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实训论文模板

编号：

高频电路设计与制作

实训（论文）说明书

题目调频发射机

或调频接收机

学院：

信息与通信学院

专业：

电子信息工程

学生姓名：

学号：

*******

职称：

工程师

2015年1月20日

摘　　要

（本模板封面为本次实训的封面，内容为毕业设计论文模板，实训论文格式同毕业设计，所以发此模板给大家做格式排版的参考，切勿在内容上进行模仿！

！

）

关键词：

单片机；传感器；L298N驱动；数码管

Abstract

Thedesignisasimpleautomaticvehicletrackingsystembasedonsingle-chipmicrocomputercontrol,thesignificanceoftheresearchcoversindustrial,life,explorationandhumanconcerninlunarexplorationproject.Thedesignistodesignaparagraphcanbeindependentinaccordancewiththewalkinghumanpresettrajectory（orwalk）andfinishthetaskgiventhecar.

ThesystemusesAT89S52microcontrollerasthecontrolcorecar;thereflectiontypephotoelectricswitch（TCRT5000）astheblacklinedetection,thedetectedsignalfeedbacktothemicrocontrollerwhich,theSCMcontrolL298NandcontrolofDCmotorwhichaccordingtoapredeterminedoperationmodecontrolcarineachregionaccordingtothepredeterminedspeed;ironwasdetectedbyinductancetheproximityswitch（LJ18A3-8-Z/BX）istheuseofmagneticdetection,itsinternal;thephotoelectricswitch（WYCH208）detectionwithencoderasthecardrivingaway,theencoderisarrangedonthewheelshaftleavingonlyasmallhole,thewheeleveryroundofapulsefeedbacktothemicrocontroller;usesthereflectiontypephotoelectricopen（BoE18-D80NK）astestmaterialandthenextobstacleobstaclesahead;theinfraredreceivingtubeforthefiredetection;use4bitLEDnixietuberealtimedisplaycarjourney;thepartofthesoftwareadoptsClanguageprogramming.

Thedesignhassimplestructure,basicallycanautomaticallyfindtheblackline,inthecourseofafiredetectionandsuppressionfunction,obstacledetectionandputthecoinsastolls,metaldetection,distancemeasurementfunction.Thenewsmartasamoderninvention,isthefuturedevelopmentdirection,withouttheneedofhumanmanagement,anembodimentofintelligentvehicleisoneofthe.Issimple,hasacertainapplicationvalue.

Keywords:

singlechipmicrocomputer;sensor;L298Ndigitaltubedriver;

目　　录

引言

随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。

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

可见其研究意义很大。

智能小车的研究、开发和应用涉及传感技术、电气技术、电气控制技术、智能控制等学科，智能控制技术是一门流行的综合性技术，当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。

本设计就是在这样的背景下提出的，本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。

设计的智能电动小车应该能够实时显示里程，具有自动寻迹、避障功能、丢硬币、检火、灭火、检测金属、准确定位停车、报警等功能。

智能作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模块在一个特定的环境里自动的运行，无需人为的管理，便可以完成预期所要达到的或更高的目标。

智能机器人正在代替人们完成这些任务，凡不宜有人直接承担的任务，均可由智能机器人代替，可以适应不同环境，不受温度、湿度等条件的影响，完成危险地段，人类无法介入等特殊情况下的任务，智能小车就是其中的一个体现。

如果将以上技术引用到现实生活中，可以使我们的未来生活变得更加智能。

智能运输系统（IntelligentTransportationSystems，ITS）。

它是在关键基础理论模型研究的前提下，把先进的信息技术、数据通信技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效地综合运用于地面交通管理体系，从而建立起一种大范围、全方位发挥作用、实时、准确、高效的交通运输管理系统。

它利用无线通讯专网低频段以低成本实现了公交企业运营数据的实时采集、快速传输，自行开发研制了无线通讯系统车载智能终端设备及控制系统，使公交企业能够充分利用无线通讯系统采集和传输的车辆运营数据进行车辆调度和车辆运营管理，且具有数据和话音双重传输功能。

具有用户容量大、网络范围覆盖广、调度信息响应速度快、全自动语音报站自动化、信息发布广泛、出行者信息服务智能化、设备自动维护智能化的特点。

智能公交系统的提出，必将大大改善公交管理水平，提高公交系统经济效益，减少政府财政补贴。

由于采用公交出行的居民增加，相对减少了其它车辆出行，这势必会缓解城市交通压力，减少环境污染，降低交通事故发生率，改善交通环境，带来巨大的社会效益。

本次设计系统采用AT89S52单片机作为小车的控制核心；采用反射式光电开关（TCRT5000）作为黑线检测，用电感式接近开关（LJ18A3-8-Z/BX）检测铁片；用对射式光电开关（WYCH208）配合码盘作为小车行驶路程的检测等部分硬件设计，通过查找资料，和实际相结合基本上实现了自动寻黑线，过程中具有火源检测及灭火功能，障碍物检测及放下硬币作为过路费功能，金属检测功能，路程测量功能。

最终顺利完成了本次设计要求的多功探测小车。

1设计内容和意义

1.1设计要求

1.1.1基本要求

（1）以单片机作为主控制单元，小车能根据所设定的黑线行驶；

（2）能用LED发光二极管作为小车左右拐及直走指示；

1.1.2创新特色

（1）具有测量路程并利用LED数码管或LCD1602液晶屏显示；

（2）当小车遇到障碍物时能自动停车发出报警，并能准确放一块硬币在黑线上作为过路费，当障碍物消除后，小车又能正常行驶；

（3）在行驶的过程中遇到火源，能停车并起动风扇吹灭火源；

（4）当小车走完路线后能自动停车在最终点，并发出声光报警；

（5）具有金属探测功能（选做）。

1.1.3方案步骤

根据任务书上的要求进行综合分析，总设计方案分为以下几个步骤：

（1）根据探测小车功能，选用合理元器件并画出总体原理图。

（2）制作PCB版。

（3）硬件电路的焊接及调试。

（4）画出各个程序流程图的各模块。

（5）根据流程图编写出各模块的程序。

（6）硬件软件的综合调试及程序烧制。

1.2系统设计思路

基于单片机的智能探测小车是能实现根据黑线循迹、及在过程中所设定的相关作业。

1、以单片机作为主控制单元接收各传感器的采集回来的信号然后再去控制小车相关作业；2、采用光电耦合器4N25作为黑线检测，根据黑线可吸收红外线来判断是否检到了黑线，进而转到相关的拐向，采用反射式光电开关作为避障检测该开关也是利用红外的原理，若检测到障碍物则反馈一个信号回来，使得CPU判断是否要小车停下来。

采用红外接收管检测火源，这个的原理与检障碍物的原理相同。

采用接近开关作为金属探测，此传感器内部装有磁性器件，对检到金属则会有相关的动作。

采用U形光电开关配合码盘作为路程检测；3、利用LED数码管或液晶屏显示所走的路程,用蜂鸣器作为报警提示；4、采用LED发光二极管作为左右拐向及前走的方向指示。

1.3智能小车的意义和目的

近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。

人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。

而近几十年来中国在航天领域的发展越来越快，世界各国也从没停止过探索外星的脚步。

在外星球恶劣的环境下探索全由人去完成是不可能的。

那么可以自动驾驶的小车就发挥了它的作用了。

用带有摄像头的小车就可以让我们在地球上看到外星球的地貌。

如何让小车自动的准确的按照人预设的路线去进行工作成了人们开始研究的课题，现在也有很多的相关成果。

随着我国改革开放的深入和经济建设的持续快速发展，城市规模不断扩大，交通需求也不断增加。

有关资料表明，1996年全国城市机动车保有量为884.5万辆，比1977年增长近9倍，年均增长33.8%，全国城市自行车超过1.8亿辆，占全国总量的40%，城镇每百户拥有率达198辆。

道路建设虽突飞猛进，从1980年至1994年，全国城市道路总长从2.95万公里增至11.1万公里，年平均增长率为9.9%,人均道路面积从2.8m2增至6.6m2，道路面积增长率为年均11.6%，这样的速度仍然赶不上车辆的增长速度。

同时，由于多种原因致使公交车辆运营速度由每小时12-14公里下降至5-10公里，新增的运力被运输效率下降抵消，公交承担运量不断减退，居民出行方式逐年由公交向自行车等个体交通方式转移，这无疑加剧了交通的拥挤程度。

如何解决城市居民出行交通需求的不断增加与公共交通发展相对滞后的矛盾成为摆在我们面前的一项迫切任务。

智能运输系统，它是在关键基础理论模型研究的前提下，把先进的信息技术、数据通信技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效地综合运用于地面交通管理体系，从而建立起一种大范围、全方位发挥作用、实时、准确、高效的交通运输管理系统。

它利用无线通讯专网低频段以低成本实现了公交企业运营数据的实时采集、快速传输，自行开发研制了无线通讯系统车载智能终端设备及控制系统，使公交企业能够充分利用无线通讯系统采集和传输的车辆运营数据进行车辆调度和车辆运营管理，且具有数据和话音双重传输功能。

具有用户容量大、网络范围覆盖广、调度信息响应速度快、全自动语音报站自动化、信息发布广泛、出行者信息服务智能化、设备自动维护智能化的特点。

智能公交系统的提出，必将大大改善公交管理水平，提高公交系统经济效益，减少政府财政补贴。

由于采用公交出行的居民增加，相对减少了其它车辆出行，这势必会缓解城市交通压力，减少环境污染，降低交通事故发生率，改善交通环境，带来巨大的社会效益。

2系统的硬件方案

2.1主要模块设计方案论证与比较

2.1.1主控制单元的选择

机具有功能强大的位操作指令，I/O口均可按位寻址，程序空间多达8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是51单片机价格非常低廉。

在综合考虑了传感器、两部电机的驱动等诸多因素后，我们决定采用一片单片机，充分利用A89S52单片机的资源。

综合以上二种方案分析，采用AT89S52单片机为主控系统。

我们做的很多产品都是在51的基础上完成，对51系列的单片机相对来说较为熟悉。

所以选择的芯片都是我们熟知的，以上两种单片机编程都是通用的。

2.1.2黑线检测传感器的方案选择

探测路面黑线的基本原理：

光线照射到路面并反射，由于黑线和地板对光的反射系数不同，可根据接收到的反射光强弱来判断是否检测到黑线，可实现的方案有以下几种：

方案一：

采用普通发光二极管及光敏电阻组成的发射接收方案，电路如图2.1所示。

该方案在实际使用时，容易受到外界光源的干扰，有时甚至检测不到。

主要是因为可见光的反射效果跟地表的平坦程度、地表材料的反射情况均对检测效果产生直接影响。

虽然可采取超高亮度发光二极管降低一定的干扰，但这有增加额外的功率损耗。

方案二：

采用红外线对管，利用其中的红外管发射出光，而另一只则负责接，由于白纸的黑线和白纸的反射系数不一样，白纸则反射回来，而黑线则被吸收了。

这个再由外围电路对信号进行检测，同时接到单片机口，由单片来检测识别，控制小车的行驶。

当对着黑线时，则单片机的I/O口一直检测到高电平，而白纸则为低电平。

这样一来检测反映灵敏，外围电路也很简单。

电路如图2.2所示。

比较以上两种方案，方案二占有很大的优势，这样不但能准确完成测量，而且能避免电路的复杂性，所以选择方案二。

图2.1方案一电路图图2.2方案二电路图

2.1.3电动机方案选择

在选择单片机动力驱动常用的外围器件电动机时，相关的引脚，工作电源电压，与其他器件是否匹配，性价比等都要进行相关的考虑选择。

方案一：

采用步进电机，步进电机的一个显著特点就是具有快速启停能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即使步进电机启动或反转。

另一个显著特点是转换精度高，正转反转控制灵活。

方案二：

采用普通直流电机。

直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转；能满足各种不同的特殊运行要求。

由于普通直流电机更易于购买，并且电路相对简单，因此采用直流电机作为动力源。

2.1.4显示器的选择

在选择显示时，我们要考虑到我们所选的显示器首先要能完成显示我们所要求测量路程的功能。

其次是显示电路是否简单合适，工作电源电压，与其他器件是否匹配，编程是否简便等都要进行相关的考虑选择。

方案一：

采用1602LCD液晶屏显示。

采用LCD显示，用单片机可实现显示数据，另外，液晶显示有环保，低功耗，寿命长，美观，不产生电磁辐射污染等优点。

不过其体积大，质量重。

显示亮度和字体大小在演示时不尽人意，价格也比较昂贵。

方案二：

采用LED数码管显示。

采用LED七段数码管，可以完成显示测量路程的功能，采用经典电路译码和驱动，电路结构简单，并且可以实现单片机I/O口的并用，显示效果直观，明亮，调试容易。

并且经济耐用故采用LED数码管显示。

综合比较二者的优缺点，本设计最终采用4位共阳的数码管作为显示器。

2.1.5电动机驱动方案选择

方案一：

采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度进行调整。

此方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢，易损坏，寿命较短，可靠性不高。

方案二：

采用电阻网络或数字电位器调节电动机的分压，从而达到分压的目的。

但电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。

更主要的问题在于一般的电动机电阻很小，但电流很大，分压不仅降低效率，而且实现很困难。

方案三：

采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。

线性型驱动的电路结构和原理简单，加速能力强，采用由达林顿管组成的H型桥式电路。

用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，精确调整电动机转速。

这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高，H型桥式电路保证了简单的实现转速和方向的控制，电子管的开关速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的PWM调速技术。

现有很多此种芯片，我选用了L298N。

大大的降低了电路的复杂性。

还能使电路工作稳定有效。

2.2总体方案设计

根据系统功能的要求和系统构成的需要来设计小车行驶驱动，经过以上各部分的方案论证与比较，综合考虑，我们选择出比较合适的总体方案。

选用了AT89S52作为CPU控制器，TCR5000作为黑线检测的器件，LED数码管作为显示器件，直流电机配合L298N作为驱动器。

这个只在完成基本的寻线功能而以，其它功能在以下的硬件设计方案中提出。

总体的系统框图如图2.3所示。

图2.3系统框图

3系统检测模块设计

数据采集、处理和转换部分包括：

黑线检测采用TCR5000传感器、路程检测采用对射式光电开关、障碍物检测采用反射式光电开关、铁片检测采用电感式接近开关LJ18A3-8-Z/BX、火源的检测采用红外接收管组成。

3.1模块设计方案

3.1.1黑线寻迹行控制电路

如下图3.1所示为四个红外线对管及一些外围元件构成的红外线对管检测电路，用来检测黑线。

红外对管内部有两个“眼睛”，一个用来发射红外线，另一个则接收反射回来的红外线（当红外线遇到黑线则被吸收，三极管集电极输出高电平，遇到白纸则反射回来，三极管集电极输出低电平）。

其输出端通过排线接到单片机IO口，把信号送到单片机里面，由单片机进行识别处理。

单片机再输出控制L298的信号，通过L298来驱动两个电机的速度进而可以实现直走，左拐，右拐等动作。

具体行驶时。

四个都检测到黑线则停下来，因为在终点站作了一条横黑线，长度跟车宽那么长就可以了，左一或左二传感器检测到黑都要向左拐，右一或右二传感器检测到黑都要向右拐，剩下的任何情况都属于向前走。

具体请看程序。

图3.1黑线检测电路图

3.1.2路程检测模块

（1）图3.3所示的U1是U型的光电开关，而在真实测量路程的过程中，码盘是放在U型中的，码盘只留一个隙，码盘的隙每转到发射管与接收管的正对面时，会间产生一个脉冲再经过Q1三极管（9013）的变换送到单片机的I/O，再由单片机控制数码管显示。

（2）图3.2所示为其实物图

图3.2光电开关实物图图3.3光电开关电路图

3.1.3障碍物检测模块

图3.4中的CON3是反射式光电开关，该电路接法简单，检测灵敏，除了两根电源、地线外剩下的一根是数据线，它一直处于发射红外线的状态，一旦检测到障碍物后会反射一个信号回来，直接送到单片机的I/O口，由单片机进行识别处理。

再控制小车实现相应的动作。

图3.5所示为反射式光电开关的实物图。

内部包有三根细线，分别是，VCC，GND，DATA。

图3.4反射式光电开关电路图图3.5反射式光电开关实物图

3.1.4金属检测模块

图3.6中CON3是电感式接近开关（LJ18A3-8-Z/BX），该电路接法简单，检测灵敏，除了两根电源、地线外剩下的一根是数据线。

内部电路图，包括振荡器、开关电路及放大输出电路，一旦检测到金属障碍物后会反射一个信号回来，直接送到单片机的I/O口，由单片机进行识别处理。

再控制小车实现相应的动作。

图3.7中为电感式接近开关（LJ18A3-8-Z/BX）实物图。

内部包有三根细线，分别是，VCC，GND，DATA。

图3.6电感式接近开关设计电路图3.7电感式接近开关实物图

3.1.5火源的检测模块

图3.8中的Q1为红外接收管（黑红）。

火源的检测主要是采用红外接收管，因为红外接收管一旦检测到对面的火源红有明显的变化时，其内阻会大大的降低，如果采用光敏电阻的话，容易受外界的影响。

当检测到火源后，LM358的2脚变成高电平，进而输出一个低电平，D4发光二极管会点亮表示已经检测到火源，需要起动风扇来灭火，该信号到单片机，CPU处理后，起动风扇灭掉火源。

LM358内具有两个动放，可以当做比较器使用。

就可以做成两路火源检测，加到火源检测的面积，这样更容易检测到火源，能保证准确无误的检测并灭火。

图中3.9为红外接收管的实物图。

用的是两个引脚的红外接收管，在检测火源里用黑色胶布来包着红外接收管的表面，只留前方。

这样才能正确检测，不受影响。

图3.8红外接收管电路图图3.9红外接收管实物图

4系统其它硬件模块设计及硬件介绍

系统其它硬件部分包括单片机控制部分，数码显示，电机驱动，机械，报警显示，驱动风扇灭火、停车放下硬币等部分。

4.1模块设计方案

4.1.1单片机的介绍

（1）AT89S52主要特性如下：

增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051；

工作电压：

5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）；

工作频率范围：

0～40MHz，实际工作频率可达48MHz；

用户应用程序空间为8K字节；

片上集成512字节RAM；

通用I/O口（32个），复位后为：

P1/P2/P3/P0是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻；

具有EEPROM功能；

具有看门狗功能；

共3个定时器/计数器。

即定时器T0、T1、T2；

外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒；

通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART；

（2）AT89S52芯片的引脚说明：

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。

并要外接上拉电阻。

P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：

P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P1的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。

对端口写入1时，通过上拉电阻把端口拉到高电位，可用作输入口。

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）。

P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：

P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P2的输出缓冲器可以驱动4个TTL输入。

对端口写入1时，通过上拉电阻把端口拉到高电平，可用作输入口。

在对FlashROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。

P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：

P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P3的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。

对端口写入1时，通过上拉电阻把端口拉到高电位，可用作输入口。

在对FlashROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。

P3口除作为一般I/O