简易智能电动车单片机期末课程设计.docx
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简易智能电动车单片机期末课程设计
第1节引言……………………………………………………………………………3
1.1简易智能电动车概述…………………………………………………………3
1.2本设计任务和主要内容………………………………………………………4
第2节系统主要硬件电路设计………………………………………………………5
2.1单片机控制系统原理…………………………………………………………5
2.2单片机主机系统电路…………………………………………………………5
2.2.1电动机驱动模块………………………………………………………5
2.2.2路面检测模块…………………………………………………………6
2.2.3车速检测模块…………………………………………………………7
2.2.4光源检测模块…………………………………………………………8
2.3液晶显示模块…………………………………………………………………8
2.4电源模块………………………………………………………………………9
第3节系统软件设计…………………………………………………………………10
3.1系统主程序设计………………………………………………………………10
3.2避障功能程序设计……………………………………………………………12
3.3速度控制程序设计……………………………………………………………15
3.4中断服务程序设计……………………………………………………………16
第4节总结……………………………………………………………………………22
参考文献…………………………………………………………………………………23
基于单片机的简易智能电动车
第1节引言
随着科学技术的进步，智能化和自动化技术越来越普及，各种高科技也广泛应用于机器人玩具制造领域，使智能机器人越来越多样化。
智能机器人是一个多种高新技术的集成体，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等许多学科的知识，涉及到当今许多前沿领域的技术。
而智能电动车正是智能机器人的一种。
智能电动车作为工科大学生课程设计课题，也具有不可估量的实际意义。
本课题为具有较强动手能力与设计基础的大学毕业生准备。
通过此课题使学生受到较全面的电子应用系统设计和应用研究的工程训练。
进一步培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和技能，提高分析与解决实际问题的能力和初步科学研究的能力。
1.1简易智能电动车概述
本设计是基于自动控制的原理，针对多通道多样化传感器综合控制；采用PWM技术动态控制电机的转速和转向；利用继电器接触电阻基本为零来提高电机的运行能力；通过断续式光电开关、反射式红外传感器、金属探测传感器以及光电三极管分别对路面黑线、障碍物、金属薄片和光源进行检测。
以此为基本框架，结合建立在嵌入式操作系统MiniOS上的优化软件算法，实现了具有一定自适应能力的电动车。
另外，由于采用了双CPU结构，使用系统资源相当丰富，便于发挥。
LCD实时动态显示行驶时间等相关信息以及语音实时播报，使得本设计更趋智能、人性化。
1.2本设计任务和主要内容
本论文主要研究单片机控制简易智能电动车，其行驶路线示意图如图1-1所示
图1-1
主要内容如下：
①电动车从起跑线出发，沿引导线到达B点。
在直道区铺设的白纸下沿引导线埋有1~3块宽度为15cm、长度不等的薄铁片。
电动车检测到薄铁片时需立即发出声光指示信息，并实时存储、显示在“真道区”检测到的江铁片数目。
②电动车到达B点以后进入弯道区，沿圆弧引导线到达C点。
C点下埋有边长为15cm的正方形薄铁片，要求电动车到达C点检测到薄铁片后在C点处停5s,停车期间发出断续的声光信息。
③电动车在光源的引导下，通过障碍区进入停车区并到达车库。
电动车必须在两个障碍物之间通过且不得与其接触。
④电动车完成上述任务后应立即停车，但全程行驶时间不能大于90s,行驶时间达到90s必须立即自动停车。
第2节系统主要硬件电路设计
2.1单片机控制系统原理
图2-1单片机控制系统原理框图
2．2单片机主机系统电路
综合以上的理论分析和方案论证可初步得出系统的基本硬件结构，再结合SPCE061A单片机的控制，即可构成本系统。
本系统整体框图如图2-2所示
图2-2单片机主机系统图
2.2.1电动机驱动模块
如图2-3所示，单片机输出两路PWM波控制继电器的开关。
当Q1、Q3有基极电压为高电平，Q2、Q4的基电极电压为低电平时，K2、K4闭合，K1、K3断开，电动机均为正转；当Q1、Q3有基极电压为低电平，Q2、Q4的基电极电压为高电平时，K2、K4断开，K1、K3闭合，电动机均为反转。
同理，可实现左边电动机正转，右边电动机反转，或者左边电动机反转，右边电动机正转的工作状况。
由于使用的小车是通过控制两边电机的转速差来控制转向的，因此在以上的4种电机工作状态下可方便地实现拐弯、曲线、行驶方向校正、倒车等多种行驶方式。
对于两路PWM的控制，采用40Hz的周期信号进行控制，通过调节其占空比可达到16档速度调节，足以满足车速调整的需要。
图2-3
2.2.2路面检测模块
路面检测包括红外检测方式和光电检测方式，分别采用反射式红外发射-接收管ST168和断续式光电开关E3F-DS10C4,具体电路图如图2-4和图2-5所示。
反射式红外发射管发射红外线信号，经反射后被接收管接收；再通过比较环节后，由单片机I/O口将检测到的开关信号送到单片机进行识别，从而发出相应的控制指令。
在车前端安装两个光电开关，其中一个用于检测车库黑线，通过单片机IOB2口检测到的下跳沿通知单片机发出停车指令；另一个用于前端障碍物检测，调节成较高的灵敏度，使其避免与障碍物发生碰撞。
图2-4光电检测方式
图2-5红外检测方式
2.2.3车速检测模块
如图2-6所示，左右部分电路与路面检测模块的红外方式相同。
由于在实际的测量过程中，通过LM319比较器出来的脉冲波型的上跳沿中含有较大的尖刺杂波，对单片机的计数造成很大干扰，因此在后面加了由积分电路和比较电路构成的迟滞环节来解决此干扰问题。
经实际测试此电路能有效地除去干扰，使得通过单片机计数后，利用软件算法得出的金属离起跑点的距离更加准确。
图2-６
2.2.4光源检测模块
如图２-７所示，利用光电三极管2CU79A的光电特性，通过比较器LM319的门限电压作用，不断调节其识别灵敏度，从而得到寻光信号，最终由单片机识别后发出相应的指令，进而完成寻光前进的功能。
图2-7
2.3液晶显示模块
如图2-8所示。
液晶上要显示的数据通过移位寄存器74HC164,将SPCE061A中SIO串行端口发送来的数据转换成并行数据输入到LCD_204显示。
这样可节约单片机的I/O资源。
由于液晶动态显示功能强大，可以实现欢迎信息、金属个数显示、C点停车时间、全程运行行驶时间的动态切换显示，提供了一个友好的用户界面，使得本设计更加直观，更趋智能化，人性化。
图2-8
2．4电源模块
如图2-9所示，采用的低压差线性可调稳压集成芯片EZ1085CM引脚封装类似于普通的集成稳压块CW78XX系列的产品。
调节R25和R26的电阻值之比。
即可实现对输出电压的调节。
具体关系中假设输出电压为Vout,输入电压为Vin，１脚输出电压为基准比较电压Vref，则：
Vout=Vref（1+R25/R26）
由于Vref＝1.25V，而取R25=390
，R26=120
，通过计算理论上Vout=5.3125V。
而实际通过测量，当输入端电压Vin在7.0V左右时，Vout均可满足在2.5V电压以上，输出电流完全满足电机的需要。
经实际测试，加入稳压电路后，小车电机的性能受电源的影响大大减小。
图2-9
第3节系统的软件设计
主程序流程图如图3-1所示。
避障功能模块流程见图3-2所示。
速度控制流程图见图3-3所示。
中断服务程序流程见图3-4所示。
3.1系统主程序设计
图3-1
MAIN:
MOVSP,60H
MOV40H,#00H
MOV41H,#00H
MOV42H,#00H
MOV43H,#00H
MOV60H,#00H
;ACALLBCD
;ACALLDISP
;MOV40H,50H
CLRP3.7
SS1:
JBP3.7,SS1
;SETBP3.7
SS2:
JNBP3.7,SS2
MOV40H,60H
MOVA,40H
ADDA,#01H
;INC40H
;MOVA,40H
DAA
MOV40H,A
MOV41H,#00H
MOV42H,#00H
MOV43H,#00H
MOV60H,40H
ACALLBCD
ACALLDISP
;ACALLDELAY1S
CLRP3.7
AJMPSS1
DISP:
MOVSCON,#00H
MOVR0,#40H
MOVR2,#04H
L00C9:
MOVSBUF,@R0
L00CB:
JNBTI,$
CLRTI
INCR0
DJNZR2,L00C9
RET
BCD:
MOVR0,#40H
MOVR2,#04H
MOVDPTR,#TABL
TAB:
MOVA,@R0
MOVCA,@A+DPTR
MOV@R0,A
INCR0
DJNZR2,TAB
RET
TABL:
DB0C0H
DB0F9H
DB0A4H
DB0B0H
DB99H
DB92H
DB82H
DB0F8H
DB80H
DB90H
3.2避障功能程序设计
图3-2
MAIN:
MOVP1,#0FFH
ACALLDELAY1S
SS:
CLRP1.0
NOP
DD1:
JNBP3.6,DD1
SETBP1.0
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
;ACALLDELAY
CLRP1.1
ACALLDELAY5S
SETBP1.1
CLRP1.0
CLRP1.3
ACALLDELAY5S
ACALLDELAY5S
ACALLDELAY5S
MOVP1,#0FFH
AJMPSS
DD3:
JNBP3.6,DD3
SETBP1.0
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
CLRP1.1
ACALLDELAY5S
SETBP1.1
CLRP1.2
CLRP1.0
ACALLDELAY5S
MOVP1,#0FFH
AJMPDD2
DELAY1S:
MOVR3,#50
D1:
MOVR4,#20
D2:
MOVR5,248
DJNZR5,$
DJNZR4,D2
DJNZR3,D1
RET
DELAY5S:
MOVR3,#5
D3:
MOVR4,#20
D4:
MOVR5,248
DJNZR5,$
DJNZR4,D4
DJNZR3,D3
RET
DELAY:
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
RET
DD2:
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
END
3.3速度控制程序设计
图3-3
MAIN:
MOVP1,#0FFH
ACALLDELAY1S
CLRP1.0
CC1:
JNBP3.5,CC2
CLRP1.2
AJMPCC1
CC2:
JNBP3.4,CC3
CLRP1.3
AJMPCC2
CC3:
AJMPCC1
DELAY1S:
MOVR3,#50
D1:
MOVR4,#20
D2:
MOVR5,248
DJNZR5,$
DJNZR4,D2
DJNZR3,D1
RET
3.4中断服务程序设计
图3-4
MAIN:
;MOVTMOD,#50H
;MOVTH1,#00H
;MOVTH0,#00H
MOVP1,#0FFH
ACALLDELAY1S
CLRP1.0
;AJMPLINE
MOV40H,#00H
MOV41H,#00H
MOV42H,#00H
MOV43H,#00H
MOV50H,40H
ACALLBCD
ACALLDISP
MOV40H,50H
;GOFORWARD
SS1:
JBP3.7,SS0
ACALLMEATAL
AJMPSS1
SS0:
JNBP3.3,SS2;LINE
AJMPLINE;SS2
SS2:
JNBP3.5,SS3
AJMPGUAIWAN
SS3:
AJMPSS1
MEATAL:
DD1:
JNBP3.7,DD1
MOV40H,50H
MOVA,40H
ADDA,#01H
;INC40H
;MOVA,40H
DAA
MOV40H,A
MOV41H,#00H
MOV42H,#00H
MOV43H,#00H
MOV50H,40H
ACALLBCD
ACALLDISP
;ACALLDELAY1S
MOV40H,50H
AJMPSS1
DISP:
MOVSCON,#00H
MOVR0,#40H
MOVR2,#04H
L00C9:
MOVSBUF,@R0
L00CB:
JNBTI,$
CLRTI
INCR0
DJNZR2,L00C9
RET
BCD:
MOVR0,#40H
MOVR2,#04H
MOVDPTR,#TABL
TAB:
MOVA,@R0
MOVCA,@A+DPTR
MOV@R0,A
INCR0
DJNZR2,TAB
RET
TABL:
DB0C0H
DB0F9H
DB0A4H
DB0B0H
DB99H
DB92H
DB82H
DB0F8H
DB80H
DB90H
LINE:
SETBP1.1
SETBP1.2
SETBP1.3
NOP
CLRP1.0
;REJUD:
;JBP3.3,CONTR
JBP3.5,GUAIWAN
;AJMPREJUD
CONTR:
CLRP1.3
ACALLDELAY9S
JBP3.5,GUAIWAN
SETBP1.3
NOP
JBP3.5,GUAIWAN
NOP
NOP
JBP3.5,GUAIWAN
NOP
NOP
NOP
CLRP1.2
ACALLDELAY8S
JBP3.5,GUAIWAN
SETBP1.2
JBP3.5,GUAIWAN
;AJMPREJUD
AJMPSS1
GUAIWAN:
CLRP1.0
CLRP1.2
ACALLDELAY6S
SETBP1.2
ACALLDELAY1S
CLRP1.2
ACALLDELAY6S
setbp1.2
ee1:
JBP3.7,ee1
SETBP1.0
acallDELAY
clrp1.1
acallDELAY25S
MOVP1,#0FFH
ACALLDELAY1S
ACALLDELAY1S
ACALLDELAY1S
ACALLDELAY1S
ACALLDELAY1S
CLRP1.0
FF1:
JNBP3.6,FF1
MOVP1,#0FFH
ACALLDELAY
CLRP1.1
ACALLDELAY1S
ACALLDELAY5S
SETBP1.1
ACALLDELAY1S
CLRP1.0
CLRP1.2
ACALLDELAY1S
ACALLDELAY5S
ACALLDELAY25S
SETBP1.2
ACALLDELAY
CLRP1.3
acallDELAY1S
SETBP1.3
ACALLDELAY1S
ACALLDELAY5S
GG1:
SETBP1.0
ACALLDELAY
JNBP3.4,GG2
CLRP1.0
ACALLDELAY1S
ACALLDELAY1S
AJMPQQ
GG2:
CLRP1.0
ACALLDELAY
CLRP1.3
ACALLDELAY5S
SETBP1.0
ACALLDELAY25S
AJMPGG1
QQ:
MOVP1,#0FFH
END
总结
由于SPCE061A的时钟最高可达49MHz，32个I/O口，而且具有一定的语音处理功能等，这些都为实现电路提供了非常便利的条件。
（1）量程的切换，一般情况会采用模拟开关或继电器开关来控制，在这里只需要几个I/O口即可实现该功能，不需要外加任何电路，控制简单，节省成本；
（2）SPCE061A有丰富的时基中断，可采用2Hz实现定时1～2s，程序简单而且精度高；
（3）SPCE061A定时器可采用外部时钟源计数，为计算振荡电路产生频率提供了便利，而且计算精度较高，控制简单；
（4）SPCE061A具有语音处理功能，可以非常轻松地加入语音播报功能，使整个设计更加智能；
（5）SPCE061A具有看门狗的功能，避免出现“死机”现象。
该设计也有很多不足之处，可以根据自己的需求加以完善，如采用标准电阻、电容和电感进行校准，提高测量精度等。
参考文献
[1]《MCS－51系列单片机及其应用》孙育才东南大学出版社
[2]《电动机的单片机控制》王晓明北京航空航天大学出版社
[3]《单片机应用系统设计》何立民北京航空航天大学出版社
[4]《流行单片机使用子程序机应用实例》杨振江杜铁军李群西安电子科技大学出版社
[5]《使用遥控技术手册》苏长赞人民邮电出版社
总体评价
得分
选题不错,但格式欠规范,图注没文字信息,态度欠端正
14
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