基于单片机的多功能智能小车设计论文.docx
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基于单片机的多功能智能小车设计论文
毕业设计（论文）
课题名称基于单片机智能小车设计
学生姓名
学号
系、年级专业
指导教师
职称
摘要
智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等等的用途。
智能电动车就是其中的一个体现。
本次设计的简易智能电动车，采用AT89S52单片机作为小车的检测和控制核心；采用金属感应器TL-Q5MC来检测路上感应到的铁片，从而把反馈到的信号送单片机，使单片机按照预定的工作模式控制小车在各区域按预定的速度行驶，并且单片机选择的工作模式不同也可控制小车顺着S形铁片行驶；采用霍尔元件A44E检测小车行驶速度；采用1602LCD实时显示小车行驶的时间，小车停止行驶后，轮流显示小车行驶时间、行驶距离、平均速度以及各速度区行驶的时间。
本设计结构简单，较容易实现，但具有高度的智能化、人性化，一定程度体现了智能。
关键词：
智能车；AT89S52；单片机；金属感应器；霍尔元件；1602LCD
ABSTRACT
Smartasamoderninvention,thedirectionofdevelopmentinthefuture,hecaninanenvironmentwhereautomaticoperationinaccordancewiththepre-setpattern,nohumanmanagementcanbeappliedtotheuseofscientificexploration.Smartelectriccarisoneofexpression.Thesimplicityofthedesignofintelligentelectriccar,usingAT89S52MCUcoreasthedetectionandcontrolofthecar;metalsensorTL-Q5MCtodetectthewaythesensortotheironplates,sothatthefeedbacksignaltosendtothemicrocontroller,sothatmicrocontrollerinaccordancewithpredeterminedoperatingmodetocontrolthecartravelingintheregionsaccordingtoapredeterminedspeed,andtheoperatingmodeselectedbythemicrocontrollertocontrolthecartravelingalongtheS-shapedironplates;HallelementA44Edetectcarspeed;using1602LCDreal-timedisplaycartravelingcartostopdriving,taketurnstocartraveltime,traveldistance,averagespeedandvelocityzonetravelingtime.Thisdesignissimple,moreeasytoimplement,butarehighlyintelligent,humane,tosomeextentreflectstheintelligent.
Keywords:
smartcar;AT89S52is;microcontroller;metalsensors;Hallelement;1602LCD
摘要Ⅰ
ABSTRACTⅡ
第1章设计任务1
1.1要求1
第二章方案比较与选择2
2.1路面检测模块2
2.2LCD显示模块3
2.3测速模块3
2.4控速模块3
2.5模式选择模块4
第3章程序框图5
第4章系统的具体设计与实现7
4.1路面检测模块7
4.2LCD显示模块7
4.3测速模块7
4.4控速模块7
4.5复位电路模块7
4.6模式选择模块8
第5章最小系统图8
第6章最终PCB板图10
总结12
参考文献13
致谢14
附录15
1设计任务
设计并制作了一个智能电动车，其行驶路线满足所需的要求。
1.1要求
1.1.1基本要求
（1）分区控制：
如（图1）所示：
1.1
车辆从起跑线出发（出发前，车体不得超出起跑线）。
在第一个路程C~D区（3～6米）以低速行驶，通过时间不低于10s；第二个路程D～E区（2米）以高速行驶，通过时间不得多于4秒；第三个路程E~F区（3～6米）以低速行驶，通过时间不低于10s。
（2）小车能自动记录、显示行驶时间、行驶距离以及行驶速度，还能记录每段所走的时间，从而判断是否符合课程设计要求。
（记录显示装置要求安装在车上）。
1.1.2发挥部分
S型控制：
如（图2）所示：
（图2）
车辆沿着S形铁片行驶，自动转弯，自动寻找正确方向和铁片。
当离开S型铁片跑道或者感应不到铁片一段时间的时候，小车自动停止，并记录行驶时间，路程，平均速度并通过LCD显示出来。
第2章方案比较与选择
根据设计任务要求，并且根据我们自己的需要而附加的功能，该电路的总体框图可分为几个基本的模块，框图如（图3）所示：
（图3）
2.1路面检测模块
采用铁片感应器TL-Q5MC来检测路面上的铁片从而给单片机中断脉冲。
原理图接线如（图4）所示：
（图4）
2.2LCD显示模块
采用1602LCD，由单片机的总线模式连接。
为节约电源电量并且不影响LCD的功能，LCD的背光用单片机进行控制，使LCD的背光在小车行驶的过程中不亮，因为我们不必看其显示；在其它我们需要看显示的内容的时候LCD背光亮。
2.3测速模块
2.3.1方案1
采用采用霍尔开关元器件A44E检测轮子上的小磁铁从而给单片机中断脉冲，达到测量速度的作用。
霍尔元件具有体积小，频率响应宽度大，动态特性好，对外围电路要求简单，使用寿命长，价格低廉等特点，电源要求不高，安装也较为方便。
霍尔开关只对一定强度的磁场起作用，抗干扰能力强，因此可以在车轮上安装小磁铁，而将霍尔器件安装在固定轴上，通过对脉冲的计数进行车速测量。
2.3.2方案2
采用红外传感器进行测速。
但无论是反射式红外传感器还是对射式红外传感器，他们对都对外围环境要求较高，易受外部环境的影响，稳定性不高，且价格较为昂贵。
通过对方案1、方案2的比较其优缺点，综合多方面因素决定选用方案1，其原理图接线如（图5）所示：
（图5）
2.4控速模块：
2.4.1方案1
使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，成本低，加速能力强，但功率损耗大，特别是低速大转距运行时，通过电阻R的电流大，发热厉害，损耗大，对于小车的长时间运行不利。
2.4.2方案2
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。
2.4.3方案3
采用由双极性管组成的H桥电路。
用单片机控制晶体管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电机转速。
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桥电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也很高，是一种广泛采用的调速技术。
综合3种方案的优缺点，决定选择方案3，其电路原理图如（图6）所示：
（图6）
2.5模式选择模块
模式选择模块通过一个74LS00与非门和两个不带锁按钮来控制单片机单片机的两个中断口，从而按动按钮来选择小车走动的路型、来选择小车的速度是快速、中速、慢速；走完路程小车停止后还可以通过按钮选择想要在LCD上想看的信息，比如总时间、走过各段路程的时间、平均速度、总路程等。
小车走动的模式选择有：
（1）直线型：
满足设计任务的基本要求，能稳定的走完全程。
之后按顺序循环不断的显示走完全程所用的时间、走完高速区所用的时间和走完低速区所用的时间这三个时间；或者可以通过两个按钮以及LCD显示的菜单选择所要看的内容如平均速度、全程距离以及那三个时间。
（2）S型：
满足设计任务的发挥部分的要求，小车能自动的感应到在前面或在后面铁片，即第一次转弯后若感应到的是错误的方向，则小车会后退自动调整方向，沿着S型的铁片走。
当走完S型铁片后的一定时间里，小车自动停止。
之后自动进入菜单由我们自己选择要看的内容时间、平均速度和所走的距离。
（3）自动型：
小车先以一定的速度走完全程，之后再以一定的速度倒退回起点，再调整速度在一定的时间内走完全程。
走完后LCD显示的内容与直线型显示的内容一样。
第3章程序框图：
单片机主程序框图、速度感应程序框图和铁片感应程序框图分别如（图7）所示。
（图7）
第4章系统的硬件设计与实现
4.1路面检测模块
应用一个金属感应器，安装在车盘下，离地略小于或约四毫米。
当金属传感器检测到铁片时将对单片机发送中断信号，单片机运行中断，改变输给电机驱动信号的电压占空比来控制小车的速度。
4.2LCD显示模块
采用1602LCD，由单片机的总线模式连接。
为节约电源，LCD的背光用单片机进行控制。
4.3测速模块
通过霍尔元件感应磁铁来产生脉冲（当霍尔元件在离磁场较近时输出会是高电平，其它时候是低电平），一个车轮均匀放四个小磁铁，计算一秒所得的脉冲数，从而计算出一秒小车轮子转动圈数，再测量出小车车轮周长即可计算出小车当前速度，累加可得到当前路程。
4.4控速模块
考虑到元器件的缺少以及我们所用的电路的驱动电机的电路原理图和和小车自带的电路的电机驱动原理图一样，所以暂时使用小车自带的电机驱动电路图。
4.5复位电路模块
单片机的复位电路通过手动来实现，复位电路图如（图8）所示。
（图8）
4.6模式选择模块：
两个中断口使用和感应铁片、感应速度所使用的中断口一样，通过一个与非门和按钮控制。
原理图如（图9）所示：
（图9）
第5章最小系统图
该系统主要用到的是单片机，所以主要的部分是最小系统图，该最小系统图如（图10）所示：
第6章系统调试与仿真
该最小系统的最终PCB板图（包括LCD接口以及其他的外部扩展电路部分，考虑到最小系统的简洁以及容易看懂，外部扩展电路不在最小系统图上显示。
）分别如（图11）、（图12）所示：
（图11）
（图12）
参考文献
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北京航空航天大学出版社.2003
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[8]王为青.单片机KeilCx51应用开发技术.人民邮电出版社,2007.
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[14]许惠民单片微型计算机原理、接口及应用［M］北京北京邮电出版社，2000年
[15]康华光电子技术基础［M］北京高等教育出版社，2001年
[16]孙传友测控电路及装置北京航空航天出版社，2002年
[17]华成英童诗白模拟电子技术基础第四版高等教育出版社2006年
[18]Maxim．DS1629datareleasebook［Z］．2002．
附录
附录A
元件清单：
元件
数量
AT89S52单片机
1片
霍尔元件A44E
1个
铁片感应器TL-Q5MC
1个
1602LCD
1片
小车
1部
小磁铁片
4片
发光二极管
2个
带锁按钮
2个
不带锁按钮
3个
12MHz晶振
1个
排阻510
1个
74ls00
2个
16位排线
1条
排针
若干
电阻
若干
电容
若干
导线
若干
附录B
按照预定的功能，系统实现预定的功能的程序如下所示：
#include
#include
/********************************************************************************\
**宏定义区**
\********************************************************************************/
/*-------------------------------LCD模块------------------------------------*/
#defineLCD_RWP2_6//读写控制端
#defineLCD_RSP2_7//数据命令选择端
#defineLCD_EP2_5//执行使能端
#defineLCD_DataP1//P1口
#defineWrite0x00//低电平写入
#defineRead0x01//高电平读出
#defineData0x01//高电平选择数据
#defineCmd0x00//低电平选择命令
#defineEnable0x00//跃变到低电平时执行命令
#defineDisable0x01
#defineTrue0x01
#defineFalse0x00
#defineLCD_Init0x38//初始化模式
#defineLCD_DispCtr0x0C//开显示及光标设置
#defineLCD_CloseCtr0x08//关显示
#defineLCD_CLS0x01//清屏幕
#defineLCD_EnterSet0x06//显示光标
#defineBusyP1_7//忙信号
/*--------------------------测速/测距/测时模块-------------------------------*/
#defineCircleLength0.132//小车转一轮的长度为.132m
/*--------------------------------控速模块-----------------------------------*/
#defineP03P0_3//后电机
#defineP04P0_4//后电机
#defineP01P0_1//前电机
#defineP02P0_2//前电机
#defineP31P0_5//控制液晶背光
#defineP33P3_3
/*------------------------------菜单选择模块---------------------------------*/
#defineLine0x00//0代表直线模式
#defineCurve0x01//1代表S型模式
#defineNormal0x00//0代表正常速度
#defineLow0x01//1代表低速
#defineHigh0x02//2代表高速
/*********************************************************************************\
**全局函数声明区**
\*********************************************************************************/
/*-------------------------------LCD模块-------------------------------------*/
voidLCDInit（void）;//LCD初始化
voidSetWriteCmd（void）;//设置写命令模式
voidSetReadCmd（void）;//设置读命令模式
voidSetWriteData（void）;//设置写数据模式
voidWriteCmd（charcmd）;//写命令
voidWriteData（charddata）;//写数据
voidExecuteCmd（void）;//执行命令
voidSetXY（charx,chary）;//定位显示地址
voidDisplaySingleChar（charx,chary,charcchar）;//显示单个字符
voidDisplayString（charx,chary,char*str）;//显示一段字符串
voidDelay（unsignedinttime）;//延时主程序
voidDelayUs（unsignedinttime）;//延时子程序
bitIsBusy（void）;//判断忙标志函数
voidDisplayTime（void）;//显示时间
voidDisplayAVGSpeed（void）;//显示平均速度
voidDisplayDistance（void）;//显示路程
/*--------------------------测速/测距/测时模块-------------------------------*/
voidINTInit（void）;//所有中断初始化
voidSpeedINT（void）;//测速中断
voidComputeTime（void）;
voidComputeSpeedANDDistance（void）;//计算速度和距离
/*--------------------------------控速模块-----------------------------------*/
voidCtrSpeedINT（void）;//控速中断
voidTime0INT（void）;
voidTime1INT（void）;//控速单位时间中断
voidClock0_Init（void）;//时钟中断初始化
voidClock1_Init（void）;//时钟中断初始化
voidCtrSpeed（void）;
/********************************************************************************\
**全局变量区**
\********************************************************************************/
floatSpeedCount=0;//测速计数脉冲
floatSpeed=0.0;
floatDistance=0.0;
charTime1INTCount=0;//T1中断时间计时
floatPassTime=0.00;//小车行走的时间
shortIsT0INT=1;
bitIsT1INT;//判断T1是否已经响应中断
shortIsT0INT2=1;
charThx[5]={0xf4,0xf4,0xc5,0xf4,0xff};//3ms,3ms,15ms,3ms
charTlx[5]={0x48,0x48,0x68,0x48,0xff};
charThx0=0xd8;
charTlx0=0xf0;
charThx1=0xb1;//20ms
charTlx1=0xe0;
shortRound=0;
shortBack=0;
shortBack0=0;
bitBackid;
bitStop=0;
charArea0=0;
charArea1=0;//区域变量
charLowSpeedArea1StartTime;
charLowSpeedArea1EndTime;
charHighSpeedAreaEndTime;
charLowSpeedArea2EndTime;
charLowSpeedArea1PassTime=0;//第一个低速区通过时间
charHighSpeedAreaPassTime=0;//高速区通过时间
charLowSpeedArea2PassTime=0;//第二个低速区通过时间
charReadyToGo=4;//倒计时
charflag;
bitRoundid=0;
charNocurve=0;
charChangeFlag;
charMode;
bitRunning;
bitSelectedAll;//模式和速度是否选择完毕标志
bitIsSelectingMode;
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