今社会,人们已经离不开遥控,研究遥控的对象越来越多,本文研究的红外遥控小车就是在这样的背景下提出的。
这款小车采用STC12C5A60S2作为控制核心,采用红外遥控原理将其应用到红外遥控小车上。
遥控器通过单片机产生38kHz方波并编码进行红外发射,小车接收信号进行解码,经单片机对信号处理,判断地址码和指令码,进行相应的控制操作。
采用PWM信号来产生不同的平均电压控制直流电机的转速。
该小车可以进行红外遥控,实现前进、后退、左转和右转等功能。
经软硬件联合调试,所设计的遥控小车运行平稳、正确,具有一定的应用价值。
关键词:
红外遥控小车;STC12C5A60S2单片机;编码;解码
ABSTRACT
Peopleareinseparablefromtheremotecontrolintoday'ssociety,moreandmoreremotecontrolobjectisresearched,thispaperstudiestheinfraredremotecontrolcarisputforwardinthebackground.
ThecarusesSTC12C5A60S2asthecoreofthecontrol,usingtheprincipleofinfraredremotecontrolwasappliedtotheinfraredremotecontrolcar.TheremotecontrolwasencodedbyMCUtoproduce38kHzsquarewaveandinfraredemission,ThecardecodingbyMCUforsignalprocessingafterreceivingsignal,judgingaddresscodeandordercode,carriesonthecorrespondingcontroloperation.PWMsignalisusedtoproducedifferentaveragevoltagecontrolofDCmotorspeed.Wasrealizedbytheinfraredremotecontrol,thecarcanmoveforward,backward,turnleftandturnright,andotherfunctions.
Thejointdebuggingofsoftwareandhardware,andthedesignedremotecontrolcarrunningsmoothlyandcorrectly.Intheend,thecarhasacertainapplicationvalue.
Keywords:
infraredremotecontrolcar;STC12C5A60S2MCU;Coding;decoding
第一章绪论
1.1课题的工程背景、目的和意义
智能小车,也称轮式机器人,是以当今社会的汽车为研究对象,通过智能控制能够自动运行奔跑的机器人。
玩具遥控车是一种可以通过无线电遥控器远程控制的模型汽车。
根据车身外型的不同,可以分为:
普通的私家房车、越野车、货柜车、翻斗车等等。
如现实生活中的越野车,不但可以在野外适应各种不同程度的路面状况,而且还能给人一种粗犷豪迈的驾驶优越感。
然而,作为普通的小朋友、普通的游戏玩家来说,可以通过操作一般的遥控玩具车,从而达到一定程度上得"驾驶快感"。
随着汽车产业的迅速发展,对于汽车的研究也就越来越受人们关注。
国内外每年都有对智能小车这方面研究的题目,全国各高校也都很重视对小车的研究。
可见其研究意义很大。
单片机的体积小,以其低成本,性价比好的特点,已经被应用于工业、交通、移动设备、智能家电等领域。
本设计就是在这样的背景下提出的。
21世纪是高速发展的社会,是技术现代化、智能化的社会。
随着红外技术的发展,红外遥控已经成为人们最常用的近距离无线通信方式。
红外遥控是通过将数字信号用红外线送出去的方式实现的。
由于使用方便、功耗低、抗干扰能力强,所以在智能产品行业中越来越受到人们的重视,并在这几年来得到了迅猛发展;正是因为红外遥控有如此多的优点,所以本次设计是一种基于STC12C5A60S2的红外遥控控制。
1.2红外线
1.2.1红外线的简介
红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种,波长在760纳米至1毫米之间,其波段处于微波和可见光之间。
我们可以利用红外线的这种激发机制来烧烤食物,红外线波长较长,给人的感觉是热的感觉,产生的效应是热效应,红外线频率较低,能量不够,远远达不到原子、分子解体的效果。
红外线只能穿透了原子分子的间隙中,而不能穿透到原子、分子的内部,由于红外线只能穿透到原子、分子的间隙,会使原子、分子的振动加快、间距拉大,即增加热运动能量。
1.2.2红外线的应用
红外线的应用,从日常生活到军工产品有1.红外线开关2.医疗保健3.遥控器4.红外接口5.防盗装置6.红外遥感7.红外侦察8.红外制导等。
主要的应用事例如下:
比如在夜间行走,夜视仪可以探测人体的热量,红外线成像;
测距仪可以测量距离,以红外线作为载波的一种测量距离的精密仪器;
理疗机在医疗方面使用,远红外线的热效应治疗;
热寻的导弹——跟踪飞机尾部热量的导弹,著名的美国响尾蛇。
当今红外技术的一个重要分支是红外通信技术的应用,这个应用的发展非常迅速,尤其是红外通信应用于计算机设备中,科技的进步,红外线遥控技术的成熟,红外也成为了一种被广泛应用的通信和遥控手段。
1.3国内外研究现状
随着全球科技技术的飞速发展,人们对现场遥控以及红外通信的技术要求越来越高,尤其是在红外技术的巨大进步下背景下,大大加速了这个趋势。
目前,国内外都开始研究和生产智能红外遥控系统,红外遥控已被广泛地应用到日常生活中及工业中,电视机遥控器、视频监控系统、电视演播系统、电视会议系统、微格教学系统、多媒体教学系统、工业智能控制等多种领域都有应用。
可以说,红外遥控是人们在近距离无线通信方式中常用的,是生活在各个方面都体现着现代化,方便、简单是红外遥控电子产品的重要优势,现在,玩具用遥控的方式不但实现了商品化,而且产品的质量也越来越高,形成了许多系列和品种,具有准确度高,速度快,既方便又实用等诸多优点,能满足不同层次的爱好者及不同模型的技术要求。
国内外遥控小车的发展最近几年有如下几个趋势:
(1)遥控小车性能不断提高,其速度不断提高,质量得到保证,维修起来越来越方便,而且小车里面的核心部分的单片机售价越来越低。
(2)由遥控到智能化,小车无需人工控制,自动识别方向运行,能够在外界不干预的情况下正确的处理好突发情况。
(3)其架构越来越小,以前一个模块就只能实现一个功能,而现在伺服电机、减速机和检测系统一体化后,整个小车看起来轻巧许多。
1.4STC12C5A60S2单片机
1.4.1STC12C5A60S2单片机的简介
STC12C5A60S2是一款完全兼容传统8051,速针对电机控制,强干扰场合,具有高速,低功耗,超强抗干扰的新一代8051单片机。
该系列单片机包含了中央处理器,程序存储器,数据存储器,计数/定时器,I/O接口,高速A/D转换,SPI接口,PCA,看门狗,片内R/C振荡器,外部晶体震荡器等。
几乎包含了采集和控制所需的所有单元模块,可以说是一个片上系统。
STC12C5A60S2内部有一个PCA模块,PCA模块可实现软件定时器,捕获外部脉冲,高速输出,脉宽调制功能,而本设计就是运用了PCA的捕获功能实现了对编码器脉冲信号的捕获以及旋转方向的判断。
1.4.2STC12C5A60S2单片机的主要特点
1、由于该单片机属于8051系列,所以片内自带4K的ROM/EPROM;
2、该单片机执行I/O口操作读外部状态是4个时钟;
3、有完整的P4口,未扩展外部INT2/INT3中断;
4、I/O口的驱动能力超强,驱动大电流时不容易烧坏;
5、单片机的看门口寄存器里增加了看门狗复位标志位;
6、外部时钟和内部时钟的结构上略有不同;
7、环境适应能力强。
1.4.3STC12C5A60S2单片机的主要参数
工作电压:
3.5V~5.5V
工作频率:
0~35MHZ
型号:
STC12C5A60S2
时钟/机械周期:
1T
时钟源外部:
高精度晶体/时钟内部R/C振荡器
R/C振荡器频率:
11MHZ~17MHZ
通用I/O口个数:
44个
A/D转换速度:
250K/S
工作温度:
-40~+85S(工业级)/0~75(商业级)
1.5论文的主要内容及章节安排
小车控制系统以STC12C5A60S2单片机为控制器,采用红外遥控,控制小车实现“前进”、“后退”、“左转”、“右转”等功能,考虑单片机经过处理将信号送入脉宽调速专用集成电路L298芯片,芯片L298接收到脉冲信号,控制左右2个电机的驱动,从而实现小车迹行走、前进、转弯、停止等功能。
进行小车结构设计制作,绘制控制电路原理图和PCB图,制作电路板;进行软硬件调试。
成功后,探讨其在日常生活和工程中的应用。
本文从一开始介绍了遥控小车设计的目的意义,以及小车在国内外的现状。
以及开展本课题研究的一些基本情况的绪论部分,本文还包括以下几个部分:
第二章,进行了方案的设计,要做成一个红外遥控小车我们要从多方面考虑,控制模块的选择:
选用的是STC12C5A60S2;车身的选择:
选用的是市场上用于实验室的小车车架(有机玻璃成分),小车底盘采用5mm厚有机玻璃经激光切割整体成形(同时提供金属底盘),小车顶面采用激光切割的3mm有机玻璃,预留位置大,并在预留位置加工了多组安装孔,扩展能力强。
利用小车的圆形底盘特性,在底面左右两边直流电机和放滑轮,后面二个万向轮起平衡小车作用;电机驱动模块的选择:
选用的是L298,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;电池的选择:
选用的是干电池,干电池易于购买,且符合此次设计的电压需求,6节干电池。
第三章,硬件设计主要介绍:
STC12C5A60S2单片机、红外遥控发射模块、驱动模块、直流供电模块:
9v的干电池作为整个系统的电源。
第四章,软件部分主要介绍:
红外发射接收的原理和发射程序。
运行的软件KeiluVision4软件是美国KeilSoftware公司推出的C语言程序开发软件。
与汇编语言相比,C语言的主要优点是功能强大,可读性好,灵活方便,可移植性好。
它吸收了高级语言的优点,有拥有低级语言的特点。
KeiluVision开发环境集中了包括C编译器在内的许多功能。
Keil软件需要运行在WIN98以上的操作系统
第二章方案设计
2.1系统结构
本课题是设计一辆红外遥控小车。
小车的电路系统由单片机STC12C5A60S2、红外遥控发射和接收模块、小车驱动和小车行动指示四个模块组成。
小车的车身是采用购买来的小车模型。
系统基本工作过程是基于单片机的控制,采用编码解码芯片发送和接收操作
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