1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上基于單片機的WIFI智能小車設計摘 要WIFI智能小車由電機、小車車體、89C52控制芯片、WIFI收發(fā)模塊、電機驅動、舵機、電源、攝像頭等主要部件以及燈光、蜂鳴器、電平轉換等輔助模塊構成。WIFI智能小車利用筆記本或手機等能連接無線路由器的終端智能設備連接到路由器，通過應用軟件顯示路由器上攝像頭上采集到的視頻信號，再通過這些智能的終端設備發(fā)送控制指令到無線路由器，通過無線路由器將指令傳送給單片機進行處理。然后通過單片機控制電機驅動驅動電機轉動、舵機轉動，從而實現(xiàn)控制小車的運動及視頻采集。關鍵詞：路由器；wifi；智能小車；89C52專心-專注-專業(yè)AbstractT

2、he intelligent WIFI car involved a motor, a body, the 89C52 control chip, a WIFI transfer module, motor drivers, a power supply, lights, a buzzer and a voltage converter. The intelligent WIFI car can use an intelligent terminal (such as a laptop or a mobile phone) to connect with the router and use

3、application software to display the video signal collected by the camera, then the intelligent terminal will send control commands which can be processed by the MCU though the routers. The MCU will control the turning of motors and realize the moving of the car and the video collection.Keywords：Rout

4、er；WIFI；intelligent car；89C52目 錄第1章 概述現(xiàn)在是一個智能化的時代，各種智能化設備正在逐步替代人為的操作。隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關于智能汽車的研究也就越來越受人關注。全國電子大賽和省內電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究。設計的WIFI智能小車能夠實自動尋跡、避障功能，可程控行駛速度、電腦手機WIFI連接控制行駛及其他的控制方式。本系統(tǒng)能實現(xiàn)對小車的運動狀態(tài)進行實時控制。系統(tǒng)控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項要求。本設計以89C52為控制核心，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙并測量小車與障礙之間的距離，小車通過紅外

5、傳感器能夠的自動避障，通過改變PWM信號的占空比可以控制快慢速行駛，以及自動停車，自動尋跡等功能。通過對本小車研究，我們可以初步構建智能汽車的模型與理論基礎。對于智能汽車的研究，國內外都有很大的成就，谷歌的無人駕駛汽車，已經能夠在高速公路上安全行駛數(shù)千公里，在高速行駛下都能有這么好的操控能力，無非是智能汽車領域的一座里程碑。對于智能泊車系統(tǒng)，現(xiàn)在也已經進入了民用領域，很多車型也裝配了該系統(tǒng)，有了他，汽車用超聲波傳感器掃描路面兩側，通過比較停車的空間和車輛的長度，自動尋找合適的停車位。找到合適位置后，駕駛者只需控制剎車，車輛自動控制轉向操作，即可將車停進停車位，并且液晶屏會有相應的顯示。本設計選

6、用的89C52單片機屬于MCS-51系列單片機，由Intel公司開發(fā)，其結構是8048的延伸，改進了8048的缺點，具有指針、布爾代數(shù)運算等指令，以及串行通信能力和5個中斷源。采用40引腳雙列直插式DIP。其內部有128個RAM單元及4K的ROM。89C52有兩個16位定時計數(shù)器，兩個外中斷，三個定時計數(shù)中斷，及一個串行中斷，并有4個8位并行輸入口。89C52內部有時鐘電路，但需要石英晶體和微調電容外接，本系統(tǒng)中采用22.1184MHz的晶振頻率。由于89C52的系統(tǒng)性能滿足系統(tǒng)數(shù)據采集及時間精度的要求，而且產品產量豐富來源廣，應用也很成熟，故用來作為控制核心。新一代單片機為外部提供了相當完善

7、的總線結構，為系統(tǒng)的擴展與配置打下了良好的基礎。本設計主要研究內容就是基于89C52設計一部WIFI智能小車，小車能夠實現(xiàn)自動循跡，自動避障，超聲波測量距離。WIFI遙控的智能小車控制系統(tǒng)，包括了對驅動電路，紅外通訊以及無線視頻通信等的探索和研究。本項目文主要從小車設計方案的選取、硬件設計、軟件設計、測試結果方面進行主要論述。我們在第3章主講單片機與路由器的設計，包括了單片機最小系統(tǒng)的電路設計對路由器進行刷機處理；整個小車的一個供電電源的設計，需要通過電源給整個系統(tǒng)供12V、8V、5V等幾個電壓；電機的驅動模塊，詳細的說明了電機驅動的原理，視頻信號的采集；第4章程序的設計給出了程序整體的流程圖

8、及編寫思想；第5章調試簡述整機的每個模塊調試及方法。第2章 方案論證及選擇2.1 總體設計方案WIFI智能小車需要由WIFI模塊、電機驅動模塊、核心控制模塊、攝像頭模塊等構成。2.1.1 整機系統(tǒng)如圖2-1所示。路由器模塊89C52單片機電機驅動模塊蜂鳴器電路照明電路攝像頭電腦控制終端電機圖2-1 系統(tǒng)結構框圖項目系統(tǒng)包括路由器、單片機最小系統(tǒng)、電機驅動電路、電機、電平轉換電路、電源電路、舵機、攝像頭、蜂鳴器電路、燈光電路等。路由器用于接收電腦等終端設備發(fā)送的指令和將攝像頭采集到的視頻信號傳送到電腦等終端設備；單片機最小系統(tǒng)是整個小車的控制核心，控制著各個模塊統(tǒng)一協(xié)調工作；電機驅動電路用于驅動

9、電機轉動，可以使電機產生正轉、反轉，從而使車體產生前進、后退、轉彎等動作；電機的作用就是使整個車體運動；電平轉換電路是將路由器輸出的3.3V串口電平轉換為單片機能判斷的高低電平；電源電路作用是為整個小車系統(tǒng)共電；舵機制作成云臺，然后裝上攝像頭，使攝像頭可實現(xiàn)上下、水平方向180度旋轉調節(jié)；攝像頭用于采集視頻信號；蜂鳴器電路用于報警提示；照明電路為小車在夜間行駛提供照明。2.1.2 整機工作原理由電腦終端，通過WIFI無線網絡連接到路由器，再通過電腦應用軟件，向路由器發(fā)送控制命令及數(shù)據。路由器接收到數(shù)據后通過內部的串口發(fā)送軟件，將接收到的命令和數(shù)據，通過路由器串口發(fā)送到89C52單片機的串口端，

10、單片機接收到這些命令后執(zhí)行相應的指令，如：驅動小車運動、舵機運動、蜂鳴器鳴叫、照明電路的開關等。視頻信號，通過攝像頭采集之后通過路由器發(fā)送到電腦終端，并在其應用軟件中顯示攝像頭采集到的視頻信號。2.2 系統(tǒng)方案的選擇與比較方案一：選擇網上已經經過改裝過的wifi小車專用的TPLINK WR703N無線路由器做為我們wifi小車的wifi連接模塊，使用MSP430g2553單片機作為wifi小車的控制芯片。自己再夠買元器件，自己搭接電源、驅動電路及單片機最小系統(tǒng)。方案二：利用網上大家公認做wifi小車較好的大亞db120-wg無線路由器，作為我們的wifi智能小車的wifi連接模塊，使用我們教學

11、用的51系列單片機89C52做為我們wifi智能小車的控制芯片。利用手里面現(xiàn)有的一些電源、驅動等模塊等制作我們的wifi智能小車。方案選擇：基于我們對成本和制作性的考慮我們選取的是方案二。第3章 硬件電路設計3.1 DB120-WG無線路由器路由器如圖3-1：圖3-1 db120-wg路由器路由器內部如圖3-2所示。圖3-2 路由器內部結構圖3.1.1 刷機固件介紹固件wifi-robots-openwrt-RG100A_DB120-cfe固件說明：1Ser2net 已設置開機啟動2mjpg_streamer開機啟動。攝像頭只有2種驅動，uvc和301，目前開機mjpg_streamer缺省啟

12、動了301攝像頭，301攝像頭無需設置直接跳到第3步，uvc需要修改下即可ssh登陸后，vi etc/init.d/wificar，找到攝301像頭參數(shù)mjpg_streamer -b -i "input_uvc.so -r 640x480 -f 30" -o "output_http.so -p 8080 -w /web"修改為uvc參數(shù)mjpg_streamer -b -i "input_uvc.so -r 352x288 -f 15 -y" -o "output_http.so -p 8080 -w /web"

13、;然后在putty命令行下輸入chmod 777 /etc/init.d/wifirobot更改屬性輸入/etc/init.d/wificar enable 啟動該配置文件 重啟路由器，301攝像頭設置完成。3支持Luci/web 管理,錯誤設置后不能進入的，可以長按復位鍵 回初始模式4網絡設置，目前是AP模式，IP:。3.1.2 刷機步驟1網線連接電腦和路由器的LAN1（靠近電源那個網口，升級只能使用此口，有的版本絲印不是LAN1，反正記住靠近電源的那個口即可），電腦IP設置為69/，；設置完成點擊網

14、絡鄰居，選擇屬性，選擇升級用的有線網口，右鍵點修復。2用USB TTL線接好路由的GND、RXD、TXD三條線（VCC電源千萬別接，會燒路由），打開putty，選好端口號，端口號請查看電腦設備管理器，設置波特率為，點擊下面的Open。3路由器通電，接線且設置正確的話，putty窗口應該出現(xiàn)路由器的信息，在通電3秒內，按下鍵盤的回車鍵，阻止路由器CFE啟動，這時候應出現(xiàn)CFE>。4輸入小寫e a，e a之間有個回車鍵，然后再按下y，點擊回車，路由器開始擦除清除原系統(tǒng)固件。清除之后，路由會持續(xù)輸出很多命令行，且不會停止，我們不用管，關掉路由電源。5重新打開路由電源，和第四步一樣，通電3秒內按

15、下回車鍵阻止CFE繼續(xù)啟動打開瀏覽器，輸入，應看到上傳固件的的選擇文件，putty窗口也會出現(xiàn)路由器升級進度信息，此時千萬不要斷電，理論上此時斷電會刷壞路由器，升級完成后，耐心等待5分鐘，路由器會自動重啟。6等待路由啟動后，等待幾分鐘再次重啟一次路由，打開網頁，輸入密碼登陸進入路由器的設置，將路由器的無線網絡開啟，只有這樣電腦等終端設備才能通過wifi信號和路由器連接。7用putty登陸路由，轉到/etc/init.d/目錄，可以看到一個ser2net.conf文件，打開它可以看到路由串口的配置信息，默認配置的波特率是9600,8位數(shù)據位，1位停止位

16、，無校驗位。完成之后需要設定mjpg-streamer和ser2net隨機啟動，不然沒法正常工作。8由于我使用的攝像頭是301芯片的，在電腦上顯示會花屏，所以還需要對腳本進行修改，其操作步驟如下：具體步驟：A登陸路由器：telnet (IP地址根據你的路由器實際地址而定)。B編輯腳本/etc/init.d/wificar：# vi /etc/init.d/wificar （在START=80后面增加一行killall mjpg_streamer，修改后的腳本看下面內容。）#!/bin/sh /etc/monSTART=80killall mjpg_streamersta

17、rt() mjpg_streamer -b -i "input_uvc.so -r 640x480 -f 15" -o "output_http.so p 8080 -w /web"# mjpg_streamer -b -i "input_uvc.so -r 352x288 -f 15 -y" -o "output_http.so -p 8080 -w /web"ser2netstop()killall mjpg_streamerkillall ser2netC保險起見，修改wificar腳本權限。# chmod

18、-777D重啟路由器。# sync；sync；reboot9插上301芯片的攝像頭，在電腦上打開我們的一個wifi小車的控制界面軟件，選擇wifi控制模式，然后打開視頻，這時我們可以看到一個穩(wěn)定視頻信號通過路由器無線傳送到了我們的電腦終端，至此說明我們路由器刷機及其配置完成。3.2 單片機最小系統(tǒng)設計最小系統(tǒng)主控芯片是宏晶公司MCS-51系列單片機中的89C52。3.2.1 主控制芯片89C5289C52是宏晶公司MCS-51系列單片機中基本的產品，它采用ETC公司可靠的CHMOS工藝技術制造的高性能8位單片機，屬于標準的MCS-51的HCMOS產品。它結合了HMOS的高速和高密度技術及CHM

19、OS的低功耗特征，它基于標準的MCS-51單片機體系結構和指令系統(tǒng)，屬于80C51增強型單片機版本，集成了時鐘輸出和向上或向下計數(shù)器等更多的功能，適合于類似馬達控制等應用場合。89C52內置8位、256字節(jié)內部數(shù)據存儲器RAM、8k片內程序存儲器（ROM）32個雙向輸入/輸出(I/O)口、3個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內時鐘振蕩電路。此外，89C52還可工作于低功耗模式，可通過兩種選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結CPU而RAM、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內其它功能。89C52有PDIP(40pin)

20、和PLCC(44pin)兩種封裝形式。主要功能特性：1標準MCS-51內核和指令系統(tǒng)。232個雙向I/O口。33個16位可編程定時/計數(shù)器。4向上或向下定時計數(shù)器。56個中斷源。6全雙工串行通信口。7幀錯誤偵測。8自動地址識別。9空閑和掉電節(jié)省模式。10片內8kROM（可擴充64kB外部存儲器）。11256x8bit內部RAM（可擴充64kB外部存儲器）。12時鐘頻率3.5-12/24/33MHz。13改進型快速編程脈沖算法。145.0V工作電壓。15布爾處理器。164層優(yōu)先級中斷結構。17兼容TTL和CMOS邏輯電平。18PDIP(40)和PLCC(44)封裝形式。管腳說明：VCC：供電電壓

21、。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據存儲器，它可以被定義為數(shù)據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位

22、雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸

23、入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口作為STC89C52的一些特殊功能口，管腳備選功能：P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據存儲器讀選通） RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程

24、期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA / VPP：當/EA保持低電平時，則

25、在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩電路：外接石英晶體或者陶瓷諧振器以及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路。為了使裝置能夠被外部激活，XATL1應該有效，而XTAL2應該被懸空。由于輸入到內部的時鐘信號電路通過了一個二分頻的信號，外部信號的工作周期比沒有別的要求，但是最大值和最小值的

26、大小可以在數(shù)據表上觀察出來。 當正常工作時，外部振蕩器可以計算出XTAL1上的電容，最大可達到100pF。這是由于振蕩器電容和反饋電容之間的相互作用。當外部信號是標準高電平或者低電平時，電容不會超過20pF。空置模式：用戶的軟件都可以調用空置模式。當單片機出于這種模式，耗能就會自然降低。特殊功能端和板子上的隨機存儲器在空置狀態(tài)保持各自的電平。但是處理器阻止裝置執(zhí)行指令。空置模式會被激活如果端口處于復位狀態(tài)或者中斷系統(tǒng)有效。 3.2.2 STC89C52RC單片機最小系統(tǒng)STC89C52RC單片機最小系統(tǒng)的基本工作電路包括電源電路、時鐘電路和復位電路。其組成方框圖如圖3-3所示。單片機電源電路時

27、鐘電路復位電路圖3-3 單片機最小系統(tǒng)組成方框圖1電源電路電源電路模塊為單片機最小系統(tǒng)和其他功能模塊提供標準的+5V電源電壓。2時鐘電路單片機的時鐘信號為單片機芯片內部的各種操作提供時間基準，時鐘電路為單片機產生時鐘脈沖序列。作為單片機工作的時間基準，典型的晶體振蕩頻率為12MHz。MCS-51系列單片的時鐘信號可以由兩種方式產生：一種為內部時鐘方式，利用芯片內部的振蕩電路；另一種為外部時鐘方式。其兩種電路如圖3-4所示。（a）內部時鐘方式 （b）外部時鐘方式圖3-4 單片機時鐘信號示意圖3復位電路單片機復位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都恢復到一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。當在

28、MCS-51系列單片的RST引腳處引入高電平并保持2個機器周期，單片機內部就執(zhí)行復位操作。單片機常見的復位電路有兩種基本形式：一種是上自動電復位，另一種是手動復位。其兩種電路方式如圖3-5（a）、（b）所示。由于STC89C52RC單片機芯片內有時鐘振蕩電路，所以此系統(tǒng)單片機均采用內部時鐘方式。只需在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體和微調電容，就構成了自激振蕩器并在單片機內部產生時鐘信號脈沖信號。同時，也采用手動復位電路。其具體電路設計如圖3-6所示。（a）上電自動復位 （b）手動復位圖3-5 單片機復位電路示意圖在此圖中，C1、C2電容的作用的是穩(wěn)定頻率和快速起振，其值為530

29、pF，在此選擇30pF；晶振X1的振蕩頻率范圍在3.533MHz之間選擇，因為需要使用串通訊涉及波特率，所以在此選擇22.1184MHz。3.2.3 89C52單片機的使用本次設計，使用到了89C52單片機的I/O口的輸入輸出功能、內部定時器T0、T1、T2的使用及串口中斷、外部中斷。圖3-6 單片機最小系統(tǒng)電路圖89C52單片機的I/O口的輸入功能用于傳感器信號的輸入處理。通過單片機對外部傳感器的信號采集處理，從而對外部條件進行判斷以確定小車下一步的運行狀態(tài)。89C52單片機的I/O口信號輸出，主要是給驅動模塊送控制信號用于控制電機的轉動、給舵機送PWM控制信號控制舵機的偏轉以及控制開關蜂鳴

30、器、燈光等。單片機的內部定時器的使用是用于產生PWM信號，以及其他需要精確時間的地方。單片機的串口中斷，用于與路由器進行的串口通訊，接收電腦終端發(fā)送的串口指令。單片機的外部中斷用于紅外信號的接收，然后通過解碼程序得到命令，從而控制小車的運動。3.3 電機驅動電路電動小車的驅動不但要求電機驅動系統(tǒng)具有高轉矩重量比、寬調速范圍、高可靠性，而且電機的轉矩-轉速特性受電源功率的影響，這就要求驅動具有盡可能寬的高效率區(qū)。我們所使用的電機一般為直流電機，主要用到永磁直流電機、伺服電機及步進電機三種。直流電機的控制很簡單，性能出眾，直流電源也容易實現(xiàn)。我們使用的這種直流電機的驅動及控制需要電機驅動芯片進行驅

31、動。常用的電機驅動芯片有L297/298，MC33886，ML4428等。3.3.1 電機驅動模塊使用我們使用的L298N是ST公司生產的一種高電壓、大電流電機驅動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用

32、L298N芯片驅動電機，該芯片可以驅動一臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅動兩臺直流電機。項目使用的是4個直流電機，項目中使用了兩塊L298N電機驅動來驅動這四個直流電機的轉動。其實物及引腳圖如下圖3-7所示。其中6和11引腳是它的使能端，一個使能端控制一個電機，只有當它們都是高電平的時候兩個電機才有可能工作，5、7、10、12是298的信號輸入端和單片機的IO口相連，2、3、13、14腳是輸出端，輸入5和7腳控制輸出2和3腳，輸入的10、12腳控制輸出的13、14腳。圖3-7 L298驅動芯片實物及引腳圖3.3.2 驅動原理及電路圖驅動部分我們使用的是L298N驅動芯片構成的一個驅動電路

33、模塊如圖3-8所示。圖3-8 驅動實物圖3.3.3 驅動模塊原理及電路原理圖電路原理圖如下圖3-9所示。圖3-9 L298驅動模塊電路原理圖使用直流/步進兩用驅動器可以驅動兩臺直流電機。分別為M1和M2。引腳A，B可用于輸入PWM脈寬調制信號對電機進行調速控制。（如果無須調速可將兩引腳接5V，使電機工作在最高速狀態(tài)，既將短接帽短接）實現(xiàn)電機正反轉就更容易了，輸入信號端IN1接高電平輸入端IN2接低電平，電機M1正轉。（如果信號端IN1接低電平，IN2接高電平，電機M1反轉。）控制另一臺電機是同樣的方式，輸入信號端IN3接高電平，輸入端IN4接低電平，電機M2正轉。（反之則反轉），PWM信號端A

34、控制M1調速，PWM信號端B控制M2調速。可參考下圖表3-1。表3-1電機驅動狀態(tài)表電機旋轉方式控制端IN1控制端IN2控制端IN3控制端IN4輸入PWM信號改變脈寬可調速調速端A調速端BM1正轉高低/高/反轉低高/高/停止低低/高/M2正轉/高低/高反轉/低高/高停止低低/高3.4 攝像頭介紹本項目中攝像頭實現(xiàn)實時監(jiān)測小車周邊情況，使之成為一個無線可控移動的視頻監(jiān)控器，也用于判斷小車當前路況。3.4.1 攝像頭簡介攝像頭（CAMERA）又稱為電腦相機、電腦眼等，它作為一種視頻輸入設備，在過去被廣泛的運用于視頻會議、遠程醫(yī)療及實時監(jiān)控等方面。近年以來，隨著互聯(lián)網技術的發(fā)展，網絡速度的不斷提高，

35、再加上感光成像器件技術的成熟并大量用于攝像頭的制造上，這使得它的價格降到普通人可以承受的區(qū)間。普通的人也可以彼此通過攝像頭在網絡進行有影像、有聲音的交談和溝通，另外，人們還可以將其用于當前各種流行的數(shù)碼影像、影音處理。3.4.2 攝像頭的分類攝像頭分為數(shù)字攝像頭和模擬攝像頭兩大類。模擬攝像頭可以將視頻采集設備產生的模擬視頻信號轉換成數(shù)字信號，進而將其儲存在計算機里。模擬攝像頭捕捉到的視頻信號必須經過特定的視頻捕捉卡將模擬信號轉換成數(shù)字模式，并加以壓縮后才可以轉換到計算機上運用。數(shù)字攝像頭可以直接捕捉影像，然后通過串、并口或者USB接口傳到計算機里。現(xiàn)在電腦市場上的攝像頭基本以數(shù)字攝像頭為主，而

36、數(shù)字攝像頭中又以使用新型數(shù)據傳輸接口的USB數(shù)字攝像頭為主，目前市場上可見的大部分都是這種產品。除此之外還有一種與視頻采集卡配合使用的產品，但目前還不是主流。由于個人電腦的迅速普及，模擬攝像頭的整體成本較高等原因，USB接口的傳輸速度遠遠高于串口、并口的速度，因此現(xiàn)在市場熱點主要是USB接口的數(shù)字攝像頭。以下主要是指USB接口的數(shù)字攝像頭。3.4.3 攝像頭的工作原理攝像頭的工作原理大致為：景物通過鏡頭（LENS）生成的光學圖像投射到圖像傳感器表面上，然后轉為電信號，經過A/D（模數(shù)轉換）轉換后變?yōu)閿?shù)字圖像信號，再送到數(shù)字信號處理芯片（DSP）中加工處理，再通過USB接口傳輸?shù)诫娔X中處理，通過

37、顯示器就可以看到圖像了。我們這里是將攝像頭連接在路由器的USB接口上，通過路由器上的攝像頭驅動軟件使攝像頭工作，并由路由器通過WIFI將視頻信號發(fā)送出去。電腦等終端接收設備，接收到視頻信號后通過控制軟件的界面顯示圖像。3.4.4 攝像頭的主要結構和組件從攝像頭的工作原理就可以列出攝像頭的主要結構和組件：1主控芯片（詳情請參閱下面介紹）2感光芯片（詳情請參閱下面介紹）3鏡頭（詳情請參閱下面介紹）4電源。攝像頭內部需要兩種工作電壓：3.3V和2.5V，因此好的攝像頭內部電源也是保證攝像頭穩(wěn)定工作的一個因素。在本次wifi小車的制作中我們使用的天敏S606的攝像頭，如圖3-10所示。圖3-10 天敏

38、S606攝像頭3.5 舵機舵機如圖3-11所示。圖3-11 舵機舵機的輸入線共有三條，紅色中間，是電源線，一邊黑色的是地線，這輛根線給舵機提供最基本的能源保證，主要是電機的轉動消耗。電源有兩種規(guī)格，一是4.8V，一是6.0V，分別對應不同的轉矩標準，即輸出力矩不同，6.0V對應的要大一些，具體看應用條件；另外一根線是控制信號線，F(xiàn)utaba的一般為白色，JR的一般為桔黃色。另外要注意一點，SANWA的某些型號的舵機引線電源線在邊上而不是中間，需要辨認。但記住紅色為電源，黑色為地線，一般不會有錯。 3.5.1 舵機的控制舵機的控制信號為周期是20ms的脈寬調制（PWM）信號，其中脈沖寬度從0.5

39、ms-2.5ms，相對應舵盤的位置為0180度，呈線性變化。也就是說，給它提供一定的脈寬，它的輸出軸就會保持在一個相對應的角度上，無論外界轉矩怎樣改變，直到給它提供一個另外寬度的脈沖信號，它才會改變輸出角度到新的對應的位置上。舵機內部有一個基準電路，產生周期20ms，寬度1.5ms的基準信號，有一個比較器，將外加的PWM信號與基準信號相比較，判斷出方向和大小，從而產生電機的轉動信號。由此可見，舵機是一種位置伺服的驅動器，轉動范圍不能超過180度，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的驅動當中。比方說機器人的關節(jié)、飛機的舵面等。3.5.2 舵機的作用在本次wifi小車中我們利用兩個舵機做成一個云

40、臺（如圖3-12），將攝像頭固定在云臺上，通過89C52單片機控制舵機旋轉一定的角度，把我們想要角度的圖像通過攝像頭傳送到電腦等終端設備。圖3-12 舵機云臺3.6 電源模塊單片機和舵機需要分別單獨供5V、6V的電源。本項目采用的是通過集成穩(wěn)壓芯片LM78XX系列構成一個5v、6v的穩(wěn)壓模塊供電。LM78系列引腳及實物圖如圖3-13所示。3.6.1 LM78系列集成穩(wěn)壓芯片介紹中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78××系列和負電壓輸出的79××系列。顧名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的EIC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調

41、整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6V，7909表示輸出電壓為負9V。因為三端固定集成穩(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經常采用。圖3-13 LM78系列穩(wěn)壓引腳及實物在實際應用中，應在EQWEWQW 三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當然小功率的條件下不用）。當溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。當制作中需要一個能輸出1.5A以上電流的穩(wěn)壓電源，通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián)起來，使其最大輸出電流為N個1.5A，但應用時需注意：并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電路應采用同一廠家、同一批

42、號的產品，以保證參數(shù)的一致。另外在輸出電流上留有一定的余量，以避免個別集成穩(wěn)壓電路失效時導致其他電路的連鎖燒毀。3.6.2 穩(wěn)壓電路78穩(wěn)壓電路原理圖如圖3-14所示。圖3-14 7805、06集成芯片穩(wěn)壓電路原理圖這是一個輸出正5V、6V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。IC采用集成穩(wěn)壓器7805、7806，其中電容分別為輸入端和輸出端濾波，LED和電阻R1構成一個電源指示電路，具體參數(shù)如圖3-14所示。當輸出電較大時，7805應配上散熱板。3.7 路由器及驅動模塊供電模塊LM2596路由器需要一個12V/1A的電源；電機驅動需要一個8V左右的電源。我們這里分別使用了兩個可調壓的LM2596電源模塊分

43、別調節(jié)到想要的電壓為路由器和電機驅動供電。LM2596系列是生產的3A輸出降壓開關型集成穩(wěn)壓，它內含固定頻率振蕩器（150KHZ），和基準穩(wěn)壓器（1.23V），并具有完善的：電流限制、熱關斷電路等。利用該器件只需極少的外圍器件便可構成高效穩(wěn)壓電路。提供有：3.3V、5V、12V及可調（-ADJ）等多個電壓檔次產品。 此外，該芯片還提供了工作狀態(tài)的外部控制引腳。圖3-15為LM2596芯片實物以及引腳示意圖。1為+VIN，2為out put，3為gnd，4為feed back，5為on/off。3.7.1 LM2596系列開關穩(wěn)壓集成電路的主要特性1最大輸出電流：3A 2最高輸入電壓：37V 3

44、輸出電壓：3.3V、5V、12V及（ADJ）等，最大輸出電壓37V4震蕩頻率：150KHZ 5轉換效率：75%88%（不同電壓輸出時的不同）6：-40+125 7工作模式：低功耗/正常兩種模式。可外部控制 8工作模式控制：TTL相容 9所需外部：僅四個（不可調）；六個（可調） 10器件保護：熱關斷及電流限制 11封裝形式：5腳（TO-220(T)；TO-263(S)3.7.2 LM2596構成的可調壓電源模塊開關電源調節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3A的驅動電流，同時具有很好的線性和負載調節(jié)特性。可調節(jié)輸出小于37V的各種電壓。該器件內部集成頻率補償和固定頻率發(fā)生器，開關頻率為15

45、0KHZ,與低頻開關調節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件。由于該器件只需4個外接器件，可以使用通用的標準電感，這更優(yōu)化了LM2596的使用，極大地簡化了開關電源電路的設計。圖3-15 LM2596實物及引腳圖其中，。由于路由器耗電較大需要供12V/1A的電，我們通過調節(jié)LM2596的開關電源模塊電路為路由器供12V/1A的電源以及給耗電較大的電機供電。其電路圖3-16所示。可調壓LM2596電路原理圖如圖3-16所示。圖3-16 LM2596構成的可調壓電源模塊電路圖3.8 燈光、蜂鳴器及電平轉換電路設計燈光、蜂鳴器及電平轉換電路都是通過三極管的開關作用實現(xiàn)的，如圖3-17、3-18、3-

46、19所示。燈光電路和蜂鳴器電路都是通過單片機引腳輸出高低電平到三極管的基極，使三極管導通或截止，從而控制LED的點亮熄滅，控制蜂鳴器的鳴叫。其中燈光電路中的電阻用于限流保護發(fā)光二極管。電平轉換電路中將5V轉化為3V是通過滑動電阻器降壓實現(xiàn)的，將3V轉換為5V是通過3V的信號控制三極管的截止，導通進行控制從而使三級管的發(fā)射極對應輸出高低電平用于輸入單片機進行處理。圖3-17 燈光控制電路圖3-18 蜂鳴器控制電路圖3-19 電平轉換電路第4章 系統(tǒng)程序設計4.1 系統(tǒng)程序簡介硬件平臺結構一旦確定，大的功能框架即形成，軟件在硬件平臺上構筑，完成各部分硬件的控制和協(xié)調工作。系統(tǒng)功能是由軟硬件共同實現(xiàn)

47、的，由于軟件的可伸縮性，最終實現(xiàn)的系統(tǒng)功能可強可弱，差別可能很大。因此，軟件是系統(tǒng)的靈魂。軟件采用模塊化設計方法，不僅易于編程和調試，也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。我們的小車控制是通過89C52單片機控制驅動電路和給舵機送控制信號，然而這些控制信號的命令又是電腦等終端設備通過無線路由器串口傳送給單片機的，所以在程序中我們需要設計到串口的使用、定時器使用、I/O口的使用。4.2 程序流程圖智能WIFI小車的軟件編寫主要分為命令接收部分、命令執(zhí)行部分、以及具體的信號的采集和處理。4.2.1 主程序流程圖系統(tǒng)主程序模塊主要完成對系統(tǒng)中各模塊電路的初始化等工作，主要包括對定時器、串口中斷、外部

48、中斷的初始化，同時執(zhí)行電腦等終端設備所發(fā)送的命令，等待外部中斷以及根據所需要的功能進行相應操作。軟件總體設計及程序流程如下圖4-1所示。判斷串口接收的指令開始初始化I/O口初始化定時器T1、T2及串口中斷小車前進小車后退小車左轉小車右轉小車停止蜂鳴器開蜂鳴器關小車燈開小車燈關小車尋跡小車避障舵機1轉舵機2轉小車加速小車減速圖4-1 主函數(shù)流程圖4.2.2 串口中斷子函數(shù)流程圖通過串口中斷，實現(xiàn)單片機和路由器進行通訊。進入中斷后關掉中斷，避免數(shù)據信號重復引起中斷。根據命令數(shù)據發(fā)送的規(guī)律，將命令解碼儲存在相應的二維數(shù)組當中，方便在主函數(shù)中調用。具體流程圖如下圖4-2所示。4.2.3 定時器2中斷子

49、函數(shù)流程圖通過定時器的初始值和循環(huán)次數(shù)，確定出舵機PWM信號的20Ms的周期，通過控制高電平持續(xù)的中斷次數(shù)，來確定具體的PWM信號。其流程圖如下圖4-3所示。結束指令類型或數(shù)據接收到結束命令NY串口中斷將IR歸零將接收到的數(shù)據命令賦給數(shù)組計數(shù)cont=0小車方向小車速度燈蜂鳴器舵機尋跡避障計數(shù)cont+圖4-2 串口中斷流程圖4.2.4 避障子函數(shù)流程圖根據傳感器探測到小車四周障礙物狀態(tài)，從而確定驅動幾個電機的旋轉方向，也就確定了小車的運動狀態(tài)。其流程圖如下圖4-4所示。4.2.5 尋跡函數(shù)流程圖根據傳感器掃黑線上的狀態(tài)，從而確定驅動幾個電機的旋轉方向，也就確定了小車的運動狀態(tài)。其流程圖如下圖

50、4-5所示。結束t1=200？t1=200？t1=io1？、？t2=io2？中斷標志位清零定時中斷初始化T2t1、t2自加舵機1控制端歸零舵機2控制端歸零舵機1控制信號復位t1=0舵機2控制信號復位t1=0圖4-3 定時中斷函數(shù)流程圖判斷P2口狀態(tài)避障函數(shù)小車前進小車后退小車左轉小車右轉小車停止圖4-4 避障子函數(shù)流程圖小車停止小車右轉小車左轉小車后退小車前進判斷P0口狀態(tài)尋跡函數(shù)圖4-5 尋跡子函數(shù)流程圖第5章 制作與調試5.1 系統(tǒng)仿真隨著科技的發(fā)展，“計算機仿真技術”已成為許多設計部門重要的前期設計手段。它具有設計靈活，結果、過程統(tǒng)一的特點。可使設計時間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工

51、程制造的風險。5.1.1 常用軟件介紹1Keil軟件Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調試工具

52、也會令你事半功倍。其軟件界面如圖5-1所示。圖5-1 Keil軟件界面圖2Proteus軟件Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計

53、軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯。其軟件界面如圖5-2所示。圖5-2 Proteus軟件界面5.1.2 仿真測試1系統(tǒng)初始化測試：主要完成對系統(tǒng)中各模塊電路的初始化等工作，如在Proteus里面對軟件的一些參數(shù)進行調試。將Proteus里的單片機89C52的晶振設置為我們實物中使用的參數(shù)22.1184MHz，將T0、

54、T1和T2定時器開啟并使之從單片機的I/O口輸出，我們通過Proteus軟件里的示波器，就可看出我們設置的定時器初始值是否合適，如果不合適我們就能根據I/O口的波形，修改我們的參數(shù)直到合適為止。2分模塊對軟件進行測試，在Proteus軟件中我們把我們的尋跡、避障模塊程序分別進行調試，我將傳感器的狀態(tài)在軟件中用開關替代，在輸出I/O引腳上加上發(fā)光二極管，用觀察輸出狀態(tài)。這樣我們就可將外部的輸入狀態(tài)和輸出進行對比，判斷出個模塊軟件的編寫是否正常。5.2 實物調試根據系統(tǒng)設計方案，此系統(tǒng)調試可分為硬件調試、軟件調試和軟硬件聯(lián)調三個部分。1硬件調試由于此設計實物的焊接、裝配工作量非常大，所以在電路安裝完成后，首先應對系統(tǒng)進行整體檢查，確認電路無虛焊、短路、斷路等錯誤，然后應該對電路各功能模塊進行分級調試，逐步實現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能。2軟件調試此系統(tǒng)的軟件程序，均使用C語言編寫。首先選用單片機開發(fā)板作為程序調試的載體，逐步對各模塊子程序進行調試，然后再將各子程序模塊進行有機組合、聯(lián)調，最終完成整個系統(tǒng)的軟件調試。3軟硬聯(lián)調系統(tǒng)軟硬件聯(lián)調的主要任務是檢測系統(tǒng)中各模塊的功能和效果，同時需要校正系統(tǒng)的相關數(shù)據，按實際測量數(shù)據進行調試，直至數(shù)據結果準確為止。第章 結論通過本次WIFI智能小車的理論學習、論文編寫和實物的制作，進一步的認識到了自身存在