基于单片机的玩具车控制系统设计Word格式文档下载.docx

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指导教师年月日注：

参加本课题的每人需填写一份摘摘要要随着社会和科学技术的发展，单片机技术的迅速速发展，计算机的控制与电子技术的融合为电子设备智能化开阔了无限前景，智能化的玩具的研究越来越受到社会各界的广泛重视。

开发智能化，功能强大，价格低的智能化玩具小车，已经成为全国电子设计比赛的趋势，而且智能化和人性化的玩具车在全球都有着巨大的市场。

根据美国玩具协会的调查与统计，近几年来全球玩具销量的增幅与全球GDP的增幅几乎相差无几，而全球玩具市场的内在结构分布比例却发生了巨大变化：

传统玩具的市场比例正在渐渐地缩水，高科技玩具则步步高升。

高科技含量的电子互动式玩具已经成为玩具行业发展的主流。

本设计主要完成玩具车控制系统硬件电路设计和软件设计，控制系统的硬件电路部分主要包括89C52最小系统、射频通讯电路、3乘3键盘电路、直流电机驱动电路、步进电机驱动电路、LED数码管显示电路，直流电机作为小车的驱动电机，而步进电机作为方向控制电机。

微处理器是整个小车控制系统的核心，控制所有模块，本系统采用的AT89C52单片机，它有着功耗低、功能很强、体积比较小、性能价格比高、易于推广应用等显著优点。

采用ULN2003芯片驱动步进电机和电桥电路驱动直流电机，使系统的控制电路显得非常简洁，且可靠性很高。

该设计系统中采用的脉冲宽度调制技术（PWM）实现对直流电动机的准确性与灵活性的调速。

电机驱动利用软件产生不同占空比的PWM波来控制直流电机的转向和转速。

设计中采用的软件生成脉冲宽度调制技术（PWM）驱动方式，以便解决了驱动电流的的难以控制性问题。

采用LED数码管显示，其最大特点是视觉效果好、亮度大。

通过软件编程可以控制小车实现右转向、左转向、后退、前进、减速、加速和转向灯闪烁、刹车灯等功能。

关键词：

单片机；

玩具车；

射频通信第一章第一章绪论绪论1.1概述概述当今社会，科学技术的进步，时代加快前进的步伐。

计算机控制技术和电子技术的的融合为智能电子设备开辟了广阔的前景，越来越多的研究智能玩具融入到人民生活社区。

目前，模块化，功能强大，价格低廉的智能玩具车已成为一个国家热门电子技能大赛的必有项目，智能玩具车在国内外有着巨大的市场。

在全球市场上，智能玩具领域几乎被美国，日本等国家垄断了，在中国的智能玩具市场中，可编程玩具车是即将兴起的玩具市场之一，它将会为中国的智能市场注入新的活力。

1.2玩具车控制系统的发展趋势玩具车控制系统的发展趋势由于传感器技术，计算机科学，人工智能，以及其他相关学科的快速发展，玩具车正向着智能化方向发展。

智能玩具车的控制系统包括计算机技术，控制论知识和技术，传感技术，机械设计和人工智能，是一个集环境感知，动态决策，规划，控制和执行行为，并在其他功能集成的系统，是一个典型的机电一体化产品，是适合学生发展的综合机电一体化知识培训的最佳平台。

通过开展智能玩具车设计活动，充分发挥了我们的能力，创造力，团队合作能力和创业精神。

目前，智能玩具车的控制方式有：

基于光学感应器，基于语音控制，基于微控制器的等等。

中国是世界著名的玩具生产及出口地，1/3的世界玩具产量均来自国内。

仅1998年，玩具生产的产值便达到500亿元，出口达到54亿美元。

据统计，国内的玩具出口产品中，80%以上属加工贸易。

目前，全国约有6，000家玩具制造商，雇用人数超过1300万名。

大部分玩具制造商均集中于沿海各省；

单是广东已有大约4，000家玩具厂，其中绝大多数由港商投资开设。

现时，国外厂商每年生产玩具多达15万种，其中新产品为5，000至6，000种，而国内企业所生产的玩具制造商的竞争，主要是集中在中低档产品方面。

然而，国内部份玩具企业亦有创立自己的品牌。

如广东奥迪玩具生产的四驱车系列及广东东莞生产的智高（CHICCO）玩具以及上海、福州等地生产的遥控车、仿真车、仿真摩托车及仿真飞机，均深受消费者青睐。

据调查，目前世界著名的玩具企业都在国内设有分厂或国内厂家合作生产玩具。

像生产电子宠物的日本万代公司，历史悠久的玩具芭比娃娃，都在国内设有多家分厂。

因进口关税问题，国外生产的玩具在内地市场的售价普遍昂贵，加上传统文化不同，进口玩具在国内市场上的份额仍然较少。

不过，若外商采取合资经营的方式，把国外的设计和原料运到国内进行加工，对渗透内地市场应该大有帮助，因为这些企业大多有良好的分销网络。

自1999年起，“中国制造”的玩具在本地，乃至东南亚市场开始逐渐被消费者认同，并逐步提高知名度，但“中国制造”的中国自有品牌玩具尚为少见。

玩具发展到现在，已经不再停留在普通的毛绒、木制玩具系列，具有各种功能的电动玩具日益增多。

其核心部件电机，俗称“马达”是这类电动玩具的重要制动装置，作用可以和电脑的中央处理器相提并论。

在中高档电动玩具市场需求比例日益增大的今天，玩具商对电机质量和数量要求也越来越高。

1.3课题意义及主要研究的内容课题意义及主要研究的内容本设计主要完内容和目标是完成玩具车控制系统的硬件电路的设计，控制系统的硬件电路部分主要包括红外通讯电路、键盘电路、电机驱动电路、键盘电路、232通讯电路、LED显示电路、232通讯电路等，直流电机作为玩具车的驱动电机。

单片机则是整个玩具车控制系统的关键核心，控制所有模块电路，本系统采用的是AT89C51单片机，它有着功效低、体积小、功能强、易于推广应用、性能价格比高等显著优点。

采用L298N芯片同时驱动两台直流电机，利用两台直流电机差速原理来使得玩具车转弯和等速原理使得玩具车走直线。

并且使系统的控制电路非常简洁，且可靠性很高。

该设计系统中采用的是脉冲宽度调制技术（PWM）以实现对直流电动机的准确及其灵活调速。

电机驱动利用软件产生不同脉冲宽度的PWM波来控制直流电机的转向和转速。

设计中采用软件生成PWM驱动方式，解决了驱动电流的的不可控性问题。

还有采用LED显示其特点是亮度大，视觉效果好。

通过软件编程控制小车实现右转（右转向灯闪烁）、左转（左转向灯闪烁）、前进、后退、减速（刹车灯亮）、加速等等功能。

最为关键问题是解决驱动两个直流电机使得玩具车实现左右转弯和加减速等功能。

直流电机的调速方法有许多，弱磁调速、串阻调速和调压调速。

其中最为普遍的是调压调速。

其中应用最广泛的是脉宽调制（PWM）调速的方法。

所谓脉宽调制（PWM）是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。

这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。

也就是使功率放大器中的大功率晶体管工作在开关状态下，开关频率与加在晶体管上的输入电压保持恒定，根据控制信号的大小来改变每一周期内“接通”和“断开”的时间长短，即改变“接通”脉宽，使晶体管输出到电动机电枢上电压的占空比改变，从而改变电动机电枢上的平均电压，完成电动机转速的控制。

第二章第二章控制系统设计控制系统设计2.1控制方案比较控制方案比较2.1.1红外通讯控制红外通讯控制红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为信息媒体的传输，即通信信道。

基带发送端为一系列的二进制信号调制的脉冲串信号,再由红外发射管发射红外发射。

在接收侧接收所述脉冲光转换成电信号，然后，放大和滤波处理，解调电路解调后的恢复的二进制数字信号输出。

通过脉冲串之间的时间间隔来实现的调制（PPM）来实现的脉冲信号的时间调制和调脉冲宽度调制（PWM）来实现脉冲的宽度调制是常用的两种方式1。

总的来说，红外通信的本质是二进制数字信号的调制与解调，借此红外传输信道的优势进行传输;

红外线通信接口是用于红外信号调制解调器。

红外线通信技术适合于低成本，跨平台的，高速数据连接点，特别是对于嵌入式系统。

它的主要应用：

设备的连接，信息门户。

经过该设备的互连不同的设备可以在一个文档交换和改变信息。

红外通讯技术是一种无线连接技术在世界上已被广泛用于许多硬件和软件平台，其主要优点点有：

1通过无线电脉冲和红外光的脉冲之间的数据转换发送和接收数据。

2完美的取代点对点是的电缆连接。

3无有害辐射，绿色环保产品特点：

科学实验证明，红外光谱是对人体无害的，因此红外产品是真正的绿色环保产品。

4红外通信有及抗干扰能力强，系统安装简单，易于管理等特点。

红外数据通信技术的缺点：

1.受视距是其传输距离的瓶颈；

2.通信设备的位置被固定；

3.仅限点对点的传输连接，因此无法灵活地组成联网等。

2.1.2射频通信控制射频通信控制射频是指通过天线把某一频率的载波功率发射出去，在自由空间变成交变的电磁场形式以光速传播，在不同介质时传播速率也会不同，也会发生像普通电磁波一个样的折射、反射、绕射、穿透等，导致各种各样的损耗。

射频技术在无线通信领域的应用非常广泛和具有不可替代的作用。

家用的有线电视就是使用射频传输模式系统。

在电子理论里面，电流流过导体，在导体周围形成一个磁场;

交流电流通过的导体，该导体将形成周围的交变电磁场，称为电磁波。

当不超过100KHZ的电磁波，其将会被地表吸收而不能形成有效的传输。

但比100KHZ的高的电磁波，电磁波通过的外缘传播在空气气氛电离层反射，形成远距离传输能力，我们将能够远距离传输的高频电磁波称为射频现象，简称：

RF（模拟或数字）调制（AM或FM）通过高频电流，形成通过天线发射到空中的RF信号;

接收到的远程射频调制信号的抗还原的电源电信号，这个过程被称为无线传输。

对于近两百年无线传输的发展，世界上已经拥有大量的用户和产品，但是，由于气候变化和地表障碍物的影响形成的，不能传输完美的信息。

现代人类发明了一种低成本的高频传输线（射频电缆），在追求信息传输的完美品质，同时考虑到现有的无线设备，无线有线传输开始流行。

如果你的信息的第二调制与有线传输到对端源后，随着信息的应用程序后，反调制源减少，不管频率有多低，也有射频无线传输，如果没有反调制的调制过程，但将信息源通过电缆直接向右侧传播，不管高频率如何通常的有线传输。

射频通信的优点：

1.可以满足很大的信息量的传递2.射频电路的外围器件很小，进一步缩小通信器件的体积3.射频通信可以提供更多的通信频道4.通信频道之间的间隙大，减少信号的相互干扰5.利用差分小天线可以获得高增益，便于实现移动通信6.安全性高，信息难以被盗窃射频通信的缺点：

1.绕射能力越弱2.在金属线传输时具有趋肤效应现象经综合考虑，本设计决定采用射频通信。

2.2控制系统设计控制系统设计2.2.1控制系统硬件设计整体规划控制系统硬件设计整体规划控制系统的作用是能根据本设计的功能要求而设计出来的，控制系统硬件分为两部分，主部分是遥控，从部分是玩具车的驱动硬件。

控制系统设计框图下图2-1所示。

图2-1控制系统设计框图该控制设计系统以两个AT89C52单片机为核心，通过3*3键盘输入（遥控器）使玩具车实现的右转、左转、后退、前进、减速、加速和转向灯闪烁等功能和遥控