1、電子信息技術創新實踐課程設計報告         課題名稱： 基于51單片機的智能小車設計 專業班級： 2013級電子信息工程 姓名及學號： 成 績： 指導教師： 課題工作時間：2016年 5月10日5月30日 目 錄1 小車系統整體設計1.1 系統的總體方案設計031.2 主控系統041.3 電機驅動模塊041.4 循跡模塊042 小車系統硬件設計2.1 主控模塊的電路設計052.2 紅外避障模塊的電路設計05 2.2.1 LM393雙電壓比較器集成電路05 2.2.2紅外對管工作原理07 2.2.3紅

2、外避障電路圖及工作原理07 2.2.4紅外循跡電路的設計093 小車系統軟件設計 3.1主程序設計10 3.2循跡程序設計214 小車調試 235小結246 附錄：設計程序清單及硬件圖24 1 小車系統整體設計1.1 系統的總體方案設計 該系統以AT89S52單片機為核心的控制電路，采用模塊化的設計方案，利用紅外遙控器代替開關按鍵控制小的啟動和停止，能夠輕松自如的實現小車的啟動停止、左轉、右轉和前進后退等功能，假如我們希望小車運行到黑線上來檢測是否有循跡功能，就可以用遙控器控制小車行駛到有黑線的地方，當小車遇到有黑線時，會自動啟動循跡功能模塊，讓小車沿黑線跑，遇到障礙物時會后退并選擇其他路線躲

3、避障礙物。每個模塊都是相互獨立又相互協調配合，實現了小車的智能控制。系統控制框圖如圖2.1所示：紅外避障模塊 AT89C52紅外遙控模塊紅外接收模塊電機驅動模塊跡模塊顯示模塊圖2.1 系統控制框圖401.2 主控系統 我們采用單片機作為整個系統的核心，通過其控制行進中的小車，以實現其既定的性能指標。充分分析我們的系統，其關鍵在于實現小車的自動控制，而在這一點上，單片機就顯現出來它的優勢控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機就可以充分發揮其資源豐富、有較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉等優點。所以，我們選定了AT89C52 單片機作為本設計的主控裝置。1.3 電機驅動模塊 采用功率三

4、極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。線性型驅動的電路結構和原理簡單，加速能力強，采用由達林頓管組成的H型橋式電路。用單片機控制達林頓管使之工作在占空比可調的開關狀態下，精確調整電動機轉速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高，H型橋式電路保證了簡單的實現轉速和方向的控制，電子管的開關速度很快，穩定性也極強，因此選用L9110。這種調速方式有調速特性優良、調整平滑、調速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實現頻繁的無級快速啟動、制動和反轉等優點。1.4 循跡模塊 采用兩只紅外對管，分別置于小車車身左右兩側，根據兩只對管接受到白線與黑線的情況來控制小車轉向來調整車向。2

5、 小車系統硬件設計2.1主控模塊的電路設計2.2 紅外避障模塊的電路設計2.2.1 LM393雙電壓比較器集成電路 圖2.2.1-1 LM393 LM393是高增益,寬頻帶器件，像大多數比較器一樣，如果輸出端到輸入端有寄生電容而產生耦合，則很容易產生振蕩。這種現象僅僅出現在當比較器改變狀態時，輸出電壓過渡的間隙，電源加旁路濾波并不能解決這個問題，標準PC板的設計對減小輸入-輸出寄生電容耦合是有助的。減小輸入電阻至小于10K將減小反饋信號，而且增加甚至很小的正反饋量(滯回1.010mV)能導致快速轉換,使得不可能產生由于寄生電容引起的振蕩，除非利用滯后，否則直接插入IC(集成電路板integra

6、ted circuit，縮寫:IC) 并在引腳上加上電阻將引起輸入-輸出在很短的轉換周期內振蕩，如果輸入信號是脈沖波形，并且上升和下降時間相當快，則滯回將不需要。 圖2.2.1-2特點：工作溫度范圍:0°C - +70°CSVHC(高度關注物質):No SVHC (18-Jun-2010)器件標號:393工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源： 2 36V， 雙電源：±1±18V；消耗電流小,ICC=0.8mA；輸入失調電壓小，VIO=±2mV；共模輸入電壓范圍寬，VIC=0VCC-1.5V；輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS

7、等兼容；輸出可以用開路集電極連接“或”門；表面安裝器件:表面安裝功能： 輸出負載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內的任何電源電壓上，不受 Vcc端電壓值的限制，輸出部分的陷電流被可能得到的驅動和器件的值所限制.當達到極限電流(16mA)時，輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。輸出飽和電壓被輸出晶體管大約60ohm 的SAT限制。當負載電流很小時,輸出晶體管的低失調電壓(約1.0mV)允許 輸出箝位在零電平。2.2.2紅外對管工作原理 圖2.2.2-1 圖2.2.2-2 上圖中，紅外光電管有兩種，一種是無色透明的LED，此為發射管，它通電后能夠產生人眼不可見紅外光，另一部分為黑色的接收部分，它

8、內部的電阻會隨著接收到紅外光的多少而變化。 無論是一體式還是分離式，其檢測原理都相同，由于黑色吸光，當紅外發射管照射在黑色物體上時反射回來的光就較少，接收管接收到的紅外光就較少，表現為電阻大，通過外接電路就可以讀出檢測的狀態；同理，當照射在白色表面時發射的紅外線就比較多，表現為接收管的電阻較小，此時通過外接電路就可以讀出另外一種狀態，如用電平的高低來描述上面兩種現象就會出現高低電平之分，也就是會出現所謂的0和1兩種狀態，此時再將此送到單片機的I/O口，單片機就可以判斷是黑白路面，進而完成相應的功能，如循跡、避障等。2.2.3紅外避障電路圖及工作原理圖2.2.3-1圖2.2.3-2特點：該傳感器

9、模塊對環境光線適應能力強，其具有一對紅外線發射與接收管，發射管發射出一定頻率的紅外線，當檢測方向遇到障礙物（反射面）時，紅外線反射回來被接收管接收，經過比較器電路處理之后，停止一段時間并后退，有效距離范圍24cm，工作電壓為3.3V-5V。該傳感器的探測距離可以通過電位器調節、具有干擾小、便于裝配、使用方便等特點。程序流程圖：上電運行后，放到沒有障礙物的空地上，小車直走。當前方沒有障礙物的的時候車就一直直走。如果前方遇到障礙物，則小車做左轉運動。直至前方沒有障礙物，這時小車恢復直走。 如果前方有障礙物的時候，左邊同時也有障礙物，則小車右轉。直至左邊沒有障礙物或者前方沒有障礙物。這時小車恢復左轉

10、，或者直走。如果前面沒有障礙物，則先執行直走。如果前方，左方，右方均有障礙物，則小車后退，直至前方，左方，右方任一方向沒有障礙，則此時小車開始以前方，左方，右方的優先級開始執行轉向。也就是說如果前方沒有障礙物，即使其他任意方向都有障礙則小車依然直走，如果前方有障礙，左邊沒有則右轉，前方左方都有障礙，則小車右轉。否則小車后退。1、當模塊檢測到前方障礙物信號時，前方側位紅色指示燈點亮電平，同時OUT端口持續輸出低電平信號,該模塊檢測距離24cm。2、傳感器主動紅外線反射探測,因此目標的反射率和形狀是探測距離的關鍵。其中黑色探測距離最小,白色最大;小面積物體距離小,大面積距離大。3、傳感器模塊輸出端

11、口OUT可直接與單片機IO口連接即可，也可以直接驅動一個5V繼電器；連接方式：VCC-VCC;GND-GND;OUT-IO4、比較器采用LM393，工作穩定；5、可采用3-5V直流電源對模塊進行供電。2.2.4紅外循跡電路的設計 圖2.2.4-1 圖2.2.4-2 圖2.2.4-3原理與避障基本一致，LM393為內部集成了四路比較器的集成電路。因為內部的四個比較電路完全相同，這里僅以一路比較電路進行舉例。如圖4所示為單路比較器組成的紅外檢測電路圖，比較器有兩個輸入端和一個輸出端，兩個輸入端一個稱為同輸入端，用“+”號表示，另一個稱為反相輸入端，用“”表示。用作比較兩個電路時，任意一個輸入端加一

12、個固定電壓作參考電壓（也叫門限電壓），另一端則直接接需要比較的信號電壓。當“+”端電壓高于“”端電壓時，輸出正電源電壓，當“”端電壓高于“+”端電壓時，輸出負電源電壓（注意，此處所說的正電源電壓和負電源電壓是指接比較正負極的電壓。3 小車系統軟件設計3.1主程序避障系統主程序#include <REGX52.H> /包含51單片機相關的頭文件sbit LeftLed=P20; /定義前方左側指示燈端口sbit RightLed=P07; /定義前方右側指示燈端口sbit FontLled=P17;sbit LeftIR=P35; /定義前方左側紅外探頭端口sbit RightIR=

13、P36; /定義前方右側紅外探頭端口sbit FontIR=P37; /定義前方正前方紅外探頭端口sbit M1A=P00; /定義左側電機驅動A端sbit M1B=P01; /定義左側電機驅動B端sbit M2A=P02; /定義右側電機驅動A端sbit M2B=P03; /定義右側電機驅動B端sbit B1=P04; /定義語音識識別傳感器端口sbit SB1=P06; /定義蜂鳴器端口void tingzhi() M1A=0; /將M1電機A端初始化為0 M1B=0; /將M1電機B端初始化為0 M2A=0; /將M2電機A端初始化為0 M2B=0;void qianjin() M1A=

14、1; M1B=0; M2A=1; M2B=0;void houtui() M1A=0; M1B=1; M2A=0; M2B=1;void zuozhuan() M1A=1; M1B=0; M2A=0; M2B=1;void youzhuan() M1A=0; M1B=1; M2A=1; M2B=0;void delay_nus(unsigned int i) /延時:i>=12 ,i的最小延時單12 us i=i/10; while(-i); void delay_nms(unsigned int n) /延時n ms n=n+1; while(-n) delay_nus(900); /

15、延時 1ms,同時進行補償 void ControlCar(unsigned char ConType) /定義電機控制子程序 tingzhi(); switch(ConType) /判斷用戶設定電機形式 case 1: /前進 /判斷用戶是否選擇形式1 qianjin(); break; case 2: /后退 /判斷用戶是否選擇形式2 houtui(); /M2電機反轉 break; case 3: /左轉 /判斷用戶是否選擇形式3 zuozhuan(); /M2電機正轉break; case 4: /右轉 /判斷用戶是否選擇形式4 youzhuan(); /M1電機正轉 /M2電機反轉b

16、reak; case 8: /停止 /判斷用戶是否選擇形式8 tingzhi();break; /退出當前選擇 void main() /主程序入口 bit RunFlag=0; /定義小車運行標志位 /RunShow=0; /初始化顯示狀態 ControlCar(8); /初始化小車運行狀態 while(1) /程序主循環 Start: LeftLed=LeftIR; /前方左側指示燈指示出前方左側紅外探頭狀態 RightLed=RightIR; /前方右側指示燈指示出前方右側紅外探頭狀態 FontLled= FontIR; SB1=FontIR; if(FontIR = 0) /如果前面避

17、障傳感器檢測到障礙物 ControlCar(8); /停止 delay_nms (300); /停止300MS 防止電機反相電壓沖擊 導致系統復位 ControlCar(2); /后退 delay_nms (1000); /后退1500MS ControlCar(3); / delay_nms (1800); goto NextRun; if(FontIR = 1 ) ControlCar(1); /右側沒有信號時,開始向左轉一定的角度 delay_nms (10); goto NextRun; goto Start; NextRun: ControlCar(1); 循跡程序#include

18、<REGX52.H> /包含51單片機相關的頭文件sbit LeftLed=P20; /定義前方左側指示燈端口sbit RightLed=P07; /定義前方右側指示燈端口sbit FontLled=P10;sbit LeftIR=P35; /定義前方左側紅外探頭端口sbit RightIR=P36; /定義前方右側紅外探頭端口sbit FontIR=P37; /定義前方正前方紅外探頭端口sbit M1A=P00; /定義左側電機驅動A端sbit M1B=P01; /定義左側電機驅動B端sbit M2A=P02; /定義右側電機驅動A端sbit M2B=P03; /定義右側電機驅動

19、B端sbit B1=P04; /定義語音識識別傳感器端口sbit SB1=P06; /定義蜂鳴器端口void tingzhi() M1A=0; /將M1電機A端初始化為0 M1B=0; /將M1電機B端初始化為0 M2A=0; /將M2電機A端初始化為0 M2B=0;void qianjin() M1A=1; M1B=0; M2A=1; M2B=0;void houtui() M1A=0; M1B=1; M2A=0; M2B=1;void zuozhuan() M1A=0; M1B=1; M2A=1; M2B=0;void youzhuan() M1A=1; M1B=0; M2A=0; M2B

20、=1;void delay_nus(unsigned int i) /延時:i>=12 ,i的最小延時單12 us i=i/10; while(-i); void delay_nms(unsigned int n) /延時n ms n=n+1; while(-n) delay_nus(900); /延時 1ms,同時進行補償 void ControlCar(unsigned char ConType) /定義電機控制子程序 tingzhi(); switch(ConType) /判斷用戶設定電機形式 case 1: /前進 /判斷用戶是否選擇形式1 qianjin(); break; c

21、ase 2: /后退 /判斷用戶是否選擇形式2 houtui(); /M2電機反轉 break; case 3: /左轉 /判斷用戶是否選擇形式3 zuozhuan(); /M2電機正轉break; case 4: /右轉 /判斷用戶是否選擇形式4 youzhuan(); /M1電機正轉 /M2電機反轉break; case 8: /停止 /判斷用戶是否選擇形式8 tingzhi();break; /退出當前選擇 void main() /主程序入口 bit RunFlag=0; /定義小車運行標志位 /RunShow=0; /初始化顯示狀態 ControlCar(8); /初始化小車運行狀態

22、 while(1) /程序主循環 Start: LeftLed=LeftIR; /前方左側指示燈指示出前方左側紅外探頭狀態 RightLed=RightIR; /前方右側指示燈指示出前方右側紅外探頭狀態 FontLled= FontIR; SB1=LeftIR; if(LeftIR = 0 && RightIR = 0) /三個紅外檢測到黑線，就前進 ControlCar(1); /左側沒有信號時，開始向右轉一定的角度 delay_nms (10); goto NextRun; if(LeftIR = 0 && RightIR = 1) ControlCar(3

23、); /右側沒有信號時,開始向左轉一定的角度 delay_nms (10); goto NextRun; if(LeftIR = 1 && RightIR = 0) ControlCar(4); /右側沒有信號時,開始向左轉一定的角度 delay_nms (10); goto NextRun; goto Start; NextRun: ControlCar(8); 3.2循跡程序void Robot_Traction() /循跡子程序 LeftLed=LeftIR; /前方左側指示燈指示出前方左側紅外探頭狀態 RightLed=RightIR; /前方右側指示燈指示出前方右側紅

24、外探頭狀態 FontLled= FontIR; SB1=LeftIR; if(LeftIR = 0 && RightIR = 0) /三個紅外檢測到黑線，就前進 ControlCar(1); /左側沒有信號時，開始向右轉一定的角度 delay_nms (10); else if(LeftIR = 0 && RightIR = 1) ControlCar(3); /右側沒有信號時,開始向左轉一定的角度 delay_nms (10); else if(LeftIR = 1 && RightIR = 0) ControlCar(4); /右側沒有信號時

25、,開始向左轉一定的角度 delay_nms (10); ControlCar(8);void main() /主程序入口 bit RunFlag=0; /定義小車運行標志位 LedFlash=3000; /對閃燈數據進行初始化 /EX1=1; /同意開啟外部中斷1 IT1=1; /設定外部中斷1為低邊緣觸發類型 EA=1; /總中斷開啟 ControlCar(8); /初始化小車運行狀態 while(1) /程序主循環 if(P3_2 = 0) delay_nms(10); if(P3_2 = 0) temp+; while(!P3_2); if(temp > 3) temp = 1;

26、switch(temp) case 1:ShowPort = LedShowData1;Robot_Traction();EX1 = 0;break;case 2: ShowPort = LedShowData2;Robot_Avoidance();EX1 = 0;break;case 3: ShowPort = LedShowData3;EX1 = 1;break; 4 小車調試對各個模塊的功能進行調試,主要調試各模塊能否實現指定的功能。 1 電機控制 此模塊調試實現的功能是結合軟件共同實現,當連接單片機與電機控制芯片的I/0加上一定的電平可以實現電機左右轉向,前后轉向以及停止等功能,同時通

27、過程序延時降低電機轉速。2 無線遙控 此功能實現四個按鍵控制四路方向,按下“D”,小車向前行駛,“B”對應向后,“C”對應向左,“A”則實現向右行駛功能。3 紅外對管尋跡 尋跡對管有兩個組成,所以分別調試其兩路有效信號。當兩對管都放置黑線之外的白色地板上時,單片機對應I/O口收到的電平都為低,輸入電壓為0.3V左右,當左邊的紅外線管進入黑線范圍,對應電平變高,為4.2V左右,同時指示等紅燈亮,說明要控制小車右轉當在右邊時同左邊情況對應,需控制左轉。4 紅外線避障 此模塊的檢測與紅外線尋跡模塊基本一致,相當于一路尋跡信號,在沒有障礙物時輸入電壓為0.9V左右,屬于低電平,碰到障礙物電壓跳變為4.

28、7V左右,以此來得到單片機控制。各模塊都調試通過之后,將各個模塊連接起來與硬件結合進行聯合調試。在進行聯合調試時,經過反復的實驗,不斷的來修改參數來完善結果。使程序按照要求設計的要求進行。5小結通過此次課程設計，使我們更加扎實的掌握了有關智能小車設計方面的知識，在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我們在單片機這方面的知識欠缺和經驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵，而是通過自己的雙手去實踐。在課程設計過程中，我們不斷發現錯誤，不斷改正，不斷領悟，不斷獲齲最終的檢測調試環節，本身就是在踐行“過而

29、能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在老師的指導下，終于游逆而解。在今后社會的發展和學習實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發現問題所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠不可能得到社會及他人對你的認可。6 附錄：設計程序清單#include <REGX52.H> /包含51單片機相關的頭文件#include <intrins.h>#define ShowPort P2 /定義數碼管顯示端口

30、sbit L293D_EN2=P05; sbit IRIN=P33; /定義紅外接收端口#define TX P1_3#define RX P1_2#define Forward_L_DATA 200/當前進不能走直線的時候，請調節這兩個參數，理想的時候是100,100，最大256，最小0。0的時候最慢，256的時候最快#define Forward_R_DATA 200sbit LeftLed=P20; /定義前方左側指示燈端口sbit RightLed=P07; /定義前方右側指示燈端口sbit FontLled=P17;sbit LeftIR=P35; /定義前方左側紅外探頭端口sbit

31、 RightIR=P36; /定義前方右側紅外探頭端口sbit FontIR=P37; /定義前方正前方紅外探頭端口sbit M1A=P00; /定義左側電機驅動A端sbit M1B=P01; /定義左側電機驅動B端sbit M2A=P02; /定義右側電機驅動A端sbit M2B=P03; /定義右側電機驅動B端unsigned char temp = 1; unsigned char code LedShowData=0x03,0x9F,0x25,0x0D,0x99, /定義數碼管顯示數據 0x49,0x41,0x1F,0x01,0x19;/0,1,2,3,4,5,6,7,8,9Unsig

32、ned char codeRecvData=0x19,0x46,0x15,0x43,0x44,0x40,0x0D,0x0E,0x00,0x0F;unsigned char IRCOM7;static unsigned int LedFlash; /定義閃動頻率計數變量bit EnableLight=0; /定義指示燈使能位void Delay400Ms(void);/延時400毫秒函數unsigned char disbuff4=0,0,0,0;/用于分別存放距離的值0.1mm、mm、cm和m的值void Count(void);/距離計算函數 unsigned int time=0;/用于存

33、放定時器時間值unsigned long S=0;/用于存放距離的值bit flag =0; /量程溢出標志位bit turn_right_flag;void Delay1ms(unsigned int i) unsigned char j,k; do j = 10; do k = 50; do _nop_(); while(-k); while(-j); while(-i); void Delay10us(unsigned char i) unsigned char j; do j = 10; do _nop_(); while(-j); while(-i); void delay_nus(

34、unsigned int i) /延時:i>=12 ,i的最小延時單12 us i=i/10; while(-i); void delay_nms(unsigned int n) /延時n ms n=n+1; while(-n) delay_nus(900); /延時 1ms,同時進行補償 void delayms(unsigned char x) /0.14mS延時程序 unsigned char i; /定義臨時變量 while(x-) /延時時間循環 for (i = 0; i<13; i+) /14mS延時 void Delay() /定義延時子程序 unsigned in

35、t DelayTime=30000; /定義延時時間變量 while(DelayTime-); /開始進行延時循環 return; /子程序返回/=void Forward()/ 前進 M1A=1; M1B=0; M2A=1; M2B=0;/ PWM_Set(255-Speed_Right,255-Speed_Left);void Stop(void)/剎車 M1A=0; M1B=0; M2A=0; M2B=0;/ PWM_Set(0,0);void Turn_Retreat() /后 M1A=0; M1B=1;M2A=0;M2B=1;/PWM_Set(255-Speed_Right,255-Speed_Left);void Turn_left() /左 M1A=0; M1B=1;M2A=1;M2B=0;/PWM_Set(255-Speed_Right,255-Speed_Left);void youzhuan() M1A=1; M1B=0; M2A=0; M2B=1;/=/*距離計算程序*/ void Conut(void) time=TH1*256+TL1; TH1=0; TL1=0; /此時time的時間單位決定于晶振的速度，外接晶振為11.0592MHZ時， /time的值為0.54us*time，單位為微秒/那么1us聲波能走多遠的距離呢？1