鬲印范辱院畢業(yè)論文題目：運(yùn)料小車自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)系別專業(yè)屆別指導(dǎo)教師李風(fēng)寧069060218計(jì)算機(jī)與信息工程系自動(dòng)化2010朱玉琴淮南師范學(xué)院教務(wù)處制目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要 （1）\o"CurrentDocument"緒論 （2）\o"CurrentDocument"運(yùn)料小車控制系統(tǒng)的方案論證 （2）各模塊方案選擇與論證 （2）系統(tǒng)各模塊的最終方案 （9）\o"CurrentDocument"單片機(jī)的發(fā)展與控制原理 （9）單片機(jī)的定義與發(fā)展趨勢 （9）國內(nèi)主流單片機(jī)的應(yīng)用比較 （11）單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理 （11）\o"CurrentDocument"單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) （14）系統(tǒng)硬件的基本組成部分 （14）主要單元電路的設(shè)計(jì) （14）檢測部分的單元電路設(shè)計(jì) （14）智能控制部分的單元電路設(shè)計(jì) （15）\o"CurrentDocument"運(yùn)料小車控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) （17）系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu) （17）系統(tǒng)子程序 （17）\o"CurrentDocument"系統(tǒng)測試及結(jié)果 （19）測試儀器 （19）測試結(jié)果 （20）\o"CurrentDocument"結(jié)論 （20）\o"CurrentDocument"致謝 （20）參考文獻(xiàn) （21）\o"CurrentDocument"附錄 （22）運(yùn)料小車自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生：李風(fēng)寧指導(dǎo)教師：朱玉琴系別：計(jì)算機(jī)與信息工程系摘要：本設(shè)計(jì)采用STC89C52RC單片機(jī)作為智能小車的控制中心，主要包括以下模塊：尋跡模塊避障模塊，語音模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，時(shí)間距離顯示模塊，測距模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等。小車可實(shí)現(xiàn)尋跡、檢測障礙物、顯示小車的行駛路程和行駛時(shí)間及語音報(bào)警等。路線識(shí)別裝置采用自制式反射紅外傳感器，顯示裝置采用LCD1602，語音模塊采用APR9600語音錄放芯片。驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用直流電機(jī),電源裝置采用單片機(jī)與電機(jī)單獨(dú)供電的方式。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；智能運(yùn)料小車；PWM脈寬調(diào)制TheautomaticcontrolsystemforthedesignStudent:LiFengning

Instructor:ZhuYuqinDepartment:DepartmentofComputerandInformationEngineeringAbstract：ThisdesignrealizeswithSTC89C52RCMCUasintelligentdolly'scontrolcenter,Mostlyconsistofthefollowingseveralmodules：Thetracingmodule，theavoidthicketmodule，thesoundmodule，themotordrivenmodule，thehourandspacedisplayingmodule,thedistancemeasuringmoduleandmore.Boththatofbogiecouldrealizetracing,judgeimpediment,soughtlit,displaybogieranjourneyandrunningtime,aswellassoundalarmandmorefunction.impedimentestimationadoptinfraredavoidthicketsensor，displayunitadoptlcd1602，soundmoduleadoptAPR9600soundrecording.Actuatingmotoradoptdirectcurrentdynamo.Supplyunitadoptmonolithiccomputerandelectricmachinesolitudepoweredmode.Keywords：monolithiccomputer；Smartcartransporter；PWM緒論早期運(yùn)料小車電氣控制系統(tǒng)多為“繼電器—接觸器”組成的復(fù)雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)周期長、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負(fù)責(zé)操作。后期系統(tǒng)通常把PLC控制技術(shù)與變頻器調(diào)速相結(jié)合，利用PLC控制變頻器，再通過變頻器優(yōu)良的調(diào)速性能，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車的自動(dòng)化控制。在工業(yè)快速發(fā)展，科技日新月異的今天，運(yùn)料小車應(yīng)該逐漸向智能化發(fā)展。所以本文將為你介紹關(guān)于智能化的運(yùn)料小車控制系統(tǒng)。在一切電器產(chǎn)品和工業(yè)控制都朝著智能化發(fā)展的今天，如：全自動(dòng)洗衣機(jī)，智能化熱水器等。本文將通過單片機(jī)為運(yùn)料小車的核心，設(shè)計(jì)一個(gè)智能的運(yùn)料小車。它具有如下功能：尋跡功能，如果你想小車的運(yùn)行路線是S形，只要你在道路上涂上或貼上S形的黑線，小車就能沿線運(yùn)行；避障功能，當(dāng)在運(yùn)行軌道上遇到障礙物就會(huì)停止，沒有障礙物就會(huì)重新啟動(dòng)繼續(xù)行駛（這是為了避免撞上障礙物并且讓小車不脫離軌道而這樣設(shè)計(jì)的）；語音功能，小車會(huì)報(bào)警，并給出語音提示；測距功能，小車能算出運(yùn)行距離并顯示在LCD顯示器上。以下設(shè)計(jì)為運(yùn)料小車模型。1運(yùn)料小車控制系統(tǒng)的方案論證各模塊方案選擇與論證本系統(tǒng)可分為控制部分和信號(hào)檢測部分。其中控制部分包括：電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，顯示模塊，聲光報(bào)警模塊。信號(hào)檢測模塊包括：避障模塊，尋跡模塊，路程測量模塊。系統(tǒng)模塊框圖如下圖所示。語

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塊路程計(jì)量模塊 LCD1602顯示模塊一單片機(jī)STC89C52RC電機(jī)驅(qū)動(dòng)循跡模塊模塊■一避障模塊圖1系統(tǒng)基本模塊方框圖⑴控制器模塊控制器使小車的大腦，主要用于接受各傳感器發(fā)送過來的信號(hào)，根據(jù)傳感器發(fā)送的信號(hào)，控制器會(huì)對小車做出相應(yīng)的動(dòng)作。控制器的選擇有兩種方案。方案一：選用STC生產(chǎn)的STC89C52RC單片機(jī)，STC89C52RC單片機(jī)是一款性價(jià)比非常高的單片機(jī)，它完全兼容ATMEL公司的51單片機(jī)，除此之外它自身還有很多特點(diǎn)，如：無法解密、低功耗、高速、高可靠、強(qiáng)抗靜電、強(qiáng)抗干擾等。其次STC公司的單片機(jī)內(nèi)部有1280字節(jié)的SRAM、8-64K字節(jié)的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器、2-8K字節(jié)的ISP引導(dǎo)碼、除P0-P3口外還多P4口（PLCC封裝）、片內(nèi)自帶8路8位AD（AD系列），片內(nèi)自帶EEPR0M、片機(jī)自帶看門狗、雙數(shù)據(jù)指針等。方案二：采用各類數(shù)字電路來組成小車的控制系統(tǒng)，對外圍避障信號(hào)，黑帶檢測信號(hào)，各路趨光信號(hào)進(jìn)行處理。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高，效率低，不利于小車智能化的擴(kuò)展，對各路信號(hào)處理比較困難。在此選擇方案一。⑵循跡模塊圖2光電對管檢測電路這里的循跡是指小車在白色紙板板上循黑線行走，通常采取的方法是紅外探測法。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和小車的行走路線。紅外探測器探測距離有限，一般最大不應(yīng)超過15cm。對于發(fā)射和接收紅外線的紅外探頭，可以自己制作或直接采用集成式紅外探頭。方案一：自制紅外探頭紅外光的發(fā)送接收選用型號(hào)為RPR220的對管。當(dāng)小車在白色地面行駛時(shí)，裝在車下的紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線信號(hào)，經(jīng)白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信號(hào)，那么圖中光敏三極管將導(dǎo)通，比較器輸出為低電平；當(dāng)小車行駛到黑色引導(dǎo)線時(shí)，紅外線信號(hào)被黑色吸收后，光敏三極管截止，比較器輸出高電平，從而實(shí)現(xiàn)了通過紅外線檢測信號(hào)的功能。將檢測到的信號(hào)送到單片機(jī)I/O口，當(dāng)I/O口檢測到的信號(hào)為高電平時(shí)，表明紅外光被地上的黑色引導(dǎo)線吸收了，表明小車處在黑色的引導(dǎo)線上；同理，當(dāng)I/O口檢測到的信號(hào)為低電平時(shí)，表明小車行駛在白色地面上。此種方法簡單，價(jià)格便宜，靈敏度可調(diào)，而且此電路電池供電的壓降較小。方案二:集成式紅外探頭可以采用型號(hào)為E3F—DS10C4集成斷續(xù)式光電開關(guān)探測器，它具有簡單、可靠的工作性能，只要調(diào)節(jié)探頭上的一個(gè)旋鈕就可以控制探頭的靈敏度。該探頭輸出端只有三根線（電源線、地線、信號(hào)線），只要將信號(hào)線接在單片機(jī)的I/O口，然后不停地對該I/O口進(jìn)行掃描檢測，當(dāng)其為高電平時(shí)則檢測到白紙，當(dāng)為低電平時(shí)則檢測到黑線。此種探頭還能有效地防止普通光源（如日光燈等）的干擾。其缺點(diǎn)是它對路徑的檢測是離散值不能連續(xù)檢測到黑線的位置，而且集成式紅外探頭體積比較大，占用了小車有限的空間。因考慮到檢測路線的及時(shí)性及小車的體積，所以在選擇探頭時(shí)選擇了方案一。紅外探頭的安裝：在小車具體的循跡行走過程中，為了能精確測定黑線位置并確定小車行走的方向，需要同時(shí)在底盤裝設(shè)3個(gè)紅外探測頭，提高其循跡的可靠性。小車行走時(shí)，始終保持黑線在1傳感器之下，當(dāng)小車偏離黑線時(shí)，單片機(jī)就會(huì)按照預(yù)先編定的程序發(fā)送指令給小車的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)再對小車路徑予以糾正。若小車回到了軌道上，即中間的探測器都只檢測到黑線，則小車會(huì)繼續(xù)行走；若小車由于慣性過大依舊偏離軌道，即三個(gè)探頭都檢測到白線，使小車保持原來的運(yùn)動(dòng)軌跡，使之回到正確軌道上去。表1光敏傳感器狀態(tài)真值表、傳感器編號(hào)小車狀態(tài)、CBA正常行駛010輕微右偏011嚴(yán)重右偏001輕微左偏110嚴(yán)重左偏100脫離引導(dǎo)線000主動(dòng)主動(dòng)圖3循跡傳感器安裝示意圖光電傳感器使用過程中要注意幾個(gè)問題。首先，要提高器件的一致性：一是發(fā)射／接收器件兩者的波長特性一致；二是發(fā)射／接收傳感器組對時(shí)，各方面性能應(yīng)盡量比較接近；三是安裝狀態(tài)一致，如各對傳感器的間距、高低、偏角等，因?yàn)檫@些因素都會(huì)影響光的反射和接收；其次，光電傳感器應(yīng)盡量靠近地面，以便減少外界光源對傳感器的干擾。垂直高度為5?10mm為宜，離地面過遠(yuǎn)，光反射信號(hào)差，信號(hào)不強(qiáng)；離地面過近，會(huì)導(dǎo)致反射角度太大，加劇光漫射干擾的影響，故應(yīng)適當(dāng)，以保證傳感器具有最佳的反應(yīng)光電傳感器檢測路線原理：小車的尋跡模塊采用三只自制的光電傳感器。一只置于軌道中間，兩只置于軌道外側(cè)，當(dāng)置于中間的一只光電開關(guān)檢測不到黑線且外側(cè)兩傳感器任一只檢測到黑線后，做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向調(diào)整，直到中間的光電開關(guān)重新檢測到黑線（即回到軌道）再恢復(fù)正向行駛。⑶路程計(jì)量模塊測速原理：單片機(jī)進(jìn)行測速，可以使用簡單的脈沖計(jì)數(shù)法。只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個(gè)或固定的多個(gè)脈沖，并將脈沖送入單片機(jī)中進(jìn)行計(jì)數(shù)，即可獲得轉(zhuǎn)速的信息。方案一：使用霍爾傳感器獲得脈沖信號(hào)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也較為簡單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個(gè)脈沖輸出。此種方法多見于工業(yè)應(yīng)用，測速的精度也較高。但針對本項(xiàng)目設(shè)計(jì)，由于小車的車輪較小且車輪距車體較近，安裝起來難度較大。方案二：使用紅外傳感器獲得脈沖信號(hào)，其基本原理原理和循跡方案中用到的紅外傳感器一樣，如圖5所示。此時(shí)需要在小車車輪內(nèi)側(cè)貼上黑白相隔的線條，當(dāng)小車車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，紅外傳感器會(huì)輸出相應(yīng)的脈沖，旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，會(huì)產(chǎn)生多個(gè)脈沖。此種方法便于實(shí)現(xiàn)，測速的精度也比較高。在此選擇方案二。為了提高測速的準(zhǔn)確性，在小車車輪內(nèi)側(cè)貼有8黑8白的線條。如圖5所示。測速原理圖如下圖所示。啟動(dòng)測速程序開外部中斷檢測脈沖計(jì)數(shù)加一圖6測速方案流程圖⑷顯示模塊：顯示模塊主要用于顯示小車行駛的距離和所用的時(shí)間，并能顯示小車當(dāng)前狀態(tài)。顯示模塊的選擇有以下兩種方案。方案一：采用普通7段LED數(shù)碼管做為小車整個(gè)行進(jìn)過程狀態(tài)的顯示器件，LED數(shù)碼管具有顯示亮度高，及功耗小的特點(diǎn)。常用在只需要顯示內(nèi)容簡單且不需要顯示漢字的地方。此方案涉及的硬件接口簡單，容易實(shí)現(xiàn)，軟件編程也較為簡單，但限于數(shù)碼管顯示內(nèi)容少，只能顯示個(gè)數(shù)字和字母，無法顯示小車當(dāng)前狀態(tài)及更多的信息，界面不夠友好。數(shù)碼管的原理：有八個(gè)小的LED燈組成，可以通過代碼控制，通過單片機(jī)的接口傳出一些數(shù)據(jù)，如：00101100,01010110,這里的1和0可以控制小LED的亮和暗，從而組成不同的數(shù)字和字母。方案二：采用行列驅(qū)動(dòng)式1602液晶顯示屏，作為小車運(yùn)行狀態(tài)的信息顯示。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險(xiǎn)，顯示影像穩(wěn)定不閃爍，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。LCD1602可以顯示豐富的信息，人機(jī)界面良好，顯示屏背光可調(diào)，通過調(diào)整可以適用不同光亮環(huán)境下的顯示。并且此液晶的接口也較為方便。在此選擇方案二⑸電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊方案一：采用專用集成芯片L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。L298N是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它相應(yīng)頻率高，一片L298N可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。方案二：采用由達(dá)林頓管組成的H型PWM電路。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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型電路保證了可以簡單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。考慮到性價(jià)比，在此選擇方案二。⑹語音模塊方案一：采用單片機(jī)產(chǎn)生不同的頻率信號(hào)來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲響提示，此方案能完成聲音提示功能，但給人提示的可懂性比較差。方案二：采用APR9600語音錄放芯片，APR9600采用模擬存儲(chǔ)技術(shù)，它是一款音質(zhì)好、噪音低、不怕斷電、可反復(fù)錄放的新型語音電路，單片電路可錄放32-60秒，并行控制時(shí)最大可分8段。APR9600具有價(jià)格便宜，有多種手動(dòng)控制方式，分段管理方便、多段控制時(shí)電路簡單、采樣速度及錄放音時(shí)間可調(diào)、每個(gè)單鍵均有開始停止循環(huán)多種功能等特點(diǎn)。在此選擇方案二。⑺避障模塊 淮南師范學(xué)院2010屆本科畢業(yè)論文 9方案一：用超聲波傳感器。超聲波檢測是通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差t,然后求出距離S=Ct/2（C為聲速），從而可知障礙物的位置，小車就可以避開障礙物，順利地到達(dá)目的地。但超聲波受環(huán)境影響較大，電路復(fù)雜，而且地面對超聲波的反射，會(huì)影響系統(tǒng)對障礙物的判斷，價(jià)格也比較貴。方案二：采用E18-D80NK集成紅外避障傳感器。這是一種集發(fā)射與接受于一體的光電傳感器。紅外線探測器是通過不斷檢測紅外線發(fā)射后遇到障礙物所返射的紅外線信號(hào)，該設(shè)備采用光電轉(zhuǎn)換功能，將接受到的紅外線信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)輸出。紅外避障傳感器受外界干擾小，價(jià)格便宜，輸出電平良好，并且安裝方便。在此采用方案二。系統(tǒng)各模塊的最終方案經(jīng)過論證，決定了系統(tǒng)各模塊的最終方案如下。⑴控制器模塊：采用STC89C52RS單片機(jī)；⑵尋跡模塊：采用自制紅外探頭；⑶測距模塊：采用自制式紅外探頭；⑷顯示模塊：采用行列驅(qū)動(dòng)式1602液晶顯示屏；⑸電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：采用由達(dá)林頓管組成的H型PWM電路。⑹語音模塊：采用APR9600語音錄放芯片。⑺避障模塊：采用E18-D80NK集成紅外避障傳感器。2單片機(jī)的發(fā)展與控制原理2.1單片機(jī)的定義與發(fā)展趨勢隨著計(jì)算機(jī)新技術(shù)不斷地涌現(xiàn)和VLSI設(shè)計(jì)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)無論在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)還是在性能上都發(fā)生了巨大的變化。計(jì)算機(jī)一方面向著高速、智能化的巨型機(jī)方向發(fā)展，另一方面向著嵌入式微型機(jī)的方向發(fā)展。其中，微型計(jì)算機(jī)以其性能和容量不斷提高，而價(jià)格不斷下降的趨勢，使其在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域乃至家庭生活中發(fā)揮著越來越大的作用。當(dāng)今微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展形成兩大技術(shù)分支：一是以微處理器MPU為核心組成的通用微機(jī)系統(tǒng)；另一分支是發(fā)展面向?qū)ο蟮挠糜趯?shí)時(shí)測控領(lǐng)域的微控制器MCU,亦稱單片微計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）。隨著超大規(guī)模高速集成電路的發(fā)展，現(xiàn)代電子技術(shù)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)入了單片系統(tǒng)SOC（SystemOnaChip）階段，從而使單片機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)發(fā)生了深刻的變化。SOC的設(shè)計(jì)要從整個(gè)系統(tǒng)的功能及性能出發(fā)，把微處理器（MPU）、芯片結(jié)構(gòu)、數(shù)字/模擬等外圍器件全部放置在一塊芯片上，完成整個(gè)系統(tǒng)的功能，真正實(shí)現(xiàn)“系統(tǒng)單片機(jī)”故SOC為單片機(jī)的應(yīng)用提供了更廣闊的應(yīng)用前景及更強(qiáng)的生命力。臺(tái)灣凌陽科技股份有限公司近年推出的UnSPTN單片機(jī)就是基于SOC的新型的數(shù)/模混合的系統(tǒng)級芯片。在一個(gè)芯片內(nèi)集成了單片機(jī)數(shù)據(jù)采集或控制系統(tǒng)所需的模擬和數(shù)字外設(shè)及其它功能部件。凌陽公司推出的單片機(jī)有8位、16位共50多種不同的IC芯片型號(hào)及其產(chǎn)品，以適用不同的應(yīng)用領(lǐng)域，用戶可根據(jù)需要選擇相應(yīng)的單片機(jī)系統(tǒng)。凌陽單片機(jī)順應(yīng)了單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢，其系統(tǒng)芯片具有集成度高、數(shù)/模混合、功能全、低功耗、低電壓等特點(diǎn)。另外，凌陽單片機(jī)還增加了適合于DSP的某些特殊指令；其中SPCE061A單片機(jī)還嵌入了LCD控制/驅(qū)動(dòng)和雙音多頻發(fā)生器功能。單片機(jī)是器件級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它可以嵌入到任何對象體系中去，實(shí)現(xiàn)智能化控制。小到微型機(jī)械，如手表、助聽器。集成器件級的低價(jià)位，低到幾元、十幾元，足以使單片機(jī)普及到許多民用家電、電子玩具中去。單片機(jī)構(gòu)成的現(xiàn)代電子系統(tǒng)已深入到各家各戶，正改變我們的生活，如家庭中的音響、電視機(jī)、洗衣機(jī)、微波爐、電話、防盜系統(tǒng)、空調(diào)機(jī)等。單片機(jī)革新了原有電子系統(tǒng)，如微波爐采用單片機(jī)控制后，可方便地進(jìn)行時(shí)鐘設(shè)置、程序記憶、功率控制；空調(diào)機(jī)采用單片機(jī)后不但遙控參數(shù)設(shè)置方便，運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)變換，還可實(shí)現(xiàn)變頻控制。目前許多家用電器如VCD、DVD只有單片機(jī)出現(xiàn)后才可能實(shí)現(xiàn)其功能。單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)也被稱為微控制器（Microcontroller），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。單片機(jī)共經(jīng)歷以下四個(gè)階段：第一階段（1976~1978年）：低性能單片機(jī)的探索階段。以Intel公司的MCS-48為代表，采用了單片結(jié)構(gòu)，即在一塊芯片內(nèi)含有8位CPU、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行I/O口、RAM和ROM等。主要用于工業(yè)領(lǐng)域。第二階段（1978~1982年）：高性能單片機(jī)階段，這一類單片機(jī)帶有串行I/O口，8位數(shù)據(jù)線、16位地址線可以尋址的范圍達(dá)到64K字節(jié)、控制總線、較豐富的指令系統(tǒng)等。這類單片機(jī)的應(yīng)用范圍較廣，并在不斷的改進(jìn)和發(fā)展。第三階段（1982~1990年）：16位單片機(jī)階段。16位單片機(jī)除CPU為16位外，片內(nèi)RAM和ROM容量進(jìn)一步增大，實(shí)時(shí)處理能力更強(qiáng)，體現(xiàn)了微控制器的特征。第四階段（1990年~）：微控制器的全面發(fā)展階段，各公司的產(chǎn)品在盡量兼容的同時(shí)，向高速、強(qiáng)運(yùn)算能力、尋址范圍大以及小型廉價(jià)方面發(fā)展。國內(nèi)主流單片機(jī)的應(yīng)用比較Intel （MCS51系列,MCS96系列）Atmel （AT89系列，MCS51內(nèi)核）Microchip---（PIC系列）Motorola——（68HCXX系列）Zilog （Z86系列）Philips （87,80系列,MCS51 內(nèi)核）Siemens （SAB80系列，MCS51內(nèi)核）NEC （78系列）Epson （系列）單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理P0P1P0P1P2P3圖7單片機(jī)的結(jié)構(gòu)圖INT0INT1TXDRXD1）中央處理器（CPU）中央處理器是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。MCS-51的CPU能處理8位二進(jìn)制數(shù)或代碼。2） 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部RAM）8051芯片中共有256個(gè)RAM單元，但其中后128單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。因此通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器就是指前128單元，簡稱內(nèi)部RAM。3） 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（內(nèi)部ROM）8051共有4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因此，稱之為程序存儲(chǔ)器，簡稱內(nèi)部ROM。4） 定時(shí)/計(jì)數(shù)器8051共有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。5）并行I/O口MCS-51共有4個(gè)8位的I/O口（P0、P1、P2、P3）,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出。在實(shí)訓(xùn)中我們已經(jīng)使用了P1口，通過P1口連接8個(gè)發(fā)光二極管。MCS-51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳排列請參見下圖

234562345678910111213141516171819201P1.0VCCP1.1PO.OP1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.71 P0.6RST/VPD7 P0.7RXDP3.0. EA/VPPTXDP3.10ALE/PROGINTOP320 PSENINT1P3.31 P2.7TOP3.43 P2.6T1P3.58 P2.5WRP3.6P2.4RDP3.7P2.3XTAL2P2.2XTAL1P2.1VSSP2.04039383736353433 32— 1L- 30_ 2—282262524232221圖8MCS-51的引腳排列1．單片機(jī)控制系統(tǒng)組成酥網(wǎng)m復(fù)光］K佩時(shí)「龍訓(xùn)囂騎下］両通訊接口二極管舉鳴器換卸單片機(jī)51系列單片機(jī)備開發(fā)-??-Ll_心片所有10口全部IIC酥網(wǎng)m復(fù)光］K佩時(shí)「龍訓(xùn)囂騎下］両通訊接口二極管舉鳴器換卸單片機(jī)51系列單片機(jī)備開發(fā)-??-Ll_心片所有10口全部IIC總線EEPR0MAT24C02貰數(shù)模未串口迪信指示K」r衿lrG;e-:tFmxrlrK逐Tyrrnmx::」-:-::'」：、=??二DS18B20數(shù)字溫度傳復(fù)位按健TTL串行數(shù)據(jù)接口及獨(dú)立羅盤鎖緊裝置方便圖9單片機(jī)最小開發(fā)板（1）一個(gè)8位微處理器CPU。（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM和特殊功能寄存器SFR。（3）內(nèi)部程序存儲(chǔ)器ROM。（4）兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，用以對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可用作定時(shí)器。（5）四個(gè)8位可編程的I/O（輸入/輸出）并行端口，每個(gè)端口既可做輸入，也可做輸出。（6） 一個(gè)串行端口，用于數(shù)據(jù)的串行通信。（7） 中斷控制系統(tǒng)。（8） 內(nèi)部時(shí)鐘電路。2．單片機(jī)的工作過程啟動(dòng)電源時(shí)，單片機(jī)會(huì)按照芯片里面所寫入的程序代碼一步步去執(zhí)行，執(zhí)行終了時(shí)，可以通過按復(fù)位鍵，單片機(jī)會(huì)重新開始執(zhí)行命令。3單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件的基本組成部分主要的硬件有：單片機(jī)，LCD,各種傳感器主要單元電路的設(shè)計(jì)檢測部分的單元電路設(shè)計(jì)⑴軌跡檢測電路的設(shè)計(jì)紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)。當(dāng)小車在白色地面行駛時(shí)，裝在車下的紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線信號(hào)，經(jīng)白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信號(hào)，那么圖中光敏三極管將導(dǎo)通，比較器輸出為低電平；當(dāng)小車行駛到黑色引導(dǎo)線時(shí)，紅外線信號(hào)被黑色吸收后，光敏三極管截止，比較器輸出高電平，從而實(shí)現(xiàn)了通過紅外線檢測信號(hào)的功能。將檢測到的信號(hào)送到單片機(jī)I/O口，當(dāng)I/O口檢測到的信號(hào)為高電平時(shí)，表明紅外光被地上的黑色引導(dǎo)線吸收了，表明小車處在黑色的引導(dǎo)線上；同理，當(dāng)I/O口檢測到的信號(hào)為低電平時(shí)，表明小車行駛在白色地面上。⑵路程計(jì)量電路的設(shè)計(jì)路程計(jì)量所使用的方法與軌跡檢測電路相同。⑶避障傳感器電路及安裝避障傳感器使用集成避障傳感器，集成避障傳感器只有三根引線，兩根電源線，一根輸出，使用非常簡單。避障傳感器連接電路如圖所示。

智能控制部分的單元電路設(shè)計(jì)⑴控制電路的設(shè)計(jì)圖10STC89C52RS圖10STC89C52RS最小系統(tǒng)及外圍電路⑵液晶顯示電路的設(shè)計(jì)圖11圖11LCD1602電路圖⑶電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)小車的后輪采用如圖12所示的驅(qū)動(dòng)電路，該電路分為三個(gè)部分。接口電路：接口電路負(fù)責(zé)連接控制器的I/O接口信號(hào)，主要為控制電機(jī)的MOTOR1A、M0T0R1B、M0T0R2A、M0T0R2B、四路信號(hào)；以及電機(jī)調(diào)速的控制口SPPED1、SPEED2兩路信號(hào)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路：MOTOR1A和MOTOR1B控制一個(gè)H橋，該H橋輸出端J3接左輪電機(jī),所以M0T0R1A、MOTOR1B控制小車左側(cè)電機(jī)的前進(jìn)和后退。M0T0R2A、MOTOR2B控制另外一個(gè)H橋，該H橋輸出J5接右輪電機(jī)，所以M0T0R2A、M0T0R2B控制小車右側(cè)電機(jī)的前進(jìn)和后退。改變該四路控制信號(hào)就可以讓小車完成左右、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)、后退、原地轉(zhuǎn)圈等動(dòng)作。電機(jī)調(diào)速電路：為了方便小車的運(yùn)行速度控制和車輪的差動(dòng)控制，我們使用PWM調(diào)速控制方法，由圖12可知，SPEED1如果是高電平，Q7就出于導(dǎo)通狀態(tài)，電機(jī)工作；如果是低電平，Q7截止，電機(jī)也停止工作，通過改變PWM占空比就可以起到電機(jī)調(diào)速效vccQiR2QSEL：J3?nri)icQ9R5Q5Q6NPN8U5UNPN8U5UT4R12C0N2NPN8050PNP855)PNPS550NPN8050NPN3050C0N2SPEEDvccQiR2QSEL：J3?nri)icQ9R5Q5Q6NPN8U5UNPN8U5UT4R12C0N2NPN8050PNP855)PNPS550NPN8050NPN3050C0N2SPEED1果。SPEED2工作原理同SPEED1。如不需要變速，直接用短接子將J4和J5短接。M0ICR1AM0I0R1B圖12后輪驅(qū)動(dòng)電路運(yùn)料小車控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)智能電動(dòng)小車的軟件結(jié)構(gòu)如圖所示。主要包括頂層文件、電機(jī)控制、尋跡管理、顯示管理、避障管理、聲光報(bào)警管理6個(gè)部分。圖13智能電動(dòng)車的系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)子程序?qū)ほE子程序當(dāng)小車沿著黑線行走時(shí)，對三個(gè)傳感器的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷，根據(jù)三個(gè)傳感器的組合狀態(tài)，單片機(jī)控制小車進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。此程序的最大一個(gè)特點(diǎn)是，當(dāng)小車不慎使出軌道，小車能重新回到軌道上。程序流圖如圖14所示。顯示子程序當(dāng)小車停止時(shí)，要求顯示小車所用的時(shí)間及其行駛的距離，程序流程圖如圖15所示。避障子程序當(dāng)小車沒有檢測到障礙物時(shí)，小車尋跡行駛。當(dāng)小車檢測到障礙物（這里的障礙物有可能是人）時(shí)，小車暫停，然后報(bào)警（啟動(dòng)語音模塊）。當(dāng)障礙物消失，小車?yán)^續(xù)尋跡行駛。在次判斷前方是否有障礙物。如此循環(huán)調(diào)用，避障流程圖如圖15所示。語音提示子程序 運(yùn)料小車自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18小車根據(jù)運(yùn)行的狀態(tài)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的聲音，以給人提示。語音提示子程序如圖15所示。尋跡子程序流程圖圖14尋跡子程序流程圖圖15主程序流程圖系統(tǒng)測試及結(jié)果測試儀器測試所用的設(shè)備如表2所示。表2測試使用的設(shè)備序號(hào)名稱、型號(hào)、規(guī)格數(shù)量備注1TPR3003-3C穩(wěn)壓電源12UT2002數(shù)字萬用表13XJ4328雙蹤示波器14卷尺1最大測量距離2米，最小量程0.1cm5秒表1測試結(jié)果1.功能指標(biāo)測試（1）尋跡功能正常實(shí)現(xiàn)（2）檢測障礙物正常實(shí)現(xiàn)（3）報(bào)警功能（語音）正常（4）可以測距，偏差較小2.小車的優(yōu)缺點(diǎn)分析本設(shè)計(jì)是以STC89C52RS為核心，經(jīng)過調(diào)試，小車基本上可以實(shí)現(xiàn)尋跡行駛（包括減速左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)、后退），遇見障礙物暫停并發(fā)出警報(bào)，顯示行車時(shí)間和里程等功能。但有些功能還需改進(jìn)。比如小車的調(diào)速系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間還有待縮短等。結(jié)論本智能運(yùn)料小車可以滿足目前運(yùn)料的要求，通過這次設(shè)計(jì)，對課本知識(shí)有了更深入的了解。也在設(shè)計(jì)中運(yùn)用了課本知識(shí)，比如，模電，數(shù)電等基礎(chǔ)知識(shí)，還有單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)。C語言編寫單片機(jī)程序，一些特殊傳感器的使用。提高了對課本知識(shí)運(yùn)用的能力，和實(shí)際動(dòng)手能力，加深對keil.Proteus等相關(guān)軟件的使用。這為以后的工作打下了基礎(chǔ)。致謝感謝朱玉琴老師親切的關(guān)懷和耐心的指導(dǎo)，感謝我的同學(xué)和朋友給我極大的鼓勵(lì)和參謀，感謝我所參考的文獻(xiàn)、著作的作者，給我學(xué)習(xí)的渠道。最后，感謝淮南師范學(xué)院，感謝計(jì)算機(jī)與信息工程系，我在這里走向了成熟。謹(jǐn)以此結(jié)束全文，感謝所有關(guān)心幫助我的人。李風(fēng)寧2010-5參考文獻(xiàn)黃智偉．全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽訓(xùn)練教程．北京：電子工業(yè)出版社，2005．1戴仙金.51單片機(jī)及其C語言程序開發(fā)實(shí)例?北京：清華大學(xué)出版社，2008,2高吉祥．?dāng)?shù)字系統(tǒng)與自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)．北京：電子工業(yè)出版社，20007．6黃志偉．全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽系統(tǒng)設(shè)計(jì)．北京：航天航空大學(xué)出版社，2007許力．智能控制與智能系統(tǒng)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006沙占友，孟志強(qiáng)，王彥朋．單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)．北京：電子工業(yè)出版社，2006梅麗鳳．單片機(jī)原理及接口技術(shù)．北京：清華大學(xué)出版社，2005彭為，黃科．單片機(jī)典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講．北京：電子工業(yè)出版社，2006TomPetruzzellis.傳感器電子制作.北京：科學(xué)出版社，2007賈伯年，俞樸，宋愛國．傳感器技術(shù)．南京：東南大學(xué)出版社，2007MykePredko.精通8051程序設(shè)計(jì).北京：人民郵電出版社，2006王雪文，張志勇.傳感器原理及應(yīng)用.北京:航空航天大學(xué)出版社，2004趙亮，候國銳.單片機(jī)C語言.北京：人民郵電出版社，2003康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ).數(shù)字部分.北京：高等教育出版社，2000康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ).模擬部分.北京：高等教育出版社，1999黃繼昌等.傳感器工作原理及應(yīng)用實(shí)例.北京:人民郵電出版社，1998附錄附錄1：小車所用元器件清單小車所用元器件清單器件名稱數(shù)量、參數(shù)STC89RC52芯片1LM339N芯片2ADC08041LCD16021馬達(dá)2X130馬力光電對管5紅外避障傳感器1電容若干電阻若干三極管若干二極管若干電位器若干蜂鳴器/APR9600語音錄放芯片1發(fā)光二極管若干排線若干光敏二極管若干附錄2：電路原理圖電源電路EED1SPSPM(M(EED2DIOR1ADIOR1BMOIOR2A路接口電xAPR9600語音模塊電路圖附錄3：程序清單/*智能運(yùn)料小車軟件部分*//*軟件的主要功能:接收傳感器信號(hào),控制小車的狀態(tài)*///單片機(jī)引腳接口#include<reg52.h>/*引腳定義*///電機(jī)引腳//左邊電機(jī)TOC\o"1-5"\h\zsbit RMot_AP = P3"4;sbit RMot_AN = P3“5;//右邊電機(jī)sbit RMot_BP = P3飛；sbit RMot_BN = P3“7;//尋線電路引腳sbitFollow_L =P「2;sbitFollow_M =P「3;sbitFollow_R =P「4;//障礙物檢測引腳sbitHinder_DTC=P3"2;//語音報(bào)警sbitGuide=P「5;//顯示引腳#defineTDispData P0#defineSDispData P2sbitDS1CS =P「6;sbitDS0CS =P「7;//顯示子程序#include<reg52.h>#include"Config.h"#include"IOCfg.c"#include"TimeDLY.h"#include"SegDisp.h"INT8Utable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//：Display()voidTDisplay(INT8Utemp){INT8UX1,X2,X3;if((temp<100)&(temp>10))//兩位顯示{X1=temp/10;X2=temp-10*X1;DS1CS=0;DS0CS=1;TDispData=table[X1];LDelay(20);DS1CS=1;DS0CS=0;TDispData=table[X2];}elseif(temp<10)//一位顯示{X3=temp;DS1CS=1;DS0CS=0;TDispData=table[X3];}}voidSDisplay(INT8Utemp){Temp=(int)(2*3.14*N/8);INT8UX1,X2,X3;if((temp<100)&(temp>10))//兩位顯示{X1=temp/10;X2=temp-10*X1;DS1CS=0;DS0CS=1;SDispData=table[X1];LDelay(20);DS1CS=1;DS0CS=0;SDispData=table[X2];}elseif(temp<10)//一位顯示{X3=temp;DS1CS=1;DS0CS=0;SDispData=table[X3];}}//延時(shí)子程序Delay#include<reg52.h>#include"Config.h"#include"TimeDLY.h"http://短延時(shí)voidnNop(INT8Ui){for(;i>0;i--);}//長延時(shí)voidLDelay(INT16Ui){INT16Uj;for(;i>0;i--){for(j=80;j>0;j--);}}//定時(shí)器TO溢出做延時(shí)函數(shù)：TO_Delay()voidT0_Delay(INT16Utemp){INT16Ucnt;cnt=65536-1OO*temp; //晶振：12MHzTMOD=TMOD|OxO1; //T1工作在方式1(16位計(jì)數(shù)器)THO=(INT8U)(cnt>>8);TLO=cnt&Oxff;TRO=1;while(TFO!=1);TFO=O;TRO=O;}//避障子程序#include<reg51.h>#include"Config.h"#include"IOCfg.c"#include"TimeDLY.h"#include"StepMot.h"http://障礙物檢測：Hinder_DTC()bitHinder_DTC(){bitx;if(Hinder_DTC==1)//檢測到障礙物{LMotStop();RMotStop();Guide=1; //語音報(bào)警x=1;}else