单片机课程设计报告-智能小车

大连民族学院2012级通信工程专业单片机系统课程设计报告信息与通信工程学院单片机系统课程设计报告完成日期：2014年12月8日系：通信工程系专业：通信工程班级：通信工程124班设计题目：智能小车学生姓名：张歆迪赵京京指导教师：吴宝春大连民族学院2012级通信工程专业单片机系统课程设计报告1摘要本设计主要应用STC89C52作为控制核心,与驱动电路相结合,充分发挥STC89C52的数据处理和实时控制功能,使系统工作处于最佳状态,提高系统的灵敏度。当小车前进时，单片机执行循迹程序，红外传感器开始检测路面黑线情况，单片机根据反馈信号作出判断送给电机驱动模块，控制小车让其在黑线上实现前进后退以及转向功能。或者通过超声波模块检测前方一定范围内是否有障碍物，单片机再根据反馈信号作出判断送给驱动模块，控制小车的转弯和避障。关键词：单片机循迹避障STC89C52大连民族学院2012级通信工程专业单片机系统课程设计报告2目录摘要..............................................................11设计任务和要求......................................................11.1设计背景........................................................11.2设计任务........................................................12设计方案............................................................22.1驱动模块........................................................22.2路面探测模块....................................................22.3避障模块........................................................32.4本设计采用方案及原理............................................32.4.1模块清单.....................................................43系统硬件设计........................................................53.1单片机最小系统设计..............................................53.1.1控制器模块...................................................53.2电源电路设计....................................................53.3电机驱动模块....................................................53.3.1引脚说明.....................................................63.3.2硬件连接.....................................................73.4避障模块........................................................73.4.1引脚说明.....................................................73.4.2超声波测距原理图及说明.......................................83.4.3超声波传感器时序图...........................................83.5红外探测模块....................................................93.5.1引脚说明.....................................................93.5.2检测原理.....................................................93.5.3原理图说明..................................................104系统软件设计.......................................................114.1主程序设计.....................................................114.2循迹子程序.....................................................114.3避障部分程序设计...............................................12大连民族学院2012级通信工程专业单片机系统课程设计报告34.4脉宽调制PWM在小车中的应用.....................................135调试及性能分析.....................................................145.1调试过程中出现的问题...........................................145.2性能分析.......................................................146心得体会...........................................................15致谢.............................................................17参考文献..........................................................18附录1程序清单......................................................191.1前进、后退、加速减速程序.......................................191.2循迹程序.......................................................261.3避障程序.......................................................30附录2电路原理图....................................................37附录3PCB图.........................................................39附录4硬件电路板图..................................................40大连民族学院2012级通信工程专业单片机系统课程设计报告11设计任务和要求1.1设计背景随着汽车工业的快速发展，关于汽车的研究也越来越受到人们的关注。从20世纪70年代，美欧等发达国家开始进行无人驾驶汽车的研究，我国从上世纪80年代开始着手无人驾驶汽车的研制开发，虽与国外相比还有一些距离，但目前也取得了阶段性成果。智能汽车概念的提出给汽车产业带来机遇也带来挑战。汽车的智能化必将是未来汽车产业发展的趋势，在这样的背景下，我们开展了基于单片机的智能小车的研究。我国作为一个世界大国，在高科技领域也必须占据一席之地，未来汽车的智能化是汽车产业发展必然的结果，在这种情况下研究智能小车的应用具有深远意义，这将对我国未来智能汽车的研究在世界高科技领域占据领先地位具有重要作用。该设计利用单片机STC89C52RC作为主控芯片，该芯片是一种高速、低功耗、抗干扰能力强的芯片，其最高时钟工作频率为48MHz，用户应用程序空间为8K。能够满足程序空间需要。本课题通过独立设计并制作一辆具有简单智能化的简易小车，获得项目整体设计的能力，并掌握传感器综合控制的方法。1.2设计任务利用单片机设计制作一个可以通过键盘控制前进后退转向以及自动避障和自动循迹的智能小车。大连民族学院2012级通信工程专业单片机系统课程设计报告22设计方案按照系统功能的要求，简易智能车系统可划分为控制部分和信号检测部分。其中信号检测部分包括障碍物探测模块、路面检测模块；控制部分包括电机驱动模块、控制器模块。控制部分和信号检测部分以及电源部分共5个模块。主控模块采用STC89C52作为控制核心。模块方框图如图2.1所示。图2.1小车的基本模块方框图为了使各个模块具有较好的性能，分别提出以下不同设计方案：2.1驱动模块方案一：采用数控电位器X9313集合NE555多谐振荡器输出PWM信号。通过单片机控制数控电位器来调整NE555多谐振荡器的输出方波的占空比，达到对电机速度的控制。这个方案的优点是控制比较方便、软件资源消耗少。方案二：L298N内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含两个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑点评信号，可驱动46V、2A以下的电机。2.2路面探测模块方案一：使用发光二极管和光敏二极管。此方案缺点在于环境的其他光源对光敏二极管的工作产生很大的干扰，一旦外界光强改变，很可能造成误判和漏判，计时采用超高亮发光管可以降低一定的干扰，但这又增加额外的功耗。方案二：采用红外传感器。此方案可以降低可见光的干扰，灵敏度高，同时其尺寸大连民族学院2012级通信工程专业单片机系统课程设计报告3小。质量轻。价格也低廉。外围电路简单，安装起来方便，电源要求不高，用它作为近距离传感器是最理想的。方案三：利用激光。此方案虽然抗干扰性强、可靠性高，但其缺点在于体积大、功耗大、价格高。一般用在要求非常高的场合，本系统采用方案二已经能够胜任，无须采用此方案。2.3避障模块方案一：用超声波传感器进行避障。超声波传感器的原理是：超声波由传感器发出后，遇到障碍物便反射回来，再被超声波传感器接收。然后将这个信号放大后送入单片机。超声波传感器在避障的设计中被广泛应用。方案二：用红外光电开关进行避障。光电开关的工作原理是根据投光器发出的光束，被物体阻断或部分反射，受光器最终据此做出判断反应，是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均能检测。2.4本设计采用方案及原理驱动模块提出的方案中，两方案相比较，软件控制量相当，但方案一的硬件电路较为复杂，驱动能力不如方案二。综合考虑两种方案的优缺点，我们选择方案二来实现本系统。路面检测模块确定方案二的红外传感器作为循迹模块。由于它的价格和效果都可达到我们想要的目的，并且安装方便，对其他硬件软件的要求都不高。障碍物检测模块我们选用超声波传感器。由于超声波传感器对于测距避障功能来说精度相对较高，并且安装方便，便于控制。电源采用7.2V电源给系统的各个模块供电，这种方法可以有效的隔离电机开关时对系统所产生的冲击干扰，并且稳定的电压提高了系统的稳定性。大连民族学院2012级通信工程专业单片机系统课程设计报告4图2.2系统方框图2.4.1模块清单主控模块：STC89C52芯片，复位电路，振荡电路路面检测模块：红外传感器电机及驱动模块：两个电机驱动芯片L298N，四个直流电机障碍物检测模块：超声波传感器HC-SR04电源模块：7.