基于单片机智能小车的控制设计毕业设计.docx

1、基于单片机智能小车的控制设计毕业设计密级： NANCHANG UNIVERSITY学 士 学 位 论 文（设 计）THESIS OF BACHELOR（20112015年）中文题目:基于单片机智能小车的控制设计英文题目：Based on single chip microcomputer intelligent control design of car学 院：南昌大学共青学院系 别：信息工程系专业班级：电子信息工程学生姓名：学 号：指导教师：二 一 五 年 四 月学士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外

2、，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。本人签名： 日期： 摘 要智能是21世纪发展的标志，智能产品也慢慢出现在我们的生活中。智能是结合计算机、通讯等领域实现操作简单，方便控制。其基本目标就是使机器表现出类似人类的智慧,使机器具有类似人类的智能行为。根据人类思考问题的思维通过计算机书写程序，实现按部才做。由于人工智能化的操作，使的我们的是生活越来越方便。就算我们的想象力有多丰富，但也很难想到人工智能能走多远，未来的机器的智慧将超过人类。我们可以通过书写程序指令来完成我们的

3、智能化操作。智能小车是结合单片机系统,输入相应的指令可以控制小车模型的向前走、向后走、向左转弯、向右转弯和运动时的速度显示 。电路的硬件设置包括蓝牙传感器、电机驱动电路以及控制器三个部分；总共有三方面软件设计，分别是对数据的采集、对信号的处理、对电机的控制。此设计结构简单，利用定时器中断控制信号采集频率和电机转速。通过调试和运行，实现了预定功能。关键词：人工智能化、单片机 、预定功能、电机驱动、控制自动化ABSTRACT Smart as a modern new product, is the development direction in the future. Artificial i

4、ntelligence is artificial intelligence, computer science, logic and cognitive science to form a science. Its basic aim is to make the machine showed similar to human intelligence, make the machine with similar human intelligent behavior. Simulation concept focusing on the application emersion the br

5、ain in the same task, the process and the internal state of stress mechanism must first understand the brain activity, can make through simulation show the intelligence. The achievements of artificial intelligence is enough to make people believe that the machine is becoming more and more intelligen

6、t. In todays imagination, it is hard to imagine, artificial intelligence can walk how far, how smart machine can have in the future. People, there is no reason to say, the machine cant thinking, more have no reason to deny artificial intelligence. Using single chip microcomputer technology to develo

7、p intelligent car, on the tests and automatically forward, turn around, back and other basic functions, can be applied to road safety inspection. The cars hardware mainly includes sensors and modulation circuit, dc motor and drive circuit, controller of three parts; Software design is divided into t

8、hree modules, namely the data acquisition module, signal processing module, motor control module. This design has simple structure, using the timer interrupt control signal sampling frequency and motor speed. Through debugging and running, the realization of the function of reservation Key words:Int

9、elligent, microcontroller ；sensor；dc motor；automatic；control 第一章 绪论1.1 课题的背景介绍单片机在各个领域的应用都十分广泛，单片机最明显的两个基本特征就是体积小和功耗低。目前单片机不光在通讯领域，生活电器，仪器的测量等领域用到很多，在汽车电子产品中也可以看到。研究表明，我国玩具消费水平与全国的人均收入水平相持平。新型的电子玩具正逐步代替老式的玩具市场。一组来自国内市场的数据显示，2012年玩具销售额比2010年销售总额超出百分之五十六。国外做了这样的一个统计，在圣诞节人们最喜欢的玩具中，其中有好几款玩具是电子产品做成，而电子遥控

10、车排居首位。从这些数据显示来看，电子玩具在不久的将来会占据整个玩具市场的首位。1.2 课题的研究意义课题设计是对一个小车的智能控制。该小车和我们平常的手动控制小车有所不同，它在一些部分有所加强。这款模拟小车可以以任何角度，任何速度在地面上那个行驶，改变了以往小车玩具在道路上按一定的方向，以固定的车速行驶，本次设计的小车更具有开发与研究价值。1.3 课题的研究内容用单片机技术开发智能小车，通过手机蓝牙发射与接收，操作蓝牙程序设置实现小车模型的前进、后退、左、右转弯，同时通过数码管显示小车的速度快慢等基本功能。要想实现上述的功能必需有蓝牙模块，直流电机及驱动电路组成。小车的行动离不开传感器则蓝牙的

11、发射与接收，进行手机遥控，传感器通常只能检测到很弱的信号,再和其他运放看有什么不同，对其进行改进,使其能输出兼容TTL电平，以便与控制器接口。用单片机做控制系统，通过手机蓝牙的发送数据与蓝牙接收模块数据配对，操作小车的运动情况。 第二章 系统设计的方案2.1 方案一这次设计主要是以AT89C52单片机为核心，采用合理化设计。开关按键被红外遥控器代替用来控制小车的启动和停止，这样实现小车的启动停止、左转、右转和前进后退等功能。探测电路主要利用各种传感器对电动车的避障、位置、行车状态进行测量从而实现光电检测。采用反射式红外线光电传感器检测地面的黑色胶带路，由于黑色吸收光，旁边白色反光，从而改变信号

12、。行驶的道路中有障碍物，可以先用超声波传感器来检测。光线强弱跟随，利用光敏三极管的工作原理，在有强光弱光照射下时，光敏三极管的发射端有电位发生变化。信号经LM393电压比较器和74LS14施密特触发器整形后送单片机控制。把光电三极管，安装在小车车头的左、右两个方向，用来控车子的运动方向。光电管通过接收光照的情况来判断小车的运动情况。左侧有光照是向左运动，右侧受到光照向右运动，左右两侧都得到光照是小车直线运动。2.2 方案二本次设计可以通过蓝牙远距离的控制小车的前进、后退、左转和右转.同时显示速度。本设计主要是以AT89C52单片机为核心，通过对手机界面的设置来实现其前进、后退、左转、右转、停止

13、等功能。电机的驱动通过单片机来控制，改变电机的正、反转以实现小车的前进、后退、左转、右转。通过HC-06蓝牙接收模块与手机端的蓝牙进行连接配对，来接收从手机端发送过来的动作指令。AT89C52收到手机蓝牙反馈的信心，经过分析以及数据处理，进入相应的程序来控制电机驱动，这样小车就按照指令做前进、后退、左、右转弯等动作。电源提供给单片机5V直流电。蓝牙有发射和接收模块，我们采用手机的蓝牙为发射，购买蓝牙接收模块，只要进行配对成功，就可以操作系统了。我们在做智能小车控制时，由于蓝牙模块主要是实现接收从手机端发送过来的指令，因此我们还需要从机模块。只要蓝牙模块可以配对成功就可以使用，否者无法实现通讯。

14、由于这次设计中我们只要能进行简单的通信就可以，因此选用HC-06模块比较合适。HC-06模块只对最后一次配对过的从机有记忆，并只能与该从机配对。电源为单片机和电机驱动等使用是5V直流电的器件提供电源，保障系统的正常工作。通过使用干电池给系统供电它能让系统稳定的工作，而且时钟的走时也不会受交流电的影响。但干电池的价格相对交流电而言较贵，用干电池单独供电会可能造成使用成本提高。小车在运动过程中需要减轻自身重量，因此我们采用充电干电磁供电。2.3 系统方案论证方案一 用多组光电三极管，分别在车头的左、右两个方向放置好，通过光电管接收光照强弱情况来判断左、右转弯与直线运动。由于光电三极管的灵敏度不强，

15、可控距离短，不易实现项目要求。方案二采用蓝牙设备，通过对手机界面的设置来实现前进、后退、左转、右转、停止等功能。用单片机来控制电机的驱动情况。HC-06为蓝牙接收模块，通过它与手机端的蓝牙连接配对，来接收从手机端发送过来的动作指令。这样可远程控制，灵敏度高 。 第三章 系统的硬件设计3.1 硬件介绍系统在硬件设计方面主要使用到的芯片L298N是和最小单片机AT89C52。3.1.1 L298N的介绍L298作为一种大电压、大电流电机驱动芯片。其主要特点是:（1）工作电压高，可达46V的最高工作电压，一般工作电流在2安培左右，最大时可以达到3安培。（2）内部有两个驱动器，是起到驱动直流电机和步进

16、电机的作用。（3）采用标准TTL逻辑电平信号控制，在使能端满足自身的工作电位是正常工作（4）有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分能在低电压下运行。通过电阻的变化量控制电路。LN298引脚图图3.1-1 L298N引脚图L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。可以驱动与自身匹配的电机。其引脚排列如图3.1所示1脚和15脚电阻在电路中分流，形成电流传感信号。L298中的1，2引脚可驱动1个电机，3，4引脚驱动另1个电机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。1298的逻辑功能。表1 L298N的逻辑功能ENA(B)I

17、Nl(IN3)IN2(IN4)电机运行情况HHL正转HLH反转H同IN2(IN4)同INl(IN3)快速停止LXX停止引脚说明：1、1和15和8引脚直接接。，2、4管脚VS接2.5到46的电压，它是用来驱动电机的。3、9引脚是用来给电机内部供电和L298供电。4、6和11引脚是它的使能端，只有两个全是高电平时才可以正常工作。5、5,7,10,12是298的信号输入端与单片机的IO口相连，2,3,13,14是输出端，输入5和7控制输出2和3, 输入的10,12控制输出的13,14。驱动原理图:图3.2 L298驱动原理图OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别有接两个电机。IN1、IN2、

18、IN3、IN4引脚从单片机输入控制电平，来实现对电机的正反转控制，ENA、ENB接控制使能端，来实现对电机的停转控制。L298N的逻辑功能如表3.2所示。表3.2 L298逻辑功能表IN1IN2IN3IN4左电机右电机电动车运动状态1010正转正转前行1001正转反转左转1011正转停以电机为中心左转0110反转正转右转1110停正转以电机为中心右转0101反转反转后退3.1.2 单片机AT89C52的介绍图3.1-2 AT89C2引脚图AT89C52单片机具有低功耗高性能的特点，所以在设计中得到广泛的使用。由40个引脚组成，主要包括32个外部双向输入/输出（I/O）端口，其中32个外部双向输

19、入/输出（I/O）端口内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器以及2个全双工串行通信口，STC89C52进行编程不仅可以按照常规方法进行而且也可以通过在线编程来实现。由于STC89C52单片机由微处理器和Flash存储器组成，并且具有可反复擦写的Flash存储器功能，这样可以降低开发成本。引脚中XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）接12MHz 晶振，作振荡器使用。RST（9 脚）是复位引脚通常用作为输入端口，RST（9 脚）复位电路是通过外接电阻电容来组成的；VCC（40 脚）接+5V电源， VSS（20 脚）接地或负极。P3 口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向IO口。表

20、3.3 P3口第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外中断 0）P3.3INT1（外中断 1）P3.4T0（定时计数器 0 外部输入）P3.5T1（定时计数器 1 外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）3.2 单片机智能小车系统的整体设计完成本系统的设计主要由单片机最小系统、蓝牙模块、电机驱动模块、时钟电路、晶振电路、电源、复位电路组成。图3.2 系统框图3.3 单片机智能小车系统的基本组成主要由单片机的最小系统、蓝牙模块、电机驱动模块、时钟电路、晶振电路、电源、复位电路组成。3.3.1 系

21、统电路图系统主要组成部分：主要由通过手机蓝牙发送指令 蓝牙接收模块接受指令 将接收到的指令送单片机进行处理后送电机，电机由L298N芯片来驱动通过改变电机的占空比来改变电机的速度，然后送数码进行显示。系统电路图如图3.3 系统电路图3.4系统基本组成主要由单片机、晶振电路、复位电路、蓝牙模块、数码显示电路组成。3.4.1 时钟电路时钟电路是能在AT89S52单片机工作时产生需要的时钟信号，AT89C52本身就是复杂的同步时序电路，为保证其工作方式的实现，AT89C52在唯一的时钟信号的控制下按照时序执行指令严格进行工作 ，单片机的速度和稳定性也会受到时钟频率影响。通常时钟会有两种形式：内部时钟

22、和外部时钟。本系统是采用内部时钟方式来为系统提供时钟信号。AT89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该放大器的输入输出引脚分别为XTAL1和XTAL2，它们跨接在晶体振荡器和用于微调的电容，便构成了一个自激励振荡器。电路中的C1、C2的选择应控制在30PF左右，因为电容太小也会影响到振荡的频率、稳定性和快速性。晶振频率也要控制在1.2MHZ12MHZ之间，频率越高单片机的速度就越快，但同时对存储器的速度要求就更高。因此为了提高稳定性我们采用温度稳定性较好的NPO电容，晶振频率使用为12MHZ。本次系统时钟电路设计如图3.2所示。图3.4-1时钟电路图3.4.2 复位电路在图3.

23、3 中复位开关K 被按下并松开，使端获得低电平，RST 端输出复位信号，单片机复位。或由于( VCC 加入并超过复位门限电压) 引起系统正常复位。图3.4-2 复位电路图3.4.3 蓝牙模块电路蓝牙模块是一种集成蓝牙功能的PCBA板，它可实现短距离的无线通讯，按功能可将其分为蓝牙数据模块和蓝牙语音模块这两种。蓝牙模块可以有效避免射频信号到中频信号的变换，使系统结构简单、实现简单蓝牙模块是指集成蓝牙功能的芯片基本电路集合，它用于无线网络通讯，大致可分为三大种：数据传输模块（如BLK-MD-BC04-B）远程控制模块（如BLK-MD-BC04-L）等，一般模块具有半成品的属性，是，是在芯片的基础上

24、进行过加工，以使后续应用更为简单。蓝牙模块通常也是由芯片、PCB板、外围器件构成。如BLK-MD-BC04-B蓝牙模块则有CSR BC4蓝牙芯片，MX闪存Flash焊接在4层PCB板上，同时PCB板集成2.4G印制板天线，采用印制板天线性价比高。而有些模块则会有射频功放，如BLK-MD-BC04-L远距离蓝牙模块。不同蓝牙模块由于作用和应用的不同，模块的外引管脚都会不一样作为取代数据电缆的短距离无线通信技术，蓝牙支持点对点以及点对多点的通信，以无线方式将家庭或办公室中的各种数据和语音设备连成一个微微网（Piconet），几个微微网还可以进一步实现互联，形成一个分布式网络（scatternet）

25、，从而在这些连接设备之间实现快捷而方便的通信。本文介绍蓝牙接口在嵌入式数字信号处理器OMAP5910上的实现，DSP对模拟信号进行采样，并对A/D变换后的数字信号进行处理，通过蓝牙接口传输到接收端，同样，DSP对蓝牙接收到的数字信号进行D/A变换，成为模拟信号。蓝牙信号的收发采用蓝牙模块实现。此蓝牙模块是公司最近推出的遵循蓝牙V1.1标准的无线信号收发芯片，主要特性有：具有片内数字无线处理器DRP（DigitalRadioProcessor）、数控振荡器，片内射频收发开关切换，内置ARM7嵌入式处理器等。接收信号时，收发开关置为收状态，射频信号从天线接收后，经过蓝牙收发器直接传输到基带信号处理

26、器。基带信号处理包括下变频和采样，采用零中频结构。数字信号存储在RAM（容量为32KB）中，供ARM7处理器调用和处理，ARM7将处理后的数据从编码接口输出到其他设备，信号发过程是信号收的逆过程，此外，还包括时钟和电源管理模块以及多个通用I/O口，供不同的外设使用。的主机接口可以提供双工的通用串口，可以方便地和PC机的RS232通信，也可以和DSP的缓冲串口通信。3.4.4 数码显示电路数码管也可以叫做LED数码管，只是不同行业人士对它的称呼不同而已，但这都是同样的产品。数码管按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多了一个发光二极管单元，也就是多一个小数点（DP）这个小数点

27、可以更精确的表示数码管想要显示的内容；按能显示多少个（8）可分为1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等数码管。如果按发光二极管的单元连接方式又可分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳极数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时需要将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极是低电平时，相应的字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应的字段就会点亮，当某一字

28、段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。图3.4-4 数码显示的电路第四章 系统的软件设计4.1 系统主程序流程图在这次设计中，主程序是通过单片机控制下再通过对蓝牙模块输入的信息进行存储分析，从而来控制电机驱动，以实现控制小车的前进、后退、左转、右转的目的。在这个过程中，单片机首先进行初始化，对单片机各个端口的方向设置，各个变量的初始化，以及对单片机振荡频率的校准。单片机定时对蓝牙模块串口读数据并对读出的数据进行分析，读出的数据如果为A、B、C、D就和小车的前进、后退、左转、右转相对应。小车硬件系统软件设计的流程图如图4.1所示。4.2蓝牙通讯模块模块本程序是在Android 21系统上完成，所用

29、到的开发工具为Eclipse集成开发环境，Eclipse是世界著名跨平台的自由集成开发环境(IDE)。最初主要用来Java语言开发，但是现在也有人通过插件使它成为其他计算机语言比如C+、Python和Android的开发工具，要是开发软件能在这个开发环境下进行是非常的方便的。首先对本系统手机端软件的程序界面设计好，为了达到尽快实现程序功能的目的，本程序没有特别美化的在软件界面做好设计，只包含我们需要用到的几个按钮和图形显示，以最大目标实现我们的功能。下面介绍Android相关资源文件的作用：1、assets文件夹：此文件夹也可以存放资源文件，而且/assets目录下的资源文件不会在R.java

30、自动生成ID，所以必须在指定文件的路径下读取/assets目录下的文件。在这之外，我们还可以通过AssetManager对这些文件进行访问。在打开文件时，会把apk文件当做zip文件进行解压读取。但会受到文件大小的限制：不能超过1M。2、res文件夹：它的作用是用来存放资源。在这个文件夹下还可以对子文件的创建，常见的有：动画anim，图片drawable，颜色color,菜单menu,布局layout，常量值values，详细如下：（1）anim文件夹：后缀名为.xml。一些动画文件也都存放在这里。（2）drawable文件夹:主要对图片资源以及图片或者xml进行存放。图片的格式有png，9.

31、png，jpg,gif都可以。xml文件通常是自定义的形状shape或图片选择器类selector似的东西，就是在不同状态下显示不同的图片，是用来对background设置的。如果要笼统的把分辨率划分的话，可以划分为高中低三种。（3）color文件夹：它可以用来存放color列表，它和drawable的xml一样，指在不同状态下的不同颜色。（4）menu文件夹：指菜单资源文件夹。（5）layout文件夹：布局文件夹。这个文件夹的名字也是可以起到屏幕适配的功能。横竖屏：layout-land|port；分辨率：layout-1280x720（6）values文件夹：用于对常量值的存放。常见的xml文件为：arrays.xml：资源数组；colors.xml:颜色值；dimens.xml：像素值；strings.xml：字符串值；tyles.xml：样式值。此文件夹，也有屏幕适配作用。比如：dimens在不同分辨率下的值。同样的是加-1280x720这样的后缀。对于strings，有多种语言的版本来对应。默认为