基于单片机开发的循迹小车Word文档格式.docx

基于单片机开发的循迹小车Word文档格式.docx

《基于单片机开发的循迹小车Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机开发的循迹小车Word文档格式.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

Microcontrollerdevelopmentofthetrackingcar

Abstract

Theintelligenceasthemoderninvention'

sdevelopmentdirection,hemaydefertothepatternwhichestablishesinadvanceinanenvironmenttheautomaticoperation,doesnotneedtheartificialmanagement,mayapplyinthescienceexplorationandsoonuse.Theintelligentround-tripelectriccarisonemanifests.Thisdesign'

ssimpleintelligencetravelsbetweentheelectriccarautomatically,usesat89S51monolithicintegratedcircuittotakecar'

sexaminationandthecontrolcore;

Usestheinfraredsensorexaminationrunwayheavyline,thusfeedsbackthesignaldeliversthemonolithicintegratedcircuit,causesthemonolithicintegratedcircuitaccordingtothepredeterminedworkingpatterncontrolcarinvariousregionsaccordingtothepredeterminedspeedtravel;

UsesHallthepartA3144Eexaminationcartravelthecourse;

UsestheLEDnixietuberealtimedisplaycartravelthetimeandthecourse,afterthecarstopsthetravel,demonstratesthecartraveltime,thetraveldistance.Thisdesignstructureissimple,hascertainintellectualization,user-friendly,moreovereasytorealize.

Keywords：

Intelligence;

AT89S51;

Infraredsensor;

automatic

目录

摘要I

AbstractII

1绪论1

1.1课题背景1

1.2立题的目的意义1

1.3课题的技术指标2

1.4整体方案设计2

1.4.1设计要点2

1.4.2系统方案2

1.5本章小结4

2整机电路原理5

2.1整机电路原理图5

2.2单片机的最小系统5

2.2.1MCS-51单片机硬件结构5

2.2.2单片机I/O端口6

2.2.3MCS-51的引脚功能7

2.2.4时钟电路与复位电路8

2.3整机电路工作原理9

2.4本章小结10

3整机电路的设计与分析11

3.1寻迹检测电路11

3.1.1寻迹传感器的选择11

3.1.2寻迹检测电路工作原理11

3.2电机控制电路12

3.2.1电机选择12

3.2.2电机正/反转电路工作原理12

3.2.3电机变速电路工作原理13

3.3里程检测电路14

3.3.1霍尔传感器14

3.3.2里程检测电路工作原理14

3.4电源电路15

3.4.17805的组成及工作原理15

3.5LED显示电路16

3.5.1数码管显示原理16

3.5.2LED显示电路工作原理17

3.6本章小结18

4软件设计19

4.1系统内存资源的分配19

4.2系统主要程序设计19

4.3软件流程图20

4.4本章小结20

5电路的组装与调试21

5.1电路的安装步骤21

5.2焊接元件注意事项21

5.3软件设计的注意事项22

5.4电路调试23

5.5本章小结23

结论24

致谢25

参考文献26

附录27

1绪论

1.1课题背景

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。

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时间、里程，可程控行驶速度、准确定位停车。

根据题目的要求，确定如下方案：

在现有玩具电动车的基础上，加装光电、红外线，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。

这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。

采用AT89S51单片机为控制核心，利用红外传感器检测跑道黑线，控制小汽车实现快慢速行驶，自动停车，自动寻迹，以及自动记录时间和里程功能。

通过读取检测电路产生的信号，判断汽车当前状态，并根据状态发出指令控制驱动电路部分，实现电机电流的通断，以及电机的正/反转等，根据检测线条标志实现自动往返功能。

驱动电路中电流的通断及电机的正反转由单片机控制电路实现。

1.2立题的目的意义

加深对理论知识的理解，学习理论知识在实际中的运用，培养动手能力和解决实际问题的能力，熟悉用WAVE软件调试程序和仿真，并提高对单片机的认识，焊接、布局、电路检查能力以及软件调试能力；

进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。

掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术，了解有关电路参数的计算方法。

通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。

通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，了解开发单片机应用系统的全过程，为今后从事相应工作打下基础。

1.3课题的技术指标

1、车辆行驶至第一条黑线时开始全速运行，行驶至限速区时减速，行驶至第四条黑线时全速运行，行驶至第五条黑线时减速。

2、第三～第四条黑线间为限速区，车辆往返均要求以低速通过，但不允许在限速区内停车。

3、到达终点线停车10秒，然后返回到起点。

到达终点线和返回起跑线时，起跑线和终点线的停车位置需压线。

4、小车总往返时间不多于40秒。

1.4整体方案设计

1.4.1设计要点

1、严格规定了跑道上起跑线、终点线和几条重要标记线的位置以及限速区的长度。

要求使总往返时间最短（即在题目允许的情况下尽可能提高车速），而通过低速区的时间不得少于8秒，但不允许在低速区内停车，这就要求我们设计出使小车从高速平稳降低到一个可以满足题目要求的速度方案。

2、小车停止的定位也是一个要点。

要想使小车停止时的中心线离终点线和起跑线偏差最小，就要考虑小车在不同负载情况下的惯性、路面情况等诸多因素，须理论计算或实验测量。

3、规定的跑道长约十几米，要使小车在这样宽度的一条跑道中往返三十余米，小车在行驶过程中，由于颠簸或其他因素造成检测标志线出错的情况，必须考虑系统的检测纠错能力。

4、全部电路都安装在小车上采用电池供电，而电池电量及功率有限，这就意味着所采用的芯片要越少越好，电路功耗越低越好。

1.4.2系统方案

根据题目要求，本小车可以有两个实现方案：

方案一：

小车行驶的整个过程速度不能太快，当到了限速区时，就减低车速，如果前一段时间车速太快的话，由于存在惯性的作用，车速会很难减低速度；

停车时也是一样，当检测到停车黑线进入缓冲区时，关闭电机，让车的惯性到达最后那条黑线。

倒车的过程也是一样，车速不能太快。

这种方案对于车的惯性要进行多次测试，最终得出最佳的速度曲线，但是这样做的话工作量很大，而且走完的整个过程的时间长。

方案二：

前一段路路程全速行驶，到了限速区时，加一个反向电压给电机，使电机迅速减速；

过了限速区后，车又全速行驶，知道检测到停车黑线后就立刻加一个时间比较长的反向电压，使电机迅速停止，实现停车。

后退也是一样，加一个反向电压给电机，实现迅速减速或停车。

这个方案虽然使用时间大大缩短了，但是需要注意的是加反向电压的时间和当加反向电压时，电机就等于短路，电流很大，其它其他器件的电流变小而可能不能正常运行。

基于两个方案，我们选择了方案二，因为它完成整个过程的时间少，不会受制于车的惯性，至于加反向电压时会影响其他器件正常工作方面，只要在电源两端加两个很大的接地电容，就可以解决了。

当加反向电压时，就可以补偿其它器件变小了的电流，使其能正常运行。

图1-1整机框图

小车具有一定的智能性，采用以单片机为核心的控制器构成的系统，因为有单片机软件和算法的支持，可以使硬件电路简单、控制灵活、实现方便、性能可靠。

我们采用以AT89S51单片机为核心的控制系统，系统可分为单片机控制电路、电机控制电路、寻迹检测电路、里程检测电路、LED显示电路、声光指示电路、电源电路。

其整机框图如图1-1所示。

软件是本系统的灵魂，在软件设计时，将从系统实用可靠、方便灵活等几个方面出发，使程序满足本题目的要求。

本系统软件分为主模块、两个外部中断和一个定时中断。

其中定时中断作为全程计时的时钟基准，外部中断1记录小车车轮的转数,在小汽车行驶时,用红外光电检测电路检测行车标志信号,此信号作为中断的触发信号。

1.5本章小结

本章主要介绍了课题背景、立题目的目的与意义、课题的技术指标以及整体方案设计，并对整体方案进行了论证和比较。

2整机电路原理

2.1整机电路原理图

整机电路可分为单片机控制电路、电机控制电路、寻迹检测电路、里程检测电路、LED显示电路、电源电路。

整机电路原理图如2-1图所示。

`

图2-1整机电路原理图

2.2单片机的最小系统

2.2.1MCS-51单片机硬件结构

80C51单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。

如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。

它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。

但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。

1、微处理器。

该单片机中有一个8位的微处理器，与通用的微处理器基本相同，同样包括了运算器和控制器两大部分，