基于单片机STC89C52的多功能玩具小车设计（全套CAD图+设计说明书）

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基于单片机STC89C52的多功能玩具小车设计

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关键词：: 基于单片机 stc89c52 多功能玩具小车设计

资源描述：

摘要

本文介绍了一种利用AT89S52单片机为控制核心，结合多种传感器以及PID算法实现无线控制、循迹、寻光和自动跟踪的智能小车。智能小车通过无线遥控实现前进后退和转向行驶。利用反射式光电传感器检测黑线实现小车循迹，利用超声波传感器检测道路上移动的目标，控制电动小汽车的自动跟踪它，整个系统具有自动寻迹、寻光和速度测试功能。其中，控制部分采用STC89C52 STC89C52是一款8位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。电机驱动采用常用的PWM方式进行电机的调速控制，小车的速度通过液晶屏来显示。整个系统的电路结构较简单，可靠性能高，能满足各种设计的要求。随着我国高科技水平的不断提高和工业自动化进程的不断推进，智能小车被广泛应用于各种玩具和其他产品的设计中，极大地丰富了人们的生活。

关键词: 单片机；PWM调速；循迹跟踪；寻光

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内容简介：: 毕业设计（论文）题目基于单片机多功能智能小车设计毕业设计（论文） I 摘要本文介绍了一种利用合多种传感器以及迹、寻光和自动跟踪的智能小车。智能小车通过无线遥控实现前进后退和转向行驶。利用反射式光电传感器检测黑线实现小车循迹，利用超声波传感器检测道路上移动的目标，控制电动小汽车的自动跟踪它，整个系统具有自动寻迹、寻光和速度测试功能。其中，控制部分采用位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。电机驱动采用常用的车的速度通过液晶屏来显示。整个系统的电路结构较简单，可靠性能高，能满足各种设计的要求。随着我国高科技水平的不断提高和工业自动化进程的不断推进，智能小车被广泛应用于各种玩具和其他产品的设计中，极大地丰富了人们的生活。关键词 : 单片机；速；循迹跟踪；寻光毕业设计（论文） an of CM as ID to to go go or to to to on to it is as of it of is by CD of is it of of in in to s to a of s 业设计（论文）目录摘要 . I . 1 章绪论 . 1 . 1 外智能车辆的现状研究 . 1 内智能车辆的现状研究 . 1 题意义 . 2 . 2 计的内容 . 2 设计的意义 . 3 要难点和解决的方法 . 3 究方法、手段及步骤 . 3 第 2 章方案设计与论证 . 5 . 5 . 5 车的方案设计与论证 . 6 动电机模块的选定 . 6 迹传感器模块的选定 . 7 源传感器模块的选定 . 7 源模块的选定 . 7 踪模块选定 . 8 制方式选定 . 8 终方案 . 9 第 3 章机械系统的设计 . 10 车车体 . 10 速电机 . 10 速电机安装 . 10 速电机的安装校核 . 12 毕业设计（论文）向轮 . 14 向轮组装 . 14 向轮轮轴的安装校核 . 15 . 16 . 16 光模块的组装 . 17 声波距离传感的固定 . 17 源的放置 . 18 板模块的安装 . 18 车整体组装图 . 19 第 4 章硬件设计 . 22 . 22 片机控制电路 . 22 机驱动电路 . 24 动电路 . 24 . 26 迹检测电路 . 26 压电路 . 28 压芯片简介 . 28 统供电单元介绍 . 28 源检测电路 . 29 动跟踪 . 30 声波传感器检测电路 . 30 . 31 晶显示电路 . 32 能小车整体设计 . 33 第 5 章智能小车软件部分 . 36 件调试平台 . 36 统软件流程 . 37 统软件各模块程序 . 38 程序 . 38 毕业设计（论文）定义 . 39 外接收 . 40 牙接收 . 41 迹 . 42 动跟踪 . 43 光 . 45 机上位机 . 48 述 . 48 能 . 48 现界面 . 49 序流程图 . 49 第 6 章调试 . 51 . 51 试结果与分析 . 51 参考文献 . 53 致谢 . 55 毕业设计（论文） 1 第 1 章绪论题的背景与意义智能化作为现代社会发展的趋势，是以后的发展方向，他可以按照自己设定的模式在一个设定环境里自动的运行，不需要人为管理，便可以完成设想所要达到的目的。遥控小车需要人不断的控制个种动作，有的遥控车还能控制其速度，而智能小车可以通过计算机编程来实现其对各种动作的控制，如停车，前进，后退等。是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，无需人工干预，它集中地运用传感、计算机信息、导航、通信、自动控制及人工智能等技术，是典型的高新技术综合体。外智能车辆的现状研究国外智能车辆的研究历史较长，始于上世纪 50年代，它的发展历程大致可以分为三个阶段。第一阶段： 20 世纪 50年代是智能车辆研究的初始阶段。 1954 年美国二阶段：在欧洲，普罗米修斯项目于 1986年开始了在这个领域的探索，在美洲，美国于 1995 年成立了国家自动高速公路系统联盟，其目标之一就是研究发展智能车辆的可行性，并促进智能车辆技术进入实用化，设计和制造智能车辆的浪潮席卷了全世界，一大批世界著名的公司开始研制智能车辆平台；第三阶段： 90年代开始，智能车辆进入了大规模、深入、系统的研究阶段，其中美国卡内基目前，智能车辆的发展正处于第三阶段，这一阶段的研究成果代表了当前国外智能车辆的主要发展方向。内智能车辆的现状研究相比于国外，我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，开始于 20世纪 80年代。我国在智能车方面的研究上落后于发达国家，存在一定的技术差距，但是我国也取得了一系列的成果，例如，中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院在2003年研制成功了我国第一辆自主驾驶轿车。再例如应用现代控制理论，上海交通大学设计出了一种自动驾驶汽车模型，可以自动驾驶，还有吉林大学设计并制造了一辆用辆由避障图像识别、制动、转向、行驶和毕业设计（论文） 2 其他辅助系统组成。 1988年，清华大学计算机系智能技术与系统国家重点实验室开始研制的 862计划的资助下，取得了丰硕的成果，它有面向高速公路和一般道路的功能，目前能够在校园非结构化道路环境下进行自主行驶道路同时实现了跟踪和避障。也是智能交通系统前，国内的许多科研院和高校都在进行键设备、技术的研究，我国已形成了一支术研究开发的专业技术队伍。相信经过努力，我国题意义随着人们物质文化生活水平的不断提高，智能化的电子玩具深受人们的喜爱，尤其是各种智能小车，由于这类玩具具有较好的交互性，可控性，能够给人们带来很好的娱乐以及参与其中的体验，高科技智能化的电子类玩具逐渐成为市场的主流。与此同时，智能小车可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面，有很好的发展前景。因此，智能化小车的研究不仅具有很大的现实意义，还具有极为广阔的应用前景和市场价值。世界各国在智能微型车领域进行了很多研究，己经应用于各个领域，在探测和军事领域使用特别多。近年来，我国也开展了很多研究工作，以满足不同用途的需要。可以预计，我国飞速发展的经济实力将为智能车辆的研究提供一个更加广阔的前景。因此，对智能小车进行深入细致的研究，不但能加深课堂上学到的理论知识，更能将理论转化为实际运用，为将来打下坚实的基础。设计的内容及意义计的内容本设计的智能电动小车具有自动寻迹、寻光、避障、速度检测功能，可程控行驶速度、准确停车。整体设计可以分为如下几个模块，控制核心采用迹避障是通过传感器实现的，利用超声波传感器检测道路上的障碍，控制小车的自动避障，从而发出避障信号。整个系统具有自动寻迹、寻光和速度测试功能。电机驱动采用常用的车的速度通过液晶屏来显示。软件中主要用到工业中常用的个系统的电路结构较简单，可靠性能高。实验测试结果满足要求。毕业设计（论文） 3 设计的意义随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的，本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。本设计就采用了比较先进的耗很低。该设计具有实际意义，可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面。尤其是在足球机器人研究方面具有很好的发展前景；在考古方面也应用到了超声波传感器进行检测。所以本设计与实际相结合，现实意义很强。单片机的应用领域越来越广泛，无论是在生活，生产上，单片机无处不在。片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。，其应用如此广泛，所以有必要去学习和应用该单片机，以满足实际产品开发的需要，也是适应社会智能化、自动化的趋势。通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践过程中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测、驱动和显示等外围电路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹。灵活应用机电等相关学科的理论知识，联系实际电路设计的具体实现方法，达到理论与实践的统一。在此过程中，加深对控制理论的理解和认识。要难点和解决的方法主要难点： (1)小车速度的控制。 (2)各检测模块在小车上的组装。 (3)自动跟踪时小车的摇摆问题。解决方法： (1)抛弃电压调速方案，改用调节占空比的方法。 (2)有螺丝孔的模块用螺丝固定，不提供孔的用封窗户的双面胶来固定。 (3)减少传感器的检测周期，优化程序算法。究方法、手段及步骤硬件方面，电路板的制作和调试是关键，它是设计成功的根基。软件方面，光电传毕业设计（论文） 4 感器对当前的路径的检测，通过编程使控制器按一定的周期进行采样检测，判断检测器的状态，并决定小车的应该是左转，右转，还是前进，后退。即小车发现需寻迹的线路后，能够自行绕着该线路行走而无需用户干预。对于传感器的研究： 1、查找、收集需要使用的各类传感器控制的有关资料，学习掌握单片机编程、接口技术的具体运用。 2、对单片机控制传感器的方式进行分析，编写控制程序。 3、对控制程序进行调试，完成设计方案，设计出电路原理图。 4、通过试验分析硬件，完成硬件实物及软硬件功能的调试。毕业设计（论文） 5 第 2 章方案设计与论证新点 1 过两个红外接收管将接受到的的红外光转换成数字 0过而判断光源的的强度和方向。找光源过程采用位机与下位机通过蓝牙进行通信。形象的显示寻找光源的过程，其最大特点和优势是界面友好，通信稳定。行设计传感器，不仅花费较少，而且使用效果好。全自主设计，小车采用单层结构，分放不同模块的元件，调试过程和修改过程相对简单。 805芯片为核心的稳压设计，以证系统的稳定性。体体设计方案总体方案为：整个电路分为驱动电机模块、寻迹传感器模块、单片机控制模块、光源传感器模块、超声波传感器模块、无线控制模块六个模块。图 2 统框图毕业设计（论文） 6 车的方案设计与论证方案 1：自己制作电动车 ,自己制作车体，组装合适的电机及电机驱动板，自制探测器，并利用开发板做控制驱动小车。但自己制作的小车，车体会比较粗糙，车身重量、平衡，小车的电路设计，这些都比较难良好地实现。方案 2：购买专用电动车购买专用电动车具有组装完整的车架车轮，甚至有完整的电机装配和电机驱动板。用自制探测器或购买完整探测模块，并用开发板控制小车运动。这种专用电动车装配紧凑，各种所需电路的安装十分方便，看起来也比较美观。而且，用专用电动车具有完整的电机装配和电机驱动，这用就省去了对电机传动和电机驱动的设计和实现。综合考虑，我们选定了方案 2作为我们的初步方案。动电机模块的选定方案 1：采用步进电机作为该系统的驱动电机利用步进电机的准确定长步进性能方便的实现调速和方向的偏转，且能准确的测量速度、路程以及时间，简化编程和硬件连接的工作量。但步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度的系统。方案 2：采用直流电机作为该系统的驱动电机，直流电机的控制方法比较简单，只需给电机的两根控制线加上适当的电压即可使电机转动起来，电压越高则电机转速越高。而且改变正负极可方便的改变电机转动的方向，方便改变小车的行进状态。对于直流电机的速度调高，可以采用改变电压的方法，也可采用过改变方波的占空比实现对电机转速的调节。与其它调速系统相比， 1. 需进行数模转换。 2. 对噪声抵抗能力的增强是 3由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。 4主电路简单，所用功率元件少。 5低速性能好，稳定精度高，调速范围宽。综合考虑，本设计采用了方案 2。毕业设计（论文） 7 迹传感器模块的选定方案 1：采用发光二极管 +光敏电阻，该方案缺点明显：易受外界光源的干扰，有时检测不到黑线，光敏电阻的灵敏性不强是产生种情况的主要原因。而且外界的可见光对系统的影响很大，使系统产生干扰。方案 2：采用红外光电对管，由于采用红外线，可见光干扰少，又只需分辨黑白，红外光电对管有一个管发射红外线一个用于红外线接收，当红外线照射到黑线上时不会发射回来，当红外线照射到白色的地方就会返回，光电对管发射的同时也能接收红外信号，整个检测设备简单，稳定性高，速度快。缺点是检测距离短，优点是成本低，易于操作。根据以上分析我们采用方案 2。很强的扩展性，使用简单，灵活性高且价廉。所有我们直接采用源传感器模块的选定方案 1：采用两个热敏电阻作为核心的传感器，实验中发现在一定距离范围内，空气温度变化非常小，热敏电阻几乎不发生任何变化。方案 2：采用两个光敏电阻作为核心的传感器，利用光敏电阻对不同距离及不同强度的光照均有较好的光敏特性来将外界光信号转换成电信号，提供给单片机进行相关判断操作。实验中我们发现这种方案有很大的缺点，抗干扰能力极差，而且误差偏大，不能准确测定光源位置。方案 3：采用红外接收二极管，红外接收二极管将外界红外光的变化转化为电流的变化，通过转换器将模拟信号反映为 0255 范围内的数字信号。外界红外光越强，数值越小，根据数值的变化能判断红外光线的强弱 ,从而能判别出光源的远近。传感器可以用来探测光源，探测角度达 60度，其中红外光波长在 940纳米附近时，其灵敏度达到最大。鉴于以上 3种方案的比较，我们选择方案 3。源模块的选定在本系统中，需要用到的电源有单片机的 5V，以需要对电源的提供必须正确和稳定可靠。方案 1：采用过稳压芯片提供的电源接口为单毕业设计（论文） 8 片机提供电源。优点：简单方便。方案 2：用六节干电池为整个系统供电，再转换为电机和单片机需要的电压。基于系统的稳定性考虑，我选择了方案 1。踪模块选定为了跟踪前方移动的物体，需要先检测前方的物体，所以首先选定检测的传感器。方案一：采用二只红外对管分别放于小车的前端两侧，但是此方案检测的距离比较近，在晴天的时候，尤其是太阳光线的干扰严重。方案二：采用二只超声波距离传感器分别置于小车的前端两侧，方向与小车前进方向平行，对小车与目标相对距离和方位能作出较为准确的判别和及时反应，而且检测距离远，检测距离准确，无干扰，两个传感器能够很好的配合实现移动物体的跟踪。两种方案的区别见表 2 表 2移动物体检测系统方案对比红外检测超声波检测检测距离精确度受外界环境干扰程度硬件电路成本 4受外界环境干扰所需元器件少，尺寸小， 8元左右易受外界环境干扰稍复杂，安装简便 6元左右从 2外检测较近，超声波检测距比较远，不容易受外界光线干扰，当小车在行驶时，检测移动的物体，颠簸，太阳光、灯光可能会对采集的信息产生影响。故模块选择超声波检测模块。制方式选定方案 1：有线的按键方式或车体上的按键控制能够控制小车的移动和功能，简单，成本低，但是在控制的过程不方便，或者控制线会影响小车的运行。方案 2：无线控制能够远距离的控制小车的运行以及功能选择，硬件电路和编程相对复杂但对智能小车控制更加的得心应手。在这里我们选择方案 2，应用红外控制和蓝牙控制两种选择，红外无线控制不需要连接，即能够控制，方便快捷。蓝牙控制可以通过链接蓝牙手机或蓝牙电脑通过形象的毕业设计（论文） 9 界面控制，更加的人性化。终方案经过反复论证，我们最终确定了如下方案： 1车体是购买组装小车。 2采用 3采用 8 4用红外探测传感器作为寻迹传感器。 5采用红外接收管和。 6. 采用超声波距离传感器来实现自动跟踪。 7 毕业设计（论文） 10 第 3 章机械系统的设计车车体本题目要求小车的机械系统稳定、灵活、简单，而三轮运动系统具备以上特点。驱动部分：由于玩具汽车的直流电机功率较小，而小车上装有电池、电机、电子器件等，使得电机负担较重。为使小车能够顺利启动，且运动平稳，在直流电机和轮车轴之间加装了三级减速齿轮。电池的安装：将电池放置在车体的电机前后位置，降低车体重心，提高稳定性，同时可增加驱动轮的抓地力，减小轮子空转所引起的误差。简单，而三轮运动系统具备以上特点。图 3轮小车速电机速电机安装减速电机是小车的动力源，参数如下所示： 3V 9V 议工作电压在 6到 8 毕业设计（论文） 11 1:48 702503V 时 ) 5208转 /分钟； 56毫米车轮后的速度： 44米 /分钟；

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