毕业设计智能机械小车红外遥控自动寻迹.docx
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毕业设计智能机械小车红外遥控自动寻迹
分类号编号03029
本科毕业论文（设计）
智能机器小车-红外遥控、自动寻迹
IntelligentRebootCarwithInfraredRemoteControlandAuto-track
摘要
今世，智能机械小车视作为以后机械人的雏形，是一个科研的热点，具有很高的研究价值。
而目前，智能机械的进展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。
最近几年来，机械人的智能水平在不断的提高，而且迅速地在改变着人们的生活方式。
人们在不断探讨、改造、熟悉自然的进程中，制造能够替代人劳动的机械一直是人类的妄图，也确实是所谓的智能化。
本次课题设计的智能机械车以STC公司的90C516AD单片机为要紧操纵核心，通过遥控智能机械车使其具有前进、后退、停止的功能，通过红外寻迹使其能够自动依照必然轨迹行进。
同时，配合其他项目的红外避障与超声测距系统，实现该智能机械车的自动避障与检测距离功能。
智能机械车要紧由单片机操纵模块、无线遥控模块、红外寻迹模块、红外避障模块、超声测距模块电机驱动模块，液晶显示模块组成。
通过单独对各个模块的安装、调试，保证各个子模块的正常工作，取得正确的信号输出。
然后把各个模块组合起来，对90C516AD单片机写入程序，将各模块整合成一个完整的系统，完本钱次课题设计。
关键词：
智能化；操纵；自动寻迹；红外遥控;
ABSTRACT
Contemporary,intelligentmachinecarasthefuturerobotprototype,isaresearchhotspot,hastheveryhighresearchvalue.Andatpresent,theintelligentmachineshasalreadydevelopedinmachinery,electronics,metallurgy,transportation,aerospace,defenseandotherfields.Inrecentyears,therobot'sintelligencelevelcontinuestoincrease,andquicklychangingpeople'swayoflife.Peopleconstantlyexplore,intheprocessoftransformation,thenature,makemachinecanreplacethehumanlaborhasbeenadreamofmankind,alsoknownassmart.
ThistopicdesignofintelligentmachinecarisonSTCcompanyof90MCUasmaincontrolcore,throughtheremotecontrolcarintelligentmachinesmakeithasthefunctionofforward,backward,stopautomaticallybyinfraredtracingaccordingtoacertainpath.Atthesametime,cooperatewithotherprojectsinfraredobstacleavoidanceandtheultrasonicrangingsystem,therealizationoftheintelligentmachinecarautomaticobstacleavoidanceanddetectiondistancefunction.
TheintelligentcarismadeupofMCUmodule,wirelessremotecontrolmodule,Infraredtracingmodule,theinfraredobstacleavoidancemodule,ultrasonicdistancemeasuringmodule,motordrivemoduleandliquidcrystaldisplaymodule.First,weshouldinstallandtesteverymodule.And,weshouldmakesurehaveagoodfunctionandcansendoutarightorder.Second,weshouldcombineeverymoduleandwriteaprogramtoourcar.So,wewillhaveanintegralsystemtocompletetask.
Keyword:
intelligentize; regulate; tracking; infrared remote control ;intelligent car
1引言
智能小车的意义和作用
自第一台工业机械人诞生以来，机械人的进展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。
而最近几年来机械人的智能水平在不断的提高，而且迅速地在改变着人们的生活方式。
人们在不断探讨、改造、熟悉自然的进程中，制造能够替代人劳动的机械一直是人类的妄图，也确实是所谓的智能化。
而智能化，在运算机操纵领域中，简单的能够说明为：
人为预置已经设计好的程序，通过机械人对外部世界信息的搜集和处置，运算机按程序运行做出相应的动作，从而使机械人能对外部世界做出有效的反映。
在那个进程中，无需人为的操作，机械人便能实现自动化的运行。
智能小车的现状
现有的智能小车进展得专门快，从机械到只能，从智能玩具到其它各行业，都有较好的实质功效。
其大体功能都可实现寻迹、避障、检测贴片、寻光入库、避崖等大体功能，这几节的电子设计大赛智能小车又在向声控系统进展。
而目前比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列。
小车智能化的实现方式
智能化并非是一件简单的情形，需要很多器件、模块一起运作，通过各类传感器，动力传送，操纵中心彼此协同。
就传感器而言，目前随着科学技术的进展，由于检测的原理、形式多样，机械人的感觉传感器种类愈来愈多。
其中，在这么多种传感器中，红别传感器在智能操纵中一直很重要，也常常被会利用到。
关于与其他传感器，尤其是昂贵的器件，如CCD传感器而言，它是一种既廉价又简单的传感器，在较长的操纵距离里，能使很多复杂的动作加倍简练化。
在应用中，它通常作为自动行走和驾驶的重要部件。
无线遥控、自动寻迹模块是这次实现小车智能化的重点，主若是基于红外操纵原理基础上开发的应用系统，智能化使得小车实现远程无线操纵转动方向、移动，自动识别线路，判定并自动选择正确的行进线路。
集大量综合性模块于一体，该智能小车能够作为机械人的典型代表。
它能够分为三大组成部份：
传感器检测部份、执行部份、CPU。
利用多种传感器器件模块，除能够实现无线操纵、自动寻迹两个功能，还能够扩展自动避障、超声测距，温度检测等。
由于本次功能实现难度不大，需要的精度不高，因此本次小车的传感器要紧采纳的正是上述提到的红别传感器，而其智能小车的执行部份，那么是由直流减速电机来充当的，要紧操纵小车的行进方向和速度。
CPU利用STC90C516AD单片机，配合软件编程实现。
2整体设计
总方案概述
本次的课题，主若是以智能机械小车硬件为载体，通过工程讨论分派，以实现其载体上的各类模块的功能为手腕，最终结合，能够在小车达到以下功能：
无线遥控功能、自动避障功能、自动寻迹功能，超声测距。
在小车开发电机驱动系统的进程中，为了幸免开发两电机同步转速的繁琐算法，这次设计作品以高电压，高电流，四通道驱动集成的芯片L293D来同时驱动两直流减速电机。
而位于机械车前端左右的两只红外发射管和中端的一只红外接收模块那么组成红别传感避障系统，要紧用于检测前方的障碍物。
当红外光线当碰到浅色物体时，光线被反射，当碰到深色物体时，光线被吸收，通过红外接收产生的电信号，单片机进行判定、操纵电机，实现转向。
同时，小车底座前段的5个光敏传感器关于光线异样灵敏，依照光线的强弱使得自身内部电阻转变而产生不同的信号，探测地面的情形，那么能够实现自动寻迹功能。
具体原理是利用光色吸收及反射：
通过前段发光二极管发射光线，当碰到浅色地面时，光线被反射回，当碰到深色地面，光线被吸收。
另外，在实现超声测距功能的进程中，利用的是HY-SRF05
而遥控系统由红外发射遥控键盘和红外集成接收芯片LT0038这两部份组成。
显示系统由最多见的1602液晶模块构建。
最后由操纵单元单片机90C516AD处置数据后通过汇编程序有序合理的将各模块信号整合在一路并完成相应动作，实现了智能操纵。
各模块分析总结
由于本次设计涉及的模块比较多，且在项目模块划分中，我要紧负责的是无线遥控及自动寻迹功能，因此在本次模块方案的分析选择上，仅关于上述两个功能涉及的模块进行详细分析，结合课题设计的实际情形，选择适合于本次课题设计的相应模块元件，进而得出设计总方案。
主控模块方案分析、比较与选择
方案一：
采纳分立式的小单元数字操纵电路组合，对传感器搜集的信号进行分流分析与处置。
之外界信号（对自动寻迹电路、自动避障电路、遥控电路、超声测距搜集的）作为数字电路的输入，由小单元数字电路组合作为操纵单元，操纵智能机械车的动作。
方案二：
采纳STC90C516AD作为单片机主控模块。
利用编程，能任意用各类占空比脉冲作为时序，进行传感器信号的搜集，如：
可进行在自动寻迹电路上光敏传感器对路况进行持续的探测，在自动避障电路和遥控电路上红外集成探头对红外线信息的检测，在超声测距模块对超声反射距离的信息搜集。
优点
缺点
方案一
1、设计逻辑上能用公式表示；
2、各模块分工清晰。
1、电路复杂，灵活性不高；
2、不利于扩展其他功能。
方案二
1、灵活方便，采用软硬件结合的方法，使整个电路的扩展性提高；
2、硬件的复杂程度降低，电路简洁清晰，易于达到既定的目标。
1、不能进行太高速的信号采集；
2、对于目前方案没有影响。
通过比较以上两种方案，决定采纳方案二作为主控模块方案。
寻迹模块方案分析、比较与选择
方案一：
采纳红外发射管和接收管作为寻迹传感器。
红外发射管发射红外线，当红外线碰到浅色物体时被反射，红外接收管进行接收，经芯片处置后输出低电平；当红外线碰到深色物体时大部份的光线被吸收，接收管接收不了反射的信号，芯片因此输出高电平。
但红外线信号没有通过编码，仅由高低电平决定，极易受到外界光线的阻碍，使信号的发射与接收显现不同程度的失真，造成信号被误判。
方案二：
采纳光敏传感器组成寻迹电路的形式。
光敏传感器由五个相应的光敏电阻和发光二极管组成，能够探测地面情形，通过发光二极管发射光线，当碰到浅色地面，光线被反射，当碰到深色地面，光线被吸收。
在智能小车寻迹的进程中，采纳的是黑色胶带，当碰到黑带时，光线被吸收，能够检测到输入电平为高电平，当碰到非黑带时，光线被反射，输入电平为低电平，再通过单片机采纳查询方式，程序操纵机械车的轮子来实现转向，达到寻迹的功能。
优点
缺点
方案一
1、没有明显的优点。
1、系统工作不稳定；
2、信号获取方式使信号容易失真。
方案二
1、产生准确的方向信号偏离轨迹时能及时偏转。
1、没有明显缺点。
通过比较以上两种方案，决定采纳方案二作为自动寻迹模块方案。
遥控模块方案分析、比较与选择
方案一：
红外遥控系统，由发射和接收两大部份组成，应用编码/解码专用集成电路芯片来进行操纵操作，发射部份包括LED红外发送器、编码调制、键盘矩阵部件；接收部份包括光、电转换放大器、解调、解码电路等，而且利用的时候必需将遥控器前的红外发射孔对准接收管。
方案二：
超声波遥控是利用超声波来传送指令的遥控，能够应用于需要遥控、遥测的场合。
优点
缺点
方案一
1、体积小，密封性好，灵敏度高；
2、价格低廉；
3、通过红外信号编码，抗干扰能力强。
1、暂时没有明显缺点。
方案二
1、体积小、功耗低、功能强大。
1、超声波遥控价格较为昂贵，且抗干扰能力不强，不是最理想的选择。
综合比较方案一与方案二的设计，决定采纳方案一作为遥控模块方案。
整体设计框图方案
本次课题设计的系统操纵核心为90C516AD单片机，通过单片机的端口脉冲时序操纵，使得自动寻迹、自动避障、无线遥控和超声测距的传感器对外部环境的探测取得信息，经芯片处置后以高低电平的形式送到51单片机各个端口进行处置，最后单片机把处置结果送给两个电机及液晶显示屏，操纵智能机械车的运行，相应模式显示。
达到目标，实现上述的4种功能。
如以下图1。
图1整体设计框图
注：
已划线模块为本人本次所负责的智能机械小车项目设计
3硬件设计
本次课题由本人负责的系统硬件模块要紧由五部份组成，别离是单片机操纵模块、自动寻迹模块、红外无线遥控模块、液晶显示模块和电机操纵模块。
以下对每一个模块作较为详细的说明。
单片机操纵模块
采纳STC公司生产的90C516AD单片机作为核心操纵处置器，而整个单片机操纵系统要紧由最小单片机系统和外围信号端口I/O口组成，其中最小系统除单片机外，还包括接地电源，CPU时序操纵电路（一样由12M晶振和两个30p电容组成），复位电路。
通过以上三部份电路，单片机才能够正常工作。
STC90C516AD是一种低功耗、高性能COMS8位微操纵器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
利用宏晶公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash许诺程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC90C516AD能够为众多嵌入式操纵应用系统提供高灵活、高效的解决方案。
利用STC90C516AD的I/O端口对传感器信号进行实时判定监控来操纵直流电机做出相应的反映。
图2是STC90C516AD单片机的原理图。
图2STC90C516AD最小单片机原理图
晶振电路
STC90C516AD单片机内部有一个用于组成振荡器的反相放大器，而XTAL1和XTAL2别离是放大器的输入和输出端。
通过外接晶振和电容C1和C2组成并联谐振回路，接在放大器的反馈回路中，组成自激振荡器。
可产生充那时钟的信号。
注：
若是选择从外部时钟源驱动器件，XTAL2能够不接，只需要从XTAL1接入，以下图图3和图4可看到单片机和其他器件别离是如何结合，组成内部振荡器和外部振荡器的。
图3内部振荡电路连接图图4外部振荡电路连接图
复位电路
复位电路的大体功能是：
当一旦给系统上电，提供复位信号。
初始化给单片机参数。
通常复位电路有上电自动复位和按钮复位两种方式。
所谓上电复位，是指运算机加电刹时，要在RST引脚显现大于10MS的正脉冲，自动使单片机进入复位状态。
而按钮复位是指用户按下“复位”按钮后，才使单片机进入复位状态。
如图5，上电时，通过电阻R37提供高电平给RESET端，现在为上电复位，同时给电容E1充电。
按钮复位时，按下按钮S3，电容E1放电，给RESET提供高电平，此为按钮复位。
图5是复位电路的原理图。
图5复位电路的原理图
（注：
为靠得住起见，在上电后，直至系统电源稳固，撤销复位信号时，电源需稳固后还要通过必然的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分合进程中引发的抖动而阻碍复位。
其中单片机复位电路参数的选定须在振荡稳固后保证复位高电平持续时刻大于2个机械周期。
这一步骤完全可通过器件搭建完成。
）
串口接口电路
给单片机上电，将RST置高电平，然后向单片机串行端口发送编程命令：
I/O端口
端口执行命令
（SCK）
输入移位脉冲，
（MISO）
串行输出，
（MOSI）
串行输入。
被烧写的单片机必需已经接上电源、晶振，能够正常运作，即具有了最小系统的单片机。
单片机及其外部接口电路如图6所示。
图6串口接口电路
红外无线遥控模块
红外无线遥控模块主若是通过对单片机操纵时序脉冲，完成调制及解调里那个进程，利用红外遥控发射、红外遥控接收两部份操纵器的彼此配合，实现对智能机械车的无线遥控功能，从而操纵小车的停启、进退、转向等动作。
红外遥控的工作原理
通用红外遥控系统由发射和接收两各部份组成，这次课题设计应用的是编码、解码专用集成电路芯片来进行操纵操作。
发射部份的组成包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部份包括光电转换放大器、解调、解码电路等要紧的部份。
整个红外遥控原理的系统框图如图7所示。
图7红外遥控原理系统框图
TC9012遥控发射器
遥控发射器专用芯片依照编码格式的不同，大致能够分成两类，别离是脉冲宽度调制和脉冲相位调制，其中由于脉冲宽度调制解码相对照较容易，其集成度较高，价钱廉价，使得脉冲宽度调制的运用较脉冲相位调制来得普遍。
而本次课题采纳的红外遥控发射器是TC9012。
TC9012是一块用于东芝系列红外遥控系统中的专用发射集成电路，采纳COMS工艺制造。
它可外接32按键，提供8种用户编码，另外还具有3种双重按键功能。
其结构框图、管脚图、管脚图说明别离如图八、图九、图10所示。
图8TC9012结构框图
图9TC9012管脚图
图10TC9012管脚说明
LT0038遥控接收电路
LT0038是用于红外遥控接收的小型一体化接收设备，集成红外线的接收、放大、调解功能，不需要任何外接元件，就能够完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，且其体积和一般的三极管大小差不多，适合于各类红外遥控和红外数据传输，中心频率为。
接收器对外只有3个引脚，别离为OUT、GND、VCC，与单片机接口超级方便。
LT0038的示用意如图3-10所示。
图11LT0038示用意
在红外接收模块电路中，OUT接单片机的接口，作为红外接收模块的输出，由单片机做出判定，从而操纵电机的停止或转向。
此模块实物图及原理图如图11和图12所示。
图11红外遥控接收模块实物图
图12红外遥控接收模块原理图
红外寻迹模块
寻迹是指小车在白色地板上循黑线行走，本系统采取的方式是红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶进程中不断地向地面发射红外光，当红外光碰到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；若是碰到黑线那么红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。
由此进程来改变接收管的输出电压，单片机以电压的转变为依据来执行小车电机确信行走线路。
模块系统分析
图3-8为红外线寻迹安装图，图12为寻迹模块实现原理图，分析如下：
图12红外线寻迹安装图
图13寻迹模块原理图
如图13是整个红外线寻迹进程实现的原理图。
而本模块采纳的光敏传感器由五个光敏电阻和发光二极管组成，它能够探测地面情形，发光二极管发射光线，碰到浅色地面光线被反射，碰到深色地面光线被吸收。
当智能机械车的碰到黑带时，光线被吸收，能够检测到输入电平为高电平，当碰到非黑带时，光线被反射，输入电平为低电平。
图14为光敏电阻的实物图。
图14光敏电阻
当寻迹模块取得CON5端口的五个信号后，经74HC245锁存输入到单片机中，再通过单片机采纳查询方式，程序操纵机械车的轮子来实现转向，达到寻迹的功能。
其中，74HC245中进行是带有使能功能的八位双向总线驱动器，这种八位总线收发器是为数据总线间时行异步两路通信而设计的。
图2中DB0-DB7接74HC573锁存器（图15）和单片机口。
图1574HC245原理图
电机操纵模块
电机操纵方式依照驱动方式的不一样，大致能够分为两种，别离是通过单片机直接操纵和通过电机驱动芯片操纵。
由于本次课题需要同时操纵两部直流减速电机，为了保证其速度的一致性，本次课题采纳的第二种电机操纵方式，其电机驱动芯片型号为L293D。
驱动芯片L293D的硬件结构
L293D采纳的是16引脚DIP封装，其内部集成了双极型H-桥电路，所有的开量都做成n型。
以下图图16是该芯片引脚原理图。
图16L293D驱动引脚原理图
电机驱动一样采纳H桥式驱动电路，L293N内部集成了H桥式驱动电路，从而能够采纳L293N电路来驱动电机。
通过单片机给予L293N电路PWM信号来操纵小车的速度，起停。
驱动原理图如图17所示。
图17L293D驱动原理图
驱动芯片L293D的编程逻辑
L293D通过内部逻辑生成使能信号。
H-桥电路的输入量能够用来设置马达转动方向，使能信号能够用于脉宽调整（PWM）。
另外，L293D将2个H-桥电路集成到1片芯片上，这就意味着用1片芯片能够同时操纵2个电机。
每1个电机需要3个操纵信号EN1二、IN一、IN2，其中EN12是使能信号，IN一、IN2为电机转动方向操纵信号，IN一、IN2别离为1，0时，电机正转，反之，电机反转。
选用一路PWM连接EN12引脚，通过调整PWM的占空比能够调整电机的转速。
选择一路I/O口，经反向器74HC14别离接IN1和IN2引脚，操纵电机的正反转。
下表表1为L293D驱动器管脚赋值表.
行进引脚
停止
左转
右转
前进
后退
原路返回
Out1（）
0
0
1
1
0
0
1
Out2（）
0
0
0
0
1
1
0
Out3（）
0
1
0
1
0
1
0
Out4（）
0
0
0
0
1
0
1
表1L293D驱动器电机管脚图赋值表
液晶显示模块
液晶显示器的硬件结构
液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行操纵，有电就有显示，一样液晶显示器分类通常可按显示方式分为段式、字符式、点阵式等。
本次课题利用的液晶显示模块是属于字符型液晶显示的SMC1602A。
1602B能够显示2行16个字符，有8位数据总线D0-D7，和RS、R/W、EN三个操纵端口，工作电压为5V，而且带有字符对照度调剂和背光。
由于SMC1602A中内袋字符发生器，因此，只需要在提供该字符对应的代码，通过查询RAM地址，设定光标，即可取得相应的字符。
以以下图1八、图19是SMC1602B的实物图及尺寸图。
图18SMC1602B的实物图
图19SMC1602B封装尺寸图
液晶显示器时序操纵
以下图图20为SMC162液晶显示器时序操纵图
图20SMC1602B液晶显示器的时序操纵
4软件设计
在本次课题中，以单片机为操纵的核心模块，因此编程的设计即为本次课题的重点之一，也是智能机械车能够现实智能运作的核心所在。
如何使本次的编程设计能够把从光敏电阻传感器、红外接收器LT0038等各个传感器模块上搜集到的信号数据输入90C516AD单片机中进行处置，并产生相应的反映动作，操纵电机的运作，从而实现智能机械车的智能化运作。
以下将通过框图和说明，从整个工程构建设计思路上进行描述。
主程序编程思路框图
系统启动初始化后，小车能够进行红外遥控中，但同时扫描红外发射器，当操纵
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