基于单片机的智能电动车

中北大学信息商务学院2013届毕业设计说明书第I页共II页毕业设计说明书基于单片机的智能电动车控制系统设计学生姓名：张同学学号：09050641X4X学院：信息商务学院系名：信息与通信工程专业：电子信息工程指导教师：郝利华2013年6月中北大学信息商务学院2013届毕业设计说明书第II页共II页目录1引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11.1概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11.2课题背景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11.3设计任务和实现功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.3.1设计任务．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.3.2设计实现过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.3.3实际功能简述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.4本章小结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32设计系统框图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42.1系统框图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42.2系统框图简述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42.3本章小结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43方案比较与选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53.1智能车地盘选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53.2电源选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53.3电机选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．63.4电机驱动选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．63.5微控制器模块选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．83.6遥控器选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．83.7避障模块选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．83.8显示模块选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．93.9本章小结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．94硬件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．104.1智能车地盘设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．104.2电源分配电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．104.3电机驱动电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．114.4单片机系统电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．124.5遥控器及接收头外围电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13中北大学信息商务学院2013届毕业设计说明书第III页共II页4.5.1遥控器发码方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．134.5.2遥控接收头．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．144.6超声波测距模块外围电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．154.7显示屏LCD1602外围电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．164.7.1LCD1602引脚以及功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．164.7.2LCD1602指令功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．184.8本章小结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．195控制系统原理图设计及PCB设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．205.1原理图设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．205.2PCB设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．225.3本章小结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．256控制系统程序设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．266.1程序设计的算法问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．266.1.1基本内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．266.1.2基本概念．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．266.1.3算法评价．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．276.1.4算法设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．286.1.5算法分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．286.2程序流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．296.3本章小结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30附录A红外遥控器按键定义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31附录B智能电动车C语言程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46中北大学信息商务学院2013届毕业设计说明书第IV页共II页1引言1.1概述信息技术和数字技术日新月异，在应用自动化设备,计算机处理,现代化通讯,现代化显示设备等高新技术基础上而建立的现代化智能,监控等系统已经得到充分的发展与应用,智能机器人也就应运而生。同时，在建设以人为本的和谐社会的过程中，智能服务机器人能够完成宇宙探索，考古发掘，海底揭密等危险作业，保证了人们的身体安全[1]。本次设计以两电动机为主动力来源，再由各类传感器模块采集各种信息，送到AT89S52单片机主控单元，数据处理后完成相应动作，达到自动控制目的。电机驱动电路采用大电压，大电流，四个通道H桥驱动集成芯片L298N。其中避障采用超波测距来完成，遥控部分用家用红外遥控器来实现。所用的动作都由控制单元处理完成，实现了无人控制即可完成自动避障，相当于简易的机器人。1.2选题背景随着我国航天探月工程的进展与军事技术的进步，智能化自动化技术越来越普及，各种高科技也被广泛应用于智能小车和机器人玩具制造领域，使智能机器人越来越多样化、智能化。智能机器人是一个多种高新技术的集成体，它涵盖了计算机技术、电子技术、传感器应用技术、自动控制理论、通讯原理等许多学科的知识，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，具有不可估量的实际意义。智能电动车是一个运用计算机、传感、信息、通信、人工智能及自动控制等技术来实现环境感知、规划决策和自动行驶为一体的高新技术综合体。它在航天、军事、民用和科研等方面已获得了应用。随着我国航天探月工程的推进和汽车电子的迅速发展，关于智能电动车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能电动车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究，许多国家已经把电子设计比赛作为创新教育的战略性手段。电子设计涉及到多个学科，机械电子、传感器技术、自动控制技术、人工智能控制、计算机与通信技术等等，是众多领域的高科技。电子设计技术，它是一个国家高科技实例的一个重要标准，可见其研究意义很大[2]。智能化自动化产品是新世纪的宠儿，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要中北大学信息商务学院2013届毕业设计说明书第V页共II页达到的或是更高的目标。他可以同遥控小车相结合，实现控制转向、启停和进退，壁障等。智能电动车，可以通过计算机编程来实现其对行驶方向、启停以及速度的控制，无需人工干预，是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体[3]。可以预计，我国飞速发展的科技实力将为智能机器人的研究提供一个更加广阔的前景。因此，对智能小车进行深入细致的研究，不但能加深课堂上学到的理论知识，更能将理论转化为实际运用，为将来打下坚实的基础。1.3设计任务和实现功能1.3.1设计任务：(1)小车在30秒内完成以下动作：前进、左转、后退、右转；小车的控制器要预设好时间，小车停止后，利用LED数码管显示行驶花费的时间和最终的行驶距离。(2)小车完成在前方遇到障碍物的情况下，能自动躲避障碍物的功能。1.3.2设计实现过程一个完整的单片机设计是相当复杂的。单片机系统本身就是一个软件和硬件结合非常紧密的系统，要求设计者具有硬件设计和软件设计方面的综合能力，以及对单片机和各种外围设备的接口电路、驱动电路的应用能力。单片机设计可以分成三个阶段：分析阶段、设计阶段和实现阶段。分析阶段是确定要解决的问题及需要完成的目标，也称为需求阶段；设计阶段主要是解决如何在给定的约束条件下完成指定的要求；实现阶段主要是解决如何在所选择的硬件和软件的基础上进行整个软、硬件系统的协调实现。在分析阶段结束后，开发者通常面临一个棘手的问题就是硬件平台和软件平台的选择，因为它的好坏直接影响着实现阶段的任务完成。硬件和软