毕业设计（论文）-基于单片机控制智能小车设计以及英文文献和proteus仿真包括程序

毕业设计（论文）基于单片机控制智能小车设计以及英文文献和PROTEUS仿真包括程序摘要本次设计的智能小车，采用AT89C51单片机为控制核心。运用L298芯片实现对小车前进、后退、左行、右行、以及全速和减速的控制，同时单片机根据情况播放相应的音乐并点亮相应颜色的LED灯此外本设计还运用液晶显示器LCD1602对小车行驶里程和实时日期、时间进行显示。在液晶显示器的第一行显示根据霍尔元件A44E获得的脉冲数而计算出的里程数；在液晶显示器的第二行显示从时钟芯片DS1302读取的实时日期和时间。由以上各部分实现了设计要求的自动避障、液晶显示、声光报警三大功能。ABSTRACTTHEAT89C51MICROCONTMLLERISTAKENASTHECONTROLCOREFORTHEDESIGNOFANINTELLIGENTCARINTHEPAPER，WITHTHEUSINGOFL298CHIP,ITCANCONTROLTHEAUTOMATICADVANCE,BACKWARDTURNLEFT,TURNRIGHTANDWITHTHESPEEDFULLORSLOW,ALSOITACCORDINGTOTHECASEOFULTRASONICSENSORSDETECTEDPLAYTHECORRESPONDINGMUSICANDLIGHTTHECOLORCODEDLEDSBESIDES,THISDESIGNUSESLCD1602FORCARTRIPMILEAGEANDREALTIMEDATEANDTIMEDISPLAYTHEFIRSTROWOFTHELCDDISPLAYTHEMILEAGEWHICHBASEDONTHENUMBEROFPULSESTHATTHEHALLELEMENTA44EGOTTHESECONDROWOFLCDDISPLAYTHEDATEANDTIMEWHICHREADFROMTHECLOCKCHIPDS1302BYABOVEALLTHEDESIGNREQUESTPARTIALLYREALIZEDAUTOMATICOBSTACLEAVOIDANCE,LIQUIDCRYSTALDISPLAY,SOUNDLIGHTALARMTHREEMAJORFUNCTIONSKEYWORDAT89C51L298DS1302LIQUIDCRYSTALDISPLAY1绪论111研究背景112选题意义12整体方案设计321整体方案的设计思路322整体设计的构成图33硬件的选择531电源模块的选择532电机控制模块中硬件的选择5电机的选择5电机控制模块的选择633时间与里程显示模块中的硬件的选择8显示器的选择8时钟芯片的选择11里程检测元件的选择1534声光报警模块中的硬件的选择1635障碍检测模块中硬件的选择1836单片机的选择与简介184设计所用软件以及模块程序设计2141所用软件的简介21KEIL的简介21PROTUES的简介2242主程序设计2343电机控制程序设计2444声光报警程序设计2545显示程序设计27结论29致谢30参考文献31附录A文献及翻译33附录B程序清单48附录C元件清单64附录D电路图651绪论11研究背景当今世界，传感器技术和自动控制技术正在飞速发展，机械、电气和电子信息已经不再明显分家，自动控制在工业领域中的地位已经越来越重要，“智能”这个词也已经成为了热门词汇。现在国外的自动控制和传感器技术已经达到了很高的水平，特别是日本，比如日本本田制作的机器人，其仿人双足行走已经做得十分逼真，而且具有一定的学习能力，还据说其智商已达到6岁儿童的水平。作为机械行业的代表产品汽车，其与电子信息产业的融合速度也显著提高，呈现出两个明显的特点一是电子装置占汽车整车（特别是轿车）的价值量比例逐步提高，汽车将由以机械产品为主向高级的机电一体化方向发展，汽车电子产业也很有可能成为依托整车制造业和用车提升配置而快速成为新的增长点；二是汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，使其不仅作为一种代步工具、同时能具有交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。无容置疑，机电一体化人才的培养不论是在国外还是国内，都开始重视起来，主要表现在大学生的各种大型的创新比赛，比如亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛LCD1602显示时间与里程，在LCD初始化之后，LCD第二行显示从DS1302读取的时间，同时A44E霍尔元件会根据车路所转的圈数将相应的脉冲输入单片机，单片机经过运算而获得的里程就会显示在LCD1602第一行上。22整体设计的构成图PROTEUS上绘出的PCD图如图11图21基于单片机控制的智能小车设计电路图3硬件的选择31电源模块的选择本设计的电源为车载电源。为保证电源工作可靠，单片机系统与动力伺服系统的电源采用蓄电池。而传感器和备用电源采用两节小巧轻便的干电池。32电机及电机控制模块中硬件的选择与运用电机的选择。设计中共用到两个电机，前面放置的电机控制小车左右转，后面放置的电机控制小车前进后退。电机放置位置如图31图31电机放置位置图电机控制模块的选择L298芯片来驱动电机。L298是SGS公司（意法半岛体公司）生产的H桥电动机驱动芯片。L298为单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，可直接的对电机进行控制，无须隔离电路。通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，非常方便，亦能满足直流减速电机的大电流要求。调试时在依照表，用程序输入对应的码值，能够实现对应的动作。表是其使能、输入引脚和输出引脚的逻辑关系。表31L298的引脚和输出引脚的逻辑关系基于以上分析，我们选择了方案二，用L298N来作为电机的驱动芯片。L298N的引脚说明如表32所示图32L298N引脚图表32L298引脚说明表33时间与里程显示模块中的硬件的选择显示器的选择图33LCD1602引脚图1602可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0D7，和RS、R/W、EN三个控制端口，工作电压为5V，并且带有字符对比度调节和背光。1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表示表33LCD1602引脚说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极表34RS、R/W和E功能表。图34LCD1602读写操作时序图DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为25V55V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源和双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。图3为DS1302的引脚排列,其中VCC2为后备电源，VCC1为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由VCC1或VCC2两者中的较大者供电。当VCC1大于VCC202V时，VCC1给DS1302供电。当VCC1小于VCC2时，DS1302由VCC2供电。X1和X2是振荡源，外接32768KHZ晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在VCC25V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端双向。DS1302的引脚及内部结构如图3表35DS1302引脚功能表图DS1302管脚图及内部结构图DS1302的所有功能都是通过对其内部地址进行操作实现的。其内部存储空间分为2部分80H91H为功能控制单元，C0HFDH为普通存储单元；所有单元地址中最低位为0表示将对其进行写数据操作，最低位为1表示将对其进行读数据操作。普通存储单元是提供给用户的存储空间，而特殊存储单元存放DS1302的时间相关的数据，用户不能用来存放自己的数据。读写D7D6D5D4D3D2D1D0秒81H80H0059CH秒的十位秒的个位分83H82H00590分的十位分的个位时85H84H0112或002312/240A/PHR小时的个位日87H86H013100日的十位日的个位月89H88H01120000/1月的个位DS1302数据输入或输出方式可以是单字节传送也可以是多字节传送。每个传送过程可分为启动传送、发送命令、传送数据3各阶段。下面具体介绍DS1302的数据传送过程。启动传送在DS1302写入数据或从其中读取数据时，需要RST置为高电平来启动数据传送。首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器。其次RST还提供了中止单字节或多字节数据传送命令。发送命令命令字节格式如表所示，每个数据传送由命令字节初始化。其中，最高有效位MSB（位7）必须为逻辑“1”，如果它是“0”，则禁止写DS1302。位6为逻辑“0”指定时钟/日历数据；为逻辑“1“指定的RAM数据。位15指定数据输入或者输出的特定寄存器，最低有效位LSB（位0）为逻辑“0”时，指定进行写操作（输入）；为逻辑“1”时，指定进行读操作（输出）。写命令字节总是从最低有效位LSB位0开始输入。命令字节是在每个SCLK的上升沿输入至DS1302的。表37DS1302地址/命令字节格式位7位6位5位4位3位2位1位01A4A3A2A1A0传输数据按照数据的传输方向，可以分为数据输入和数据输出两种。当数据输入时，写入数据跟随命令字节的8个SLCK周期之后，在下8个SLCK周期的上升沿输入数据字节。数据传送从低位开始。当数据输出时，输出数据也是跟随命令字节的8个SLCK周期之后，在下8个SLCK周期的下降沿输入数据字节。DS1302数据传输方式可以分为单字节传送和多字节传送两种。单字节传送时序如图所示。发送完命令字节后，在下8个SLCK周期时就可以接受或者读取数据了。图图36DS1302单字节传送时序图多字节传送时序图如图所示。同上面介绍的内容一样，地址命令位6选择时钟或者RAM，位0用于选择多或者写数据。在多字节读写操作中，从地址位0的位开始。图37DS1302多字节传送时序图DS1302是与单片机连接。图38DS1302与单片机连接图里程检测元件的选择脉冲计数法是智能测速与智能测里程系统中常用的方法。只要转轴每旋转一周,产生一个或固定的多个脉冲,并将脉冲送入微处理器中进行计数,即可获得转速或里程的信息。可以有多种方式来获得脉冲信号。将光电传感器安装在转轴上,当扇叶经过时,可产生脉冲信号。但是光电传感器对灰尘、油污等比较敏感,因此不适宜安装在车轮上。光电编码器和霍尔传感器都不怕灰尘和油污,且都广泛应用于工业现场。但是光电编码器价格较昂贵,霍尔传感器价格便宜且具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，安装方便，功耗小，功率高（可达1MHZ），耐振动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染和腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高。对于设置了一定保护措施的霍尔器件其工作温度范围可达55150。按照霍尔器件的功能可将它们分为霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者为输出模拟量，后者输出数字量。本次设计运用的就是后者霍尔开关器件。按被检测的对象的性质可将它们的应用分为直接应用和间接应用。前者是直接检测出受监测对象本身的磁场或磁性，后者是检测手机按对象人为设置的磁场，用这个磁场来作为被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量，例如力、力矩、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。霍尔开关电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔片、差分放大器，斯密特发触发器和输出级组成。在外磁场的作用下，当磁感应强度超过导通阀值时，霍尔电路输出导通，输出低电平，之后，强度增加仍然保持通态。若外加磁场磁感应强度低于导通阀阀值时，输出截止，输出高电平。A44E接线如图39所示，A44E放置位置如图310所示图39霍尔A44接线图图3A44E放置位置图34声光报警模块中的硬件的选择声光报警运用扬声器与三色LED进行声光报警。当单片机接收到传感器的信号时，LED发光。本设计选用三种颜色的LED灯分别是红色、黄色、蓝色。LED是英文LIGHTEMITTINGDIODE（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。LED光源的特点1电压LED使用低压电源，供电电压一般低于24V，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。2效能消耗能量较同光效的白炽灯减少80。3适用性很小，每个单元LED小片是35MM的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。4稳定性10万小时，光衰为初始的50。5响应时间其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。6对环境污染无有害金属汞7颜色改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄8价格LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当。本设计采用东阳市横店吉利来电子厂的36MM40MM的塑壳内磁35障碍检测模块中硬件的选择声波在传播时，方向性强，能量易于集中，且可传播足够远的距离。因此超声波传感器在避障的设计中被广泛应用。所选择的深圳金瓷科技有限公司生产的防水型超声波传感器，型号为NU40A18TR2；方向角为3565；工作温度为4080；检测范围为022M。共用两个超声波传感器，分别放置在小车车头的左边和右边。如图3所示图3传感器位置图表38P3口引脚第二功能端口引脚第二功能P30FDPXD串行输入口P31TXD（串行输出口）P32（外中断0）P33（外中断1）P34T0（定时/计数器0外部输入）P35T1（定时/计数器1外部输入）P36（外部数据存储写选通）P37（外部数据存储读选通）4设计所用软件以及模块程序设计KEIL简介。PROTEUS简介PROTUES软件是英国LABCENTERELECTRONICS公司出版的EDA（电子设计自动化）工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，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。PROTEUS软件具有其它EDA工具软件（例MULTISIM）的功能。这些功能是（1）原理布图（2）PCB自动或人工布线（3）SPICE电路仿真。支持当前的主流单片机，如51系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、68000系列等。软件仿真功能如下1）提供软件调试功能2）提供丰富的外围接口器件及其仿真RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。这样很接近实际。在训练学生时，可以选择不同的方案，这样更利于培养学生。3）提供丰富的虚拟仪器，利用虚拟仪器在仿真过程中可以测量外围电路的特性，培养学生实际硬件的调试能力。4）具有强大的原理图绘制功能。电路功能仿真特点如下在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。PROTUES是单片机课堂教学的先进助手。PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于PROTEUS提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台。随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中PROTEUS也能获得愈来愈广泛的应用。软件缺点器件库不全，库中一些很多重要芯片，在一定程度上会使电路仿真软件出错或乱码，此时仿真效果不及硬件仿真。42主程序设计流程图图41主流程图图42电机控制流程图图43声光报警程序流程图45显示程序设计显示程序主程序流程图图44显示程序流程图流程描述当接通电源后，液晶显示屏LCD1602进行初始化，之后延时消除抖动，然后设置第一行显示位置，在第一行显示小车所走过的路程，再然后设置第二行位置，并在第二行位置上显示日期和时间。DS1302程序流程图根据本次设计要求，认真分析设计课题的需求，学习了单片机的工作原理及其使用方法，独自设计智能小车的整个项目。经过很多次的查找和比对，终于选择了所要用的元器件，最终了整个小车的硬件系统，然后结合课题任务和小车硬件进行了程序的编制，并对相应的元件进行了改换，最终通过了系统软硬件的联机调试，成功实现设计任务所要求的液晶显示、声光报警和智能避障三大功能。通过本次毕业设计，不仅是对我大学四年所学知识的考查，更是对我的自学能力和收集资料能力以及动手能力的考验。本次毕业设计使我对一个项目的整体设计有了初步认识，还认识了几种传感器，并能独立设计出其接口电路，再有对电路板的制作有了一定的了解，并学会了使用PROTEUS设计电路。本次毕业设计还使我意识到了实验的重要性，在硬件制作和软件调试的过程中，出现了很多问题，最终都是通过实验的方法来解决的。还有以前对程序只是一个很模糊的概念，通过这次的毕业设计使我对程序完全有了一个新的认识，并能使用C熟练的进行编程了。通过本次毕业设计，极大的锻炼了我思考和分析问题的能力，并对机电一体化有了一个更深的认识。80C51单片机的智能,第4期2010第2期20094高吉祥，唐朝京全国大学生电子设计竞赛系列教程数字系统与自动控制系统设计第一版电子工业出版社，20072010433433,4464466上海慧烁信息科技发展/11，2006ATMEGA128单片机入门与提高面临的挑战第一版北京航空航天大学出版社，20094334349宋戈，黄鹤松，袁玉良51单片机应用开发范例大全第一版人民邮电出版社，201027427510求是科技单片机典型外围器件及出版社200625325311杨继生,刘芬霍尔传感器A44E在车轮测速中的，第三十二卷第十期10010012河南科技学院A44E1113刘坤，宋戈，赵红波51单片机C语言应200848548714彭为，黄科，雷道仲单片机典型系统设计出版社200671115陆彬21天学通51单片机开发第一版电子工业出版社，201031031116周灵彬，任开杰基于PROTEUS的电路与P出版社201011417赵嘉蔚，张家栋，清华大学出版社201018清华大学出版社200519胡汉才单片机原理及其出版社200420赵建领，薛园园51单片机开发应用出版社200921雷付容，张小林，崔浩51单片机常用模块出版社201022杨将新，李华军，刘东骏单片机程序设计及应用从基业出版社200623张义和，陈敌北，人民邮电出版社200624张洪润，刘秀英，张亚凡单片机应用设计200例（下册）第一版北京航空航天大学出版社，2006，2003雷思孝,李伯成,雷向莉单片机原理及实用技术凌阳16位单片机原理及应用西安电子科技大学出版社，2004200428哈尔滨工程大学出版社，2000附录ARESEARCHOFINTELLIGENTVEHICLEACTIVESAFETYSYSTEMINTHISPAPER,ANEWTYPEINTELLIGENTINITIATIVESYSTEMFORCARSECURITYISINTRODUCEDTHESYSTEMUSESADISTRIBUTEDECUSTRUCTURE,USINGLASERRANGEFINDER,ULTRASONICRANGEFINDER,INFRAREDRANGEFINDERONTHEDRIVINGSTATEOFTHEENVIRONMENTSURROUNDINGTHEVEHICLEREALTIMEMONITORING,THEUSEOFFUZZYNEURALNETWORKMODELTODETERMINEANDDECISIONMAKING,FORECASTINGTHEPOSSIBILITYOFTHEACCIDENTINTHECRITICALSTATE,AUTOMATICALLYSELECTAVALIDAVOIDANCEORDEFENSIVEMEASURESTOPREVENTACCIDENTS,ANDUSINGSOUNDANDLIGHTALARM,SOASTOENSURESAFEDRIVINGOFVEHICLESTHEAPPLICATIONEFFECTOFTHESYSTEMISGOOD关于车辆智能安全体系的研究本位介绍了一种新型的汽车安全系统。该系统采用分布式控制单元ECU控制结构,利用激光测距仪、超声波测距仪、红外测距仪在驱动状态的车辆实时监控的环境,利用模糊神经网络模型来确定预测和决策的可能性,事故的发生。在临界状态下,自动选择一个有效的规避或防御措施防止发生意外事故,利用声光报警,以确保车辆驾驶安全。该系统实际应用效果良好。关键词模糊神经网络智能决策的基础分布式控制系统,主动安全车载电子控制附录程序清单INCLUDEINCLUDEINCLUDESBITDS1302_CLKP16/实时时钟时钟线引脚SBITDS1302_IOP17/实时时钟数据线引脚SBITDS1302_RSTP15/实时时钟复位线引脚SBITACC0ACC0SBITACC7ACC7SBITLCDRSP20SBITLCDRWP21SBITLCDENP22SBITA44EP14SBITZUOP37SBITYOUP36SBITLED_REDP0SBITLED_HUANGP31SBITLED_LANP32SBITINPUT1P23/控制口SBITINPUT2P24SBITINPUT3P25SBITINPUT4P26SBITENAP27/产生PWM波SBITENBP30SBITBEEPIOP0/定义音乐输出管脚/LCD1602驱动程序/内部等待函数/向LCD写入命令或数据/设置显示模式/设置输入模式/初始化LCD/时间和里程显示函数/INTMILE0/对MILE初始值进行设定UNSIGNEDCHARMI10VOIDDELAY1MSUNSIGNEDINTCOUNT/延时函数UNSIGNEDINTI,JFORI0ICOUNTIFORJ0J120J/音乐播放函数/电机控制和声光报警程序/UNSIGNEDCHARCODETABLE0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F/挥着翅膀的女孩UNSIGNEDCHARCODEMUSIC_GIRL0X17,0X02,0X17,0X03,0X18,0X03,0X19,0X02,0X15,0X03,0X16,0X03,0X17,0X03,0X17,0X03,0X17,0X03,0X18,0X03,0X19,0X02,0X16,0X03,0X17,0X03,0X18,0X02,0X18,0X03,0X17,0X03,0X15,0X02,0X18,0X03,0X17,0X03,0X18,0X02,0X10,0X03,0X15,0X03,0X16,0X02,0X15,0X03,0X16,0X03,0X17,0X02,0X17,0X03,0X18,0X03,0X19,0X02,0X1A,0X03,0X1F,0X03,0X1F,0X03,0X1F,0X03,0X00,0X00,0X00/同一首歌UNSIGNEDCHARCODEMUSIC_SAME0X0F,0X01,0X15,0X02,0X16,0X02,0X17,0X66,0X18,0X03,0X17,0X02,0X15,0X02,0X16,0X01,0X15,0X02,0X10,0X02,0X15,0X00,0X0F,0X01,0X15,0X02,0X16,0X02,0X17,0X02,0X17,0X03,0X18,0X03,0X19,0X02,0X15,0X02,0X18,0X66,0