基于单片机STC89C52控制的智能小车.docx

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1、基于单片机 STC89C52 掌握的智能小车摘要：该毕业设计是承受无线遥控基于单片机的功能实现的，当无线遥控器的某个按键按下时，无线放射器将按键信号以编码的形式在 315MHz 的频率上放射出去，无线接收器接收并放大放射信号同时解调出 TTL 电平信号送至单片机进展处 理，单片机通过比较和识别接收来的无线遥控编码便可执行相应的遥控功能，从而实现智能小车的前进、后退、左转和右转的根本功能和伴随音乐演奏而闪耀的LED 的开启与关闭的功能。此外，我参加了温度传感器与时钟芯片，让它们在液晶显示器上显示其室温顺时间，并用按钮进展时间的调控。由于无线遥控模块是四路单向锁存模块，只能单线实现四个功能，所以放

2、射模块的掌握按键不够，依据需要，我仅仅用无线模块掌握小车的前进和后退，停顿，其它的承受按键调试， 用按键来实现小车的前进/后退/左转/右转/音乐/时间调控等功能。关键词：无线模块；液晶显示模块；电机驱动模块；音乐；智能小车目 录引言 31 整体方案设计 4 整体方案设计的思路4整体方案的流程图42 避障遥控小车系统概况 4 SC2272 无线遥控模块原理4驱动原理的简介6直流电机简介93 模块方案比较与论证12 车体设计 12电机模块的选择 12电机驱动模块的选择 12掌握器模块的选择 134 系统硬件电路设计14无线模块的设计 14直流电机的驱动模块 155 软件的简洁介绍16 KEIL 的

3、简介16 PROTUES 的简介 16 STC_ISP_V480 的简介 17参考文献18附录一：实物图19附录三：总程序 22引言随科学技术的进步，智能化和自动化技术越来越普及，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、人工智能等很多学科的学问，涉及到当今很多前沿领域的技术。而随着社会的不断进展，智能设备的不断消灭，红外传感器、无线遥控的运用也越来越广泛。无线遥控器由于掌握距离远，抗干扰性强，已越来越多的消灭在生活的各个方面。本文使用了一款通用的无线遥控电路以及四路红外传感器，基于 STC89C

4、51 作为掌握核心，承受专用编码解码电路，由于其体积小、功能强大，因此可格外便利的移植到遥控小车上， 实现小车在前行中自动绕开障碍物，并用遥控器实现远距离掌握小车的前进、后退、左转、右转等功能。1 整体方案设计整体方案设计的思路利用红外线传感器放射和接收信号模块来掌握单片机，让单片机翻译传输指令， 从而实现相应的功能。具体的过程如下：四路红外传感器，每一路放射一个信号， 检测接收到的信号，假设消灭高电平，则说明该方向前方有障碍物，则单片机掌握电机正转和反转，从而实现绕开障碍物连续前行。同时还增加一个无线放射和无线接收模块掌握单片机，让单片机翻译传输指令，从而实现相应的功能。无线放射模块发出指令

5、，无线接收模块接收信号后，传递给单片机，单片机翻译接收到信号后，传输给驱动电路驱动电机旋转，从而实现让小车的前进、后退、左转和右转。整体方案的流程图基于单片机 STC89C52 整体设计的智能小车，依据原来设计的思路上画出了相对应的流程路，由于是整体构造图，就只是画出了大致的构造流程，而细节将在后面做出介绍。图 1 整体方案的流程图2 避障遥控小车系统概况SC2272 无线遥控模块原理SC2272 的简介超再生带解码四路遥控接收模块可以和放射器组成四路无线放射接收电路。该模块广泛适用于宽阔电子爱好者对家庭、工业遥控类电子产品的设计和开发， 可很好的作为单片机的信号输入源，特别适合大中院校学生电

6、子电路设计、毕业设计中的遥控电路局部。接收模块有自锁、非锁、互锁三种型号，说明如下：非锁型输出又称点动输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和放射端是否放射相对应，可以用于类似点动的掌握，有遥控信号时数据脚是高电平，遥控信号消逝时数据脚马上恢复为低电平，适用于如电动门、电动门锁、与单片机对接等只需要一个高电平的电路等电路等。自锁型输出的数据脚能实现触发翻转工作规律，数据只要成功接收就能始终保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时转变。自锁型四路相互独立互不影响，可同时遥控四路，如灯具的掌握等。互锁型输出就是任意一路收到信号则该路就能始终保持对应的高电平状态， 接收到任意其它路的数据则恢复到原

7、始状态，四路互锁只能有一路接通，实际应用如电风扇档位开关电路等。本次设计承受的接收板主要参数工作频率：315M工作电压：DC5V 工作电流：3mA 工作原理：超再生调制方式：ASK编码芯片：SC2272PT2272、PT2294，芯片兼容灵敏度：优于-105dBm(50)输出信号：非锁M遥控距离：2050 米以上开阔地接收模块的七根引脚分别为 D3、D2、D1、D0、GND、VT、VCC，其中 VCC 为DC5V 的供电端，GND 为接地端，VT 端为解码有效输出端，只要放射器的数据码有输出，VT 都能同步输出高电平；D3、D2、D1、D0 是 2262 解码芯片的四位数据输出端，有信号时能输

8、出 5V 左右的高电平，驱动电流约 2mA，与放射器的四位数据码输出一一对应。接收模块不焊天线也能接收信号，为提高接收灵敏度，可以用一根长度约为 23 厘米的软导线直接焊接到天线孔处，图中 RC 所指的是振荡电阻，接收模块和放射器的震荡电阻需要匹配才能工作，接收模块用的是 270K 或者 820K 电阻，可以分别和或者振荡电阻的放射器配套使用。放射器可以用固定码四键遥控器或者带编码四路放射模块。原理图图 2 固定编码接收模块原理图驱动原理的简介驱动模块的核心实际上是 H 桥驱动电路组成的 L298 芯片。H 桥驱动电路的内部原理解析如下图 5 中所示为一个典型的直流电机掌握电路。电路得名于“H

9、 桥驱动电路” 是由于它的外形酷似字母 H。4 个三极管组成 H 的 4 条垂直腿，而电机就是 H 中的横杠留意：图5 及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来。如下图，H 桥式电机驱动电路包括 4 个三极管和一个电机。要使电机运转， 必需导通对角线上的一对三极管。依据不同三极管对的导通状况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而掌握电机的转向。图 3 H 桥驱动电路要使电机运转，必需使对角线上的一对三极管导通。例如，如图6 所示，当Q1 管和 Q4 管导通时，电流就从电源正极经Q1 从左至右穿过电机，然后再经 Q4 回到电源负极。按图中电流箭头所示，

10、该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管 Q1 和 Q4 导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向 转动电机四周的箭头指示为顺时针方向。图 4 H 桥电路驱动电机顺时针转动图 7 所示为另一对三极管 Q2 和 Q3 导通的状况，电流将从右至左流过电机。当三极管 Q2 和 Q3 导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动电机四周的箭头表示为逆时针方向。图 5 H 桥驱动电机逆时针转动2.2.2 使能掌握和方向规律驱动电机时，保证 H 桥上两个同侧的三极管不会同时导通格外重要。假设三极管 Q1 和 Q2 同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时，

11、电 路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能到达最大值该电流仅受电源性能限制，甚至烧坏三极管。基于上述缘由，在实际驱动电路中通常 要用硬件电路便利地掌握三极管的开关。图 8 所示就是基于这种考虑的改进电路，它在根本 H 桥电路的根底上增加了 4 个与门和 2 个非门。4 个与门同一个“使能”导通信号相接，这样，用这一个信号就能掌握 整个电路的开关。而 2 个非门通过供给一种方向输人，可以保证任何时候在 H 桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。与本节前面的示意图一样，图 8 所示也不是一个完整的电路图，特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的。图 6 具有使能掌握和方向规律

12、的 H 桥电路承受以上方法，电机的运转就只需要用三个信号掌握：两个方向信号和一个使能信号。假设DIRL 信号为 0，DIRR 信号为 1，并且使能信号是1，那么三极管 Q1 和 Q4 导通，电流从左至右流经电机如下图；假设 DIRL 信号变为1，而 DIRR 信号变为 0，那么 Q2 和 Q3 将导通，电流则反向 流过电机。图 7 使能信号与方向信号的使用实际使用的时候，用分立元件制作 H 桥是很麻烦的，好在现在市面上有很多封装好的 H 桥集成电路，接上电源、电机和掌握信号就可以使用了，在额定的电压和电流内使用格外便利牢靠。比方常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410 等

13、。2.2.3 恒压恒流桥式 2A 驱动芯片 L298NL298 是 SGS 公司的产品，比较常见的是 15 脚 Multiwatt 封装的 L298N，内部同样包含 4 通道规律驱动电路。可以便利的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N 芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达 50V，可以直接通过电源来调整输出电压；可以直接用单片机的 IO 口供给信号；而且电路简洁，使用比较便利。L298N 可承受标准 TTL 规律电平信号 VSS，VSS 可接 457 V 电压。4 脚VS 接电源电压，VS 电压范围 VIH 为2546 V。输出电流可达 25A，可驱动

14、电感性负载。1 脚和 15 脚下管的放射极分别单独引出以便接入电流采样电阻， 形成电流传感信号。L298 可驱动 2 个电动机，OUT1，OUT2 和 OUT3，OUT4 之间可分别接电动机，本试验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12 脚接输入掌握电平，掌握电机的正反转。EnA，EnB 连接掌握使能端，掌握电机的停转。表 1 是 L298N 功能规律图。 In3，In4 的规律图与表 1 一样。由表 1 可知 EnA 为低电寻常，输入电平对电机掌握起作用，当 EnA 为高电平，输入电平为一高一低， 电机正或反转。同为低电平电机停顿，同为高电平电机刹停。等。图 8 单片机利用 L298

15、 掌握电机的原理图15 脚是输出电流反响引脚，其它与L298 一样。在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。上图是其与 51 单片机连接的电路图直流电机简介直流电机的应用动机简称电机，是使机械能与电能相互转换的机械，直流电机把直流电能变为机械能。作为机电执行元部件，直流电机内部有一个闭合的主磁路。主磁通在主磁路中流淌，同时与两个电路交联，其中一个电路是用以产生磁通的，称为激磁电路；另一个电路是用来传递功率的，称为功率回路或电驱回路。现行的直流电机都是旋转电驱式，也就是说，激磁绕组及其所包围的铁芯组成的磁极为定子， 带换向单元的电驱绕组和电驱铁芯结合构成直流电机的转子。直流电机有以下 4 方面的优

16、点：1) 调速范围广，且易于平滑调整。2) 过载、启动、制动转矩大。3) 易于掌握，牢靠性高。4) 调速时的能量损耗较小。所以，在调速要求高的场所，如轧钢机、轮船推动器、电机、电气铁道牵引、高炉送料、造纸、纺织、拖动、吊车、挖掘机械、卷扬机拖动等方面，直流电机均得到广泛的应用。2.3.2 直流电机的根本工作原理直流电机工作原理：当电刷 A,B 接在电压为 U 的直流电源上时，假设电刷 A 是正电位，B 是负电位，在 N 极范围内的导体 ab 中的电流是从 a 流向 b，在 S 极范围内的导体 cd 中的电流是从 c 流向 d。载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，因此 ab 与 cd 两导体都受

17、到电磁力的作用。依据磁场方向和导体中的电流方向，利用电机左手定则推断，ab 边受力的方向是向左的，而 cd 边则是向右的。由于磁场是均匀的，导体中流过的又是一样的电流，所以 ab 边和 cd 边所受电磁力的大小相等。这样，线圈上就受到了电磁力的作用而按逆时针转动。当线圈转到磁极的中性面上时，线圈中的电流等于零，电磁力等于零，但是由于惯性的作用，线圈连续转动。线圈转过半周之后，虽然 ab 与 cd 的位置调换了，ab 边转到 S 极范围内，cd 边转到 N 极范围内，但是由于换向片和电刷的作用，转到 N 极下的 cd 边中电流方向也变了，是从d 流向 c，在s 极下的 ab 边中的电流则是从 b

18、 流向 a。因此电磁力的方向仍旧不变，线圈仍旧受力按逆时针方向转动。可见，分别处在 N,S 极范围内的导体中电流方向总是不变的，因此线圈两个边的受力方向也不变，这样线圈就可以依据受力方向不停地旋转，通过齿轮或皮带等机构的传动，便可以带动其他机械工作。从以上分析可以看到，要使线圈依据肯定的方向旋转，关键问题是当导体从一个磁极范围转到另一个异性磁极范围时也就是导体经过中性面后，导体中电流的方向也要同时转变，换向器和电刷就是完成这一任务的装置。在直流电机中，换向器和电刷把输入的直流电变为线圈中的沟通电。可见，换向器和电刷是直流电机中不行缺少的关键部件。固然，在实际的直流电机中，不只有一个线圈，而是有

19、很多线圈结实地嵌在转子铁芯槽中，当导体中通过电流在磁场中因受力而转动时，就带动整个转子旋转，这就是直流电机的根本工作原理。2.3.3 直流电机的参数转矩-电机得以旋转的力矩，单位为m 或 Nm。转矩系数-电机所产生转矩的比例系数，一般表示每安培电驱电流所产生的转矩大小。摩擦转矩-电刷、轴承、换向单元等因摩擦而引起的转矩损失。启动转矩-电机启动时所产生的旋转力矩。转速-电机旋转的速度，工程单位为 r/min，即转每分。在国际单位制中为rad/s，即弧度每秒。电枢电阻-电枢内部的电阻，在有刷电机里一般包括电刷与换向器之间的接触电阻，由于电阻中流过电流时会发热，因此总期望电枢电阻尽量小。电枢电感-由

20、于电枢绕组由金属线圈构成，必定存在电感，从改善电机运行性能的角度来说，电枢电感越小越好。电气时间常数-电枢电流从零开头到达稳定值的%时所经受的时间。测定电气时间常数时，电机应处于堵转的状态并施加阶跃性质的驱动电压。工程上，常常利用电动机转子的转动惯量 J、电枢电阻 Ra、电机反电动势系数 Ke 和转矩系数Kt 求出机械时间常数：1-1转动惯量-具有质量的物体维持其固有运动状态的一种性质。反电动势系数-电机旋转时，电枢绕组内部切割磁力线所感应的电动势相对于转速的比例系数，也称发电系数或感应电动势系数。功率密度-电机每单位质量所能获得的输出功率值。功率密度越大，电机的有效材料的利用率就越高。转子-

21、rotor；定子-stator；电枢-armature；励磁-excitation。3 模块方案比较与论证3.1 车体设计方案 1：自己制作电动车。一般的说来，自己制作的车体比较粗糙，平衡感不好，车身重量以及车体比例都要有准确的测量，而且也要掌握好小车行驶的轮胎与齿轮的力矩及角度的结合，这些都比较难实现。方案 2：购置玩具电动车。购置的玩具电动车具有组装完整的车架车轮。玩具电动车具有如下优点：首先，这种玩具电动车由于装配紧凑，使得各种所需电路的安装格外便利，看起来也比较美观。其次，玩具电动车是依靠电机与相关齿轮一起驱动，能适应题目中小车准确前进、后退、转弯的要求，但是这种电动车一般都价格较贵。

22、基于以上分析，我们综合了方案一和方案二，还是选择了方案一，由于购置现成的小车不但价格较昂贵，而且它的功能固定，于是我们购置了两个轴承和两个直流电机带减速机构，再自己组装完成了智能小车的车底。3.2 电机模块的选择方案 1：承受步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以准确的定位，可以实现小车前进路程和位置的准确定位。虽然承受步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的上升而下降。经综合比较考虑，我们放弃了此方案。方案 2：直流电机：直流电机的掌握方法比较简洁，只需给电机的两根掌握线加上适当的电压即可使电机转动起来，电压越高则电机转速越高。对于直流电机的速度调整，可以承受转变电压

23、的方法，也可承受PWM 调速方法。PWM 调速就是使加在直流电机两端的电压为方波形式，通过转变方波的占空比实现对电机转速的调整。但是我们在这里设计的小车只要实现避障和无线掌握，对小车的速度没有太大的要求，所以我们购置的是带减速装置的直流电机。基于以上分析，我们选择了方案二，使用直流电机作为电动车的驱动电机。3.3 电机驱动模块的选择方案 1：承受SM6135W 电机遥控驱动模块。SM6135W 是专为遥控车设计的大规模集成电路。能实现前进、后退、向右、向左、加速五个功能，芯片自建稳压模块，但是其承受的是编码输入掌握，而不是电平掌握，这样在程序中实现比较麻烦，而且该电机模块价格比较高。方案 2：

24、承受电机驱动芯片 L298N。L298N 为单块集成电路，高电压，高电 流，四通道驱动，可直接的对电机进展掌握，无须隔离电路。通过单片机的I/O 输入转变芯片掌握端的电平，即可以对电机进展正反转，停顿的操作，格外便利， 亦能满足直流减速电机的大电流要求。调试时在依照上表，用程序输入对应的码值，能够实现对应的动作。表 1 是其使能、输入引脚和输出引脚的规律关系。表 L298N 的引脚和输出引脚的规律关系EN AB HHH LIN1IN3 HL同 IN2IN4 XIN2IN4 LH同 IN2IN4 X电机运行状况正转反转快速停顿停顿基于以上分析，我们选择了方案二，用 L298N 来作为电机的驱动芯

25、片。3.4 掌握器模块的选择方案 1：承受凌阳的 SPCE061A 小板作为主掌握芯片，而且可以承受凌阳的小车模块，可以很快的完成其根本功能，当是用该小板存在肯定的局限性，较难扩展功能，而且各个模块的拼凑，没有比集成在一块板的稳定性高。方案 2：承受 STC89C52 作为主掌握芯片，该芯片有足够的存储空间，可以便利的在线 ISP 下载烧写程序，能够满足该系统软件的需要，该芯片供给了两个计数器中断，对于本作品系统已经足够，承受该芯片可以比较敏捷的选择各个模块掌握芯片，能够准确的计算出时间，有很好的实时性。基于以上分析，我们选择了方案二，用 STC89C52 作为电机的主掌握芯片。4 系统硬件电

26、路设计 20 无线模块的设计无线模块的仿真图图 9 无线模块的仿真图无线模块的流程图无线模块可以进展远程的掌握，但有效距离不能超过十米，不然效果很差。由于买的是锁存的四线路，只能单程的实现四种状态的掌握，依据需要已经分为以下的四种模式，如以下图所示图 10 无线模块的流程图4.2 直流电机的驱动模块4.2.1 直流电机驱动模块的仿真图图 11 直流电机驱动模块的仿真图直流电机驱动模块的流程图电机驱动模块的核心是电机的驱动芯片及电机，电机选择了直流电机，这样可以便利掌握，而电机的驱动芯片 L298 可以同时掌握两个直流电机，其中芯片中连接单片机的 5 引脚和 7 引脚用于掌握直流电机 1，而芯片

27、中的 10 引脚和 12引脚用于掌握直流电机 2.电机 1 接的是小车的左轮，电机 2 接的是小车的右轮， 当两个电机一起正向转动时，小车前进；当两个电机一起反向转动时，小车后退； 当电机 1 正转，电机2 反转时，小车右转；当电机1 反转，电机2 正转时，小车左转。图 12 直流电机驱动模块的流程图5 软件的简洁介绍在这次的设计中，主要用到了 keil，protues 和 STC_ISP 等软件keil 的简介Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编相比，C 语言在功能上、构造性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而

28、易学易用。Keil 供给了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库治理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境uVision将这些局部组合在一起。运行Keil 软件需要 WIN98、NT、WIN2023、WINXP 等操作系统。假设你使用C 语言编程，那么Keil 几乎就是你的不二之选， 即使不使用 C 语言而仅用汇编语言编程，其便利易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。Proteus 简介Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件该软件中国总代理为广州风标电子技术。它不仅具有其它 EDA 工具

29、软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus 是世界上著名的EDA 工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真， 一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持 8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和MSP430 等，2023 年马

30、上增加 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持 IAR、Keil 和 MPLAB 等多种编译器。的简介在运行软件之前，应领先给出 ISP 的 C 程序源代码。要留意的是，此程序是在 Keil-C 中要建立工程文件，包含函数，并且在和中都要保存 STC 的定义，传入用户代码时，需要与计算机进展通信，一般承受 RS232 串行通信，数据协议承受简洁协议。具体的使用方法：一、先把学习试验板和计算机连接好接好串口线和电源二、翻开，在MCU Type 栏目下选中单片机，如STC89C52RC：依据您的 9 针的数据线连接状况选中COM 端口，按图示选中各

31、项：图 13 的界面图三、先确认硬件连接正确，按以下图点击“翻开文件”并在对话框内找到您要下载的 HEX 文件：四、选中两个条件项，这样可以使您在每次编译 KEIL 时 HEX 代码能自动加载到 STC-ISP，点击“Download/下载”：五、手动按下电源开关便即可把可执行文件 HEX 写入到单片机内，以下图是正在写入程序截图：图 14 单片机程序下载截图参考文献1吴锤红，MCS-51 微机原理与接口技术，厦门大学出版社2邓星钟，机电传动掌握第四版，华中科技大学出版社3秦曾煌，电工学电子技术第七版下册，高等教育出版社 4谭浩强，C 程序设计第三版，清华大学出版社.附录一实物图图 15 实物图 1图 16 实物图 2图 17 实物图 3