基于单片机的WIFI智能小车毕业设计论文

芒廨 芒廨 芒廨 毕业设计方案 课题名称：基于 51 单片机的 芒廨 1 芒廨 芒廨 内容摘要 基于单片机的 能小车由路由器，电机，小车车体， 片机控制芯片， 块，电机驱动模块， 稳压电路模块， 口电平转换模块，电源等主要部件以及 ，蜂鸣器和数码管等辅助部件组成。 基于单片机的 能小车是 片机通过其串口对块发送 令，使 块连接到路由器并且让后手机打开 开制作好的 过路由器这个中转站向 块发送控制指令，在 块接收到控制指令 后，通过 块的串口和 片机上的串口之间相互发送控制指令的数据流，单片机的串口在接收到从 块传来的控制指令的数据流，最终做出控制选择，进而控制小车运动、指示灯的亮灭、蜂鸣器的开关和数码管的显示。 基于单片机的 能小车主要是利用手机作为上位机，而单片机作为下位机，通过 块和路由器进行对无线信号的处理，然后通过串口传送有线的信号，从而实现上位机通过无线来控制下位机的运作，实现智能化和无线遥控等功能。 关键词： 片机；小车。 芒廨 芒廨 芒廨 1芒廨 芒廨 目录 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 第 1 章 绪论 . 1 第 2 章 方案论证及选择 . 2 统方案选择 . 2 体设计方案 . 3 机系统 . 3 机工作原理 . 4 第 3 章 硬件 系统 设计 . 5 由器 . 5 块 . 5 块引脚功能 . 6 片机 . 7 片机引脚功能 . 8 片机的外围电路 . 10 293D 电机驱动模块 . 11 293D 引 脚功能及原理图 . 11 /稳压模块 . 13 /稳压模块的原理图 . 13 V 和 口电平转换模块 . 14 脚功能和原理图 . 15 第 4 章 软件 系统设计 . 16 件开发环境 . 16 件的开发 . 16 片机程序开发环境 . 17 序流程图 . 17 程序流程图 . 17 口中断接收流程图 . 19 口发送指令流程图 . 20 第 5 章 设备 调试 . 22 统 调试 . 22 件设备调试 . 22 口 连线 . 23 片机连线 . 23 片机和 块的连线 . 24 件调试 . 24 块的调试 . 24 片机的调试 . 26 片机和 块的调试 . 27 心得体会 . 28 总结 . 29 芒廨 芒廨 芒廨 2芒廨 芒廨 参考文献 . 30 附录 1 单片机程序 . 31 附录 2 令集 . 36 芒廨 芒廨 芒廨 1芒廨 芒廨 第 1 章 绪论 现在是一个智能化的时代，各种智能化的设备正在逐步代替人为的操作。随着汽车工业的迅速发展，关于智能汽车的研究也越来越受人们关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该课题的研究。设计的 能小车能够实现自动循迹，壁障功能，可程控行驶速度、电脑手机 接控制行驶及其他的控制方式。本系统能实现对小车的运动状态进行实时控制。系统控制灵活、可靠、精度高、可满足对系统的各项要求。本设计以 片机为控制核心，利用 块和路由器接收 和处理无线信号，然后通过 而完成手机控制单片机的运作。通过对本小车的研究，我们可以初步构建智能汽车的模型和理论基础。对于智能汽车的研究，国内外都有很大的成就，谷歌的无人驾驶汽车，已经能够在高速公路上安全行驶数千里，在高速行驶下都能有这么好的操控能力，无非是智能汽车领域的一座里程碑。 在智能家居系统研发方面，美国及一些欧洲国家一致处于领先地位，今年来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国外知名企业，先后跻身于智能家居系统的研发中。例如：微软公司开发的“梦幻之 家”、摩托罗拉公司开发的“居所之门” 庭主任”等均已日趋成稳定技术强占家居市场。此外，日韩等新国的龙头企业纷纷致力于家居智能化的开发，对家居市场更是跃跃欲试。 本设计选用的 89片机属于 列单片机，由 司开发，其结构有 8 字节 速存储器， 256 字节内部 32 个 I/O 口线， 3 个16 位定时计数器，一个 6 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时， 降至 O 静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电上作模式。空闲方式停止 工作，但允许 时计数器串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。由于 89系统性能满足系统数据采集及时间精度要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故用来作为控制核心。新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了良好的基础。本设计主要研究内容就是基于 89计一部车能够实现 控制系统。 芒廨 芒廨 芒廨 2芒廨 芒廨 第 2 章 方案论证及选择 统方案选择 方案 1：自己首先学习相关知识，理解单片机智能小车的原理以及 手设计出带有 配购好小车相关的材料后，组装出小车模型。调试好 后用手机等终端设备通过路由器驱动 体的如图 2 下图是关于方案 1 设计版图构想，如图 2示。 图 2案 1 设计图 方案 2：自己首先学习相关知识，理解单片机智能小车的原理以及单片机和信方式，了解 及单片机的串口传输的方式。然后利用已经完成有的单片机小车，通过在单片机小车上添加一个 后自己通过设计编写单片机和 用这样的方法来实现手机终端来通过路由器在无线传输的方式对单片机进行控制，从而进一步的控制小车的运动等一系列指令。具体的如图 2 下图是关于方案 2 设计版图构想，如图 2示。 图 2案 2 设计图 方案选择：方案 1和方案 2涉及的相关知识大致相同，两种不同思路的选择，所需要的材料也不同。介于我们对制作成本和材料考虑，我们小组选择方案 2，利用已有的单片机小车，对小车进行改装，在小车上加个 现手机等终端设备通过无线信号控制小车的运动。选择方案 2，我们认为可以加强我们的动手能力，能够充分的学习和利用相关的专业知识，达到综合素质的提升。 芒廨 芒廨 芒廨 3芒廨 芒廨 体设计方案 基于单片机的 机驱动模块、 5V 与 口电 平转换模块和 稳压模块等主要结构组成，其中还有一些次要设备，比如蜂鸣器， 和数码管等。 机系统 下图是整机系统图，是 图 2 图 2机系统图 项目系统包括路由器、 口 块、 片机、电机驱动模块、串口电平转换模块、 5 /稳压模块、电机驱动模块组成。如图 2 口 块是用来接收到手机等上位机设备发送的控制指令信息和单片机通过串口通信传来的 令信息来连接到路由器，然后创建多连接和 式，来实现手机和 块之间的通信； 片机最小系统是小车的核心系统，用来控制和协调小车的运动；电机驱动模块用来驱动小车电机的运作； 5V 和 口电平转换模块是用来转换单片机和 块之间的信号电平，主要是适用于本模块的工作电压；电源电路用来提供单片机和稳压模块用来给 鸣器电路作用是用来给单片机一个提示音；电机作用就是让小车的轮子转动，来使小 车动起来。 芒廨 芒廨 芒廨 4芒廨 芒廨 机工作原理 基于单片机的 能小车是 片机通过其串口对块发送 令，使 块连接到路由器并且让后手机打开 开制作好的 过路由器这个中转站向 块发送控制指令，在 块接收到控制指令后，通过 块的串口和 片机上的串口之间相互发送控制指令的 数据流，单片机的串口在接收到从 块传来的控制指令的数据流，最终做出控制选择，进而控制小车运动、指示灯的亮灭、蜂鸣器的开关和数码管的显示。如：小车运动， 鸣器的发声等。 基于单片机的 能小车主要是利用手机作为上位机，而单片机作为下位机，通过 块和路由器进行对无线信号的处理，然后通过串口传送有线的信号，从而实现上位机通过无线来控制下位机的运作，实现智能化和无线遥控等功能。 芒廨 芒廨 芒廨 5芒廨 芒廨 第 3 章 硬件 系统 设计 由器 路由器（ （如图 3连接因特网中各 局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号。 路由器是互联网络的枢纽 交通警察 。目前路由器已经广泛应用于各行各业，各种不同档次的产品已成为实现各种骨干网内部连接、骨干网间互联和骨干网与互联网互联互通业务的主力军。路由和交换机之间的主要区别就是交换机发生在 考模型第二层（数据链路层），而路由发生在第三层，即网络层。这一区别决定了路由和交换机在移动信息的过程中需使用不同的控制信息，所以说两者实现各自功能的方式是不同的。 路由器（ （如图 3示）又称网关设备（ 用于连接多个逻辑上分开的网络，所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器的路由功能来完成。因此，路由器具有判断网络地址和选择 径的功能，它能在多网络互联环境中，建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网，路由器只接受源站或其他路由器的信息，属网络层的一种互联设备。 下图是路由器的设备图，如图 3 图 3由器 块 本次设计用到 后接收手机端发送的信号，对单片机进行控制。 块又名串口 块，属于物联网传输层，功能是将串口或 平转为符合 线网络通信标准的嵌入式模块，内置无线网络协议芒廨 芒廨 芒廨 6芒廨 芒廨 统的硬件设备嵌入 块可以直接利用 入互联网，是实现无线智能家居、 物联网应用的重要组成部分。 下图是 块的正反面图，如图 33 图 3块正面图 图 3块反面图 一款超低功耗的模块，拥有业内极富竞争力的封装尺寸和超低能耗技术，专为移动设备和互联网的应用设计，可将用户的物理设备连接到 行互联网或局域网通信，实现联网功能。 广泛应用于智能电网、智能交通、智能家具、手持设备、工业控制等领域。 块引脚功能 下图是 块的引脚图，如图 3 图 3块引脚图 下表是 块引脚说明，如表 2 所示。 表 2 块引脚表 ） 收； 2） 芒廨 芒廨 芒廨 7芒廨 芒廨 片机 单片机（ 一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 机存储器 读存储器 种 I/O 口和中断系统、定时器 /计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、 A/成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪 80 年代，由当时的 4位、 8位单片机，发展到现在的 300 司生产的一种低功耗、高性能 微控制器，具有8储器。 做了很多的改进使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的 8位 在系统可编程 得 众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、 有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节 512 字节 2位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 43个 16位定时器 /计数器， 4 个外部中断，一个 7向量 4级中断结构（兼容传统 51的 5向量 2级中断结构），全双工串行口。另外 降至 0持 2 种软 件可选择节电模式。空闲模式下， 止工作，允许 时器 /计数器、串 口、中断继续工作。掉电保护方式下， 荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35T/12 下图是 片机的实物图，如图 3 2 ） 送； 2） 3）开机时禁止下拉； 3 6） 外部 电平复位， 高电平 工作（默认高）； 4 模块供电 ； 6 ） 默认 2） 工作模式选择： 悬空 ： 作模式 ； 下拉 ： 载模式 ； 7 ） 高电平工作； 2） 低电平模块供电关掉； 8 ） 开机上电时必须为高电平，禁止硬件下拉； 2） 内部默认已拉高 芒廨 芒廨 芒廨 8芒廨 芒廨 图 3片机 片机引脚功能 下图是 片机的引脚功能图，如图 3 图 3脚图 1、 40 引脚）：电源电压 20 引脚）：接地 口（ 9 32引脚）： 位双向 I/为输出端口，每个引脚能驱动 8个 载，对端口 1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时， 位地址和 8位数据的复用总线。此时， 内部上拉电阻有效。在 程时， 口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。 2、 口（ 1 8 引脚）： 是一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/收或者输出电流方式） 4个 端口写 入 1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。 为有内部上拉电阻， 那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。 芒廨 芒廨 芒廨 9芒廨 芒廨 此外， 可以作为定时器 /计数器 2的外部技术输入（ 2）和定时器 /计数器 2 的触发输入（ 2具体参见下表 3所示： 表 3 脚复用功能表 引脚号 功能特性 2(定时器 /计数器 2 外部计数输入 )，时钟输出 2时器 /计数器 2 捕获 /重装触发和方向控制 ) 3、 口（ 21 28 引脚）： 是一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/收或输出电流方式） 4个 端口写入 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。 4、 口（ 10 17 引脚）： 一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/收或输出电流方式） 4个 端口写入 1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这 时可用作输入口。 为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。 ，还有其他一些复用功能，如下表 4 所示： 表 4 引脚复用功能 引脚号 复用功能 行输入口） 行输出口） 部中断 0） 部中断 1） 0（定时器 0 的外部输入） 1（定时器 1 的外部输入） 外部数据存储器、写） 外部数据存储器 、读） 5、 9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后， 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 址 8的 可以使此功能无效。 位高电平有效。 6、 30引脚）：地址锁存控制信号（ 访问外部程序 存储器时，锁存低 8位地址的输出脉冲。在 程时，此引脚（ 用作编程输入脉冲。 芒廨 芒廨 芒廨 10芒廨 芒廨 7、 29 引脚）：外部程序存储器选通信号（ 外部 程序存储器选通信号。当 外部程序存储器执行外部代码时， 每个机器周期被激活两次， 不被激活。 8、 31 引脚）：访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到意加密方式 1 时， 了执行内部程序指令， 该接 9、 19 引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 10、 18 引脚）：振荡器反 相放大器的输入端。 片机的外围电路 1、基本复位电路 复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分 3示的 下图是 图 3 图 3C 复位电路 在电源上电的时候，等待一定的时间， 等到电容两端的电压值相同时，单片机复位。还有一种方法就是按键复位，当 键按下之后 的电压值瞬间和 样也可以达到复位的效果，图中的电容作用是充放电，电阻是为了保护电路而设置的。 2、时钟电路 晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联后， 再串联 一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低， 其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个芒廨 芒廨 芒廨 11芒廨 芒廨 电感 。 所以 ， 晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。 下图是时钟电路的电路图，如图 3 图 3钟电路的电路图 一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器 (注意是放大器不是反相器 )的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地 ,这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般 引脚都有等效输入电容。 293D 电机驱动模块 我们所使用的电机一般是直流电机，主要用到永磁直流电机、伺服电机及步进电机三种。直流电机的控制很简单，性能出众，直流电源也容易实现。 本次设计使用的是 图 3 电流、 4通道电机驱 动，设计用于连接标准 动电感负载（诸如继电线圈、 开关功率晶体管等等。 下图是 图 3 图 3片机驱动电机模块图 293D 引脚功能及原理图 下图是 图 3 芒廨 芒廨 芒廨 12芒廨 芒廨 图 3293D 芯片引脚图 1、 输入电机 1的引脚 A。 2、 输入电机 1的引脚 B。 3、 输入电机 2的引脚 A。 4、 输入电机 2的引脚 B。 5、 源地接口。 6、 入电机驱动电压接口。 7、 输出电机 1的引脚 A。 8、 输出电机 1的引脚 B。 9、 输出电机 2的引脚 A。 10、 输出电机 2的引脚 B。 下图是电机驱动模块和单片机原理图，如图 3 图 3机驱动模块和单片机原理图 单片机的 8 个端口在位定义之后对 机模块的 4 个 入各不同的高低电平，经 片内部的转换之后，在 出 4 个相应的电平值，分别对应 2的 两个电机 端，从而控制电机 而实现小车的前进，后退，左转和右转等功能。 芒廨 芒廨 芒廨 13芒廨 芒廨 /稳压模块 降 /稳压模块是，通过降压和稳压的过程，给设备提供一个稳定的工作环境，能够提供不同的工作电压设备在同一电源电压下同时工作，应用于单片机上能添加不同工作电压的电子设备。 下图是降 /稳压模块图，如图 3 图 3 /稳压模块 将单片机上的 5V 的电源转换为 稳压电源，电子设备，实现给 5V 和 压之间的转换，提供了能和单片机同时工作且电压值可以不同的电子设备。比如， 下图是单片机的 过降 /稳压模块给 块供电，如图 3示。 图 3 /稳压模块给 块供电图 /稳压模块的原理图 下图是降 /稳压模块的原理图，如图 3 图 3 /稳压模块的原理图 芒廨 芒廨 芒廨 14芒廨 芒廨 上图所示， 用是防止 电源反接。 电源输入滤波。 源，供数字电路使用。 隔离滤波电感。 源，供模拟电路使用。 电源在通过 /稳压电路 ，电源电压由原来的 5以提供给正常工作在 V 和 口电平转换模块 数字电路，电平就是电位的高低，用 0 和 1表示。在计算机或者其他微处理器内部只能识别 0 和 1这两个数字信号，不同的系统电平表示的 0和 1实际的电位并不相同。例如，高电平常用 V,12V,低电平常用 0，当不同的系统进行连接通信控制时，就要进行电平转换。打个比方，单片机的高电位为 5v,而电脑的串口电平为 12V，要实现电脑到单片机通信就必须将电脑的 12之， 52V。 下图是串口电平转换模块图，如图 3 图 3V 和 口电平转换模块图 本项目的单片机是 工作电压是 5V，而 于两者工作电压不一致，导致了信号的电平也不一致。要想两个设备之间能够进行通信，就必须要对信号电平进行转换，实现 5V 的电平和 成数据间的交换。 下图是单片机和 图 3 图 3片机和 块电平相互转换图 芒廨 芒廨 芒廨 15芒廨 芒廨 脚功能和原理图 下图是串口电平转换的引脚图，如图 3示。 图 3口电平转换的引脚图 1、 5外电源接入 5源电压。 2、 源接地接口。 3、 据发送引脚。 4、 据接收引脚。 下图是 5口电平转换电路图，如图 3 图 3V 和 口电平转换电路图 上图的电路中， 1,配合上合适的电阻 行转换，完成了 55输出，从而可以实现了数据能够在 5 芒廨 芒廨 芒廨 16芒廨 芒廨 第 4 章 软件 系统设计 件开发环境 软件开发环境的主要组成成分是软件工具。人机界面是软件开发环境与用户之间的一个统一的交互式对话系统，它是软件开发环境的重要质量标志。存储各种软件工具加工所产生的软件产品或半成品（如 软件开发环境参考书 软件开发环境参考书 源代码、测试数 据和各种文档资料等）的软件环境数据库是软件开发环境的核心。 件的开发 个组件整合开发。 1、 一个开放源代码的、基于 其本身而言，它只是一个框架和一组服务，用于通过插件组件构建开发环境。幸运的是，带了一个标准的插件集，包括 发工具（ 如图 15所示。 下图是安卓开发环境界面，如图 4图 4卓开发环境界面 2、 前 境中，安装 单理解为在 3、 般是一些被软件工程师用于为特定的软件包、软件框架、硬件平台、操作系统等建立应用软件的开发工具的集合。在 为开发者提芒廨 芒廨 芒廨 17芒廨 芒廨 供了库文件以及其它开发所用到的工具。简单理解为开发工具包集合，是整体开发中所用到的工具包。 片机程序开发环境 51 是美国 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， 构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。 供了包括 C 编译器、宏汇编、链接器、库管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（ 这些部分组合在一起。如图 4 下图是单片机开发环境界面，如图 4 图 4片机开发环境界面 序流程图 程序流程图 系统主程序模块主要完成对系统中各模块电路的初始化等工作，主要包括对串口中断、外部中断的初始化，同时执行电脑等终端设备所发送的命令，等待外部中段以及根据所需要的功能进行相应的操作。 下图是主程序流程图，如图 4 芒廨 芒廨 芒廨 18芒廨 芒廨 图 4程序流程图 单片机首先设置好串口初始化，比如设置好波特率。然后向 块发送 创建好服务连接。之后手机通过连接到路由器向 片机在接收到 上进入中断函数来执 行接收数据的模式。接收到的控制指令存储在寄存器中，单片机在寄存器中读取接收到的控制指令，然后根据接收到命令的不同，执行小车不同的动作。比如，小车前进、后退、左转、右转和停止等。 下图是单片机对串口进行初始化的程序图，如图 4 图 4口初始化程序图 由于 15200，那么单片机为了要和 要把两端的波特率设置成一致，这样才能够保证双方通信的正常进行。如上图，首先给 择工作模式，然后给 初始值，然后启动 2（ ，确定串口工作方式（编写 芒廨 芒廨 芒廨 19芒廨 芒廨 下图是单片机在接收到信号后发送给电机模块来驱动电机，从而使小车运动的程序图，如图 4 图 4片机驱使小车前进的程序图 单片机在接收到 过 车的运动模式，上图只 选择小车前进的简单程序。小车的单片机在接到前进的信号时，就进入选择小车运行的模式这个程序中，判断接收到的信号和小车预先设置的值是否一致，若一致，则小车进入那种模式，直到等待下次接收到的数据再来判断。 口中断接收流 程图 通过串口中断，实现单片机和路由器进行通讯。进入中断后关掉中断，避免数据信号的重复引起中断。根据命令数据发送的规律，将命令解码储存在相应的二维数组中，方便主函数的调用。 下图是串口中断接收流程图，如图 4 图 4口中断接收流程图 芒廨