自动往返小车电路图及汇编程序-论文

自动往返小车电路图及汇编程序自动往返小车电路图及汇编程序 论文论文 自动往返小车电路图及汇编程序 目 录 前言 自动往返行驶小汽车的设计 摘要 4 第一章 系统方案选择和论证 5 第二章 系统的硬件设计与实现 10 第三章 系统的软件设计 14 第四章 系统的汇编程序 19 第五章 系统调试 30 第六章 技术参数 31 结 束 语 33 参考文献 34 前言 伴随着电子信息技术的飞速发展 单片机的应用越来越广泛 电子这个原本没有 生命的东西越来越具有智慧了 而单片机在这当中充当着 大脑 的作用 指挥着 系统完成其工作 单片机通过用汇编语言或者C语言编程 可以实现不同情况下的 不同电路的自 动控制 用它可以开发很多智能的玩具 如机器人 遥控飞机 智能车 实际生活 中的很多电器 例如电冰箱 全自动洗衣机 空调等 还有就是很多测量仪器以 及高科技的空间探测 宇宙探索等都用到单片机 可以说现在生活中大多数的智 能物品都用到单片机 围绕单片机以及嵌入式系统形成的电子产业将会是一个 持续发展 愈来愈具有竞争力 愈来愈具有生命力的产业 电子世界将会更具有 魅力 现今的世界 传感器的应用无处不在 自动电梯 保安系统 路灯的控制等 天气 中的温度 湿度等等 而自动导航在实际中的应用也很广 包括航天事业中的自 动导航 全球定位系统 视觉导航等 随着传感器技术 计算机网络技术 图像处 理技术的飞速发展 自动导航将进一步得到发展 而智能机器人也将进一步发展 代替人在一些环境艰难的地方工作 本设计正是基于汽车的自动控制 安全定位等技术而进行的研究和尝试 试验所 用的小汽车由玩具小汽车改装而成 主要通过单片机实现对小汽车运动的自动 控制 小汽车在没有干扰的情况下 可以自动按照给定的路径行驶 并且能依照 程序的指令 即时做到停 进 退 加速或减速等功能要求 本课题综合运用了单片机技术 自动控制理论 检测技术等 使小车能在无人操 作情况下 借助传感器识别路面环境 由单片机控制行进 实现初步的无人控制 自动往返行驶小汽车的设计 李观顺 摘要 本设计以单片机AT89S51为核心组成测控系统 利用红外线发射与检测技 术对电动小汽车的运行状态跟踪检测 由单片机对汽车的运行姿态实时作出反应 并输出相适应的控制指令 由驱动执行电路完成限速行驶 全速前进 定点定时停车和自动返回等基本操作 以及紧急避险 自动导航 发车令牌控制等功能 对小车运行时间 距离等参数进 行直观显示 电路采取了多种抗干扰措施 工作稳定 可靠 整个系统按要求安装于车体上实施跟踪监控 关键字 AT89S51芯片 自动往返电动小汽车 光电检测器 第一章系统方案选择和论证 1 1设计要求 1 设计任务 设计并制作一个能自动往返于起跑线与终点线间的小汽车 允许用玩具汽车改 装 但不能用人工遥控 包括有线和无线遥控 跑道宽度0 5m 表面贴有白纸 两侧有挡板 挡板与地面垂直 其高度不低于20c m 在跑道的B C D E F G各点处画有2cm宽的黑线 各段的长度如图1所示 2 设计要求 a 车辆从起跑线出发 出发前 车体不得超出起跑线 到达终点线后停留10秒 然后自动返回起跑线 允许倒车返回 往返一次时间应力求最短 从合上汽车电 源开关开始计时 b 到达终点线和返回起跑线时 停车位置离起跑线和终点线偏差应最小 以车辆 中心点与终点线或起跑线中心线之间距离作为偏差的测量值 c D E间为限速区 车辆往返均要求低速通过 通过时间不得少于8秒 但不允许 在限速区内停车 3 说明 a 不允许在跑道内外区域另外设置任何标志或检测装置 b 车辆 含在车体上附加的任何装置 外围尺寸的限制 长度 35cm 宽度 15cm c 必须在车身顶部明显标出车辆中心点位置 即横向与纵向两条中心线的交点 1 2设计目标 整个系统的设计是以单片机为核心 通过调试 本系统能实现如下功能 1 自动限速行驶799 自动往返小车电路图及汇编程序 小汽车在行驶过程中 应能自动检测限速标志 并根据速度要求改变占空比使小 汽车按不同速度行驶 2 自动往返 当小汽车到达终点后 停止10S 再从终点返回起点 要求控制系统能准确检测返 回标志 3 自动避开障碍 小汽车在规定的跑道范围内运行时 可能会偏离跑道 当小汽车偏离行驶轨道遇 到障碍物时 应及时转向 返回跑道 4 自动记录并显示一次往返时间和行驶路程 当小汽车到达终点时 系统具有自动记录并显示一次往返时间和行驶路程的功 能 5 报警功能 当检测到障碍物时 具有报警功能 1 3系统基本方案 1 控制电路 方案1 图1 控制电路方案1原理框图 a 车载系统 b 手持接收系统 图1自动往返小车 方案1 方框图 如图1所示 采用一片单片机89S51作为控制核心 控制驱动电路 显示电路 以 及处理跑道各路段标志 速度信号 此方案只用一片单片机89S51实现对所有硬 件电路的集中控制和所有信号的统一处理 因此电路之间 信号之间的控制灵活 简单 方案2 图2 控制电路方案2原理框图 图2自动往返小车 方案2 方框图 如图2所示 采用两片单片机89C2051作为控制核心 本系统中 主 单片机的时 间负荷很重 而且电路占用单片机管脚资源多 故用其中一从单片机专门控制显 示 显示电路需要占用较多口线 另一主单片机则用来控制驱动电路 并对跑道 各路段标志信号及速度信号作出处理 两个单片机之间通过串行口进行通信 此 方案中 单片机口线资源丰富 定时器 中断资源丰富 并且显示电路 存储电路 与其他电路间之间的独立性强 可靠性高 比较以上两种方案 由于本设计是由玩具小汽车改装而成 在体积上有一定要求 考虑到方案2中用到两片单片机89C2051芯片比方案1中一片单片机89C51多 而且比较复杂 不利于我们设计 故采用方案1 2 供电方式 方案1 采用统一电源供电方式 单片机系统直接通过三极管 场效应管或继电器控制电 机的工作 此方案在负载变化不大 干扰小的场合中使用较为可取 方案2 采用两组独立电源供电方式 单片机系统通过光电耦合器间接控制电动机的工 作 此方案电路稍微复杂 电源较多 但工作稳定可靠 由于方案2电路稍微复杂 电源较多 不容易设计 如采用方案1 电路简单 干扰 小的场合较为可取 故决定采用方案1 3驱动电路 方案1 采用全NPN型BJT桥式可控斩波电路 此电路采用同种型号BJT 可实现2象限电 源斩波 方案2 采用PNP NPN结合的BJT桥式可控斩波电路 此电路控制较为方便 驱动 信号四种组合方式可控制电机的正反转 停止 方案3 采用继电器控制 此电路驱动电路最简单 驱动电流大 方案4 采用P N型结合的VMOS桥式可控斩波电路 此驱动电路简单 可靠 控 制速度高 并具有四象限斩波功能 方案1中 两输入端不能同时为0或1电平 否则会导致共模导通 造成电源短路 方案2电路可实现性好 但电路稍微复杂 方案3控制精度低 耗电 干扰大 且不 利于电机的精确控制 方案4电路简单可靠 工作频率高 且无需加续流二极管就 可解决感性负载工作时的续流问题 综上所述 第四种方案较好 4 光电传感器选型 方案1 采用红外对管并加整形电路 此方案成本低廉 占用空间少 但调整有一 定困难 方案2 采用成品光电开关 此方案简单可靠 灵敏度调节方便 易于调试 为简化电路结构 且成本低廉 占用空间少 我们决定采用方案1 自动往返小车电路图及汇编程序 第二章系统的硬件设计与实现 由于电动小汽车纯硬件控制具有很多缺点 并且不宜实现复杂运动的自动控制 功能 不能用人工控制 而单片机具有体积小 重量轻 耗电少 功能强 控制灵 活方便 价格低廉等优点 本设计就是以单片机89S51为核心 附以外围电路 采 用光电检测器进行检测信号和障碍物 运用单片机的运算和处理能力来实现小车 的自动加速 限速 减速 定时 语音 前进 后退 左转 右转 显示行驶速度 行驶路程 行驶时间等智能控制系统 2系统硬件电路设计 系统结构框图如图1所示 2 1 检测电路设计 本设计需要检测起点终点限速区一定黑白对比度的黑线和跑道两侧的障碍物 挡 板 图2 图3是速度检测和路面检测 均采用反射取样式 单光束红外传感器ST 178接收信号 再分别用运放LM324比较电压信号进行放大 图2的电路在5V电压 下工作 根据该型号传感器红外发射管所需的工作压降 红外发射管的正向压降 在1 1 3V 和工作电流 红外发射管的电流为2 10mA 选取负载电阻R1 0 51 K 红外接收管负载电阻R2 51K 取R3 R4 1K 是由R5进行设置 图3的电 路是在 9V电压工作的 和图2的分析方法一样选取R6 2K R7 270K R8 27 0K R9 100K 图2 速度检测电路 图3 地面检测电路 2 2 驱动电路设计 2 2 1 电机驱动电路 主电路采用可逆PWM M的双极式H型电路 运用4个C2655晶体管和4个续流二极管组成的桥式电路 靠 晶体管导通和关闭的占空比D来实现电动机调速的目的 输出端的电位极性不同 可以使电机正转和反转 应用中应尽量提高斩波频率 减少电流的脉动 具体电 路如图4所示 图4 电机驱动电路 2 2 2 转向驱动电路 该电路结构简单 主要由达林顿管接受信号来驱动电机 输出端的电位极性不同 可以使电机作不同的转向 实现转向功能 具体结构如图5所示 图5 转向驱动电路 2 3 键盘及显示电路 显示电路采用串行数据输入 用四位数码液晶显示 显示时间或路程 通过单片 机利用不同的占空比来控制车的速度 小车运行的情况是通过轴上的带孔的圆 片和光电检测器把脉冲信号送给控制部分 当小车检测到终点线时 停止运行10 S 显示运行路程 自动往返小车电路图及汇编程序 第三章系统的软件设计 系统软件设计 软件设计采用模块化结构 本系统软件分为主结构图 中断服务流程图 显示子 程序 播报子程序等模块 程序设计流程图如图6所示 图6 程序设计流程图 3 1系统软件主结构图如图7所示 图7主结构流程图 3 2系统软件中断服务流程图如图8所示 图8中断服务流程图 3 3系统软件显示子程序如图9所示 图9显示子程序流程图 3 4系统软件播报子程序如图10所示 图10播报子程序流程图 第四章系统的汇编程序 主程序和中断程序入口 ORG 0000H 程序执行起始地址 LJMP START 跳至START ORG 0003H 外中断0入口 LJMP INTEX0 跳至INTEX0中断服务程序 ORG 000BH 定时器T0中断入口 RETI 中断返回 ORG 0013H 外中断1入口 LJMP INTEX1 跳至INTEX1中断服务程序 ORG 001BH 定时器T1中断入口 LJMP INTT1 跳至INTT1中断服务程序 ORG 0023H 串口中断入口 RETI 中断返回 ORG 002BH 定时器T2中断入口 RETI 中断返回 初始化程序 CLEARMEMIO MOV R0 70H 清70H 76H显示单元 MOV R7 07H 循环次数 ML0 MOV R0 00H 清0 INC R0 下一地址 DJNZ R7 ML0 未完再循环 MOV TMOD 10H T1为16位定时器 MOV R4 14H 1秒定时用 50毫秒20次 MOV TL1 0B0H 50毫秒定时用初值 MOV TH1 3CH MOV 20H 00H 清0操作 MOV 21H 00H MOV 22H 00H MOV 23H 00H MOV 24H 00H CLR 30H 清停车标志 SETB ET1 开T1中断 SETB EX1 开外中断1 SETB IT1 外中断1采用边沿触发 SETB IT0 外中断0优先级为1 最高 SETB EX0 开外中断0 SETB EA 开总中断允许 SETB TR1 开启定时器T1 RET 子程序返回 自动往返小车电路图及汇编程序 START LCALL CLEARMEMIO 上电初始化 SETB P1 6 选择7 5V输出 CLR P1 7 选择7 5V输出 SETB P3 7 前进状态 CLR P3 6 前进状态 CLR P1 0 电机供电开始 MAIN LCALL DISP LED显示一次 LJMP MAIN 转MAIN循环 NOP PC值出错处理 NOP LJMP START 重新初始化 外中断0服务程序 用作跑道位置处理 23H作跑道计数器 INTEX0 PUSH ACC 堆栈保护 PUSH PSW CLR EX0 关中断 LCALL DISP LED显示一次 延时抗干扰 JB P3 2 IN0RET P3 2为1退出 干扰 INC 23H 跑道计数器加1 MOV A 23H 数据入A CJNE A 06H JUDGE1 不是第6道转JUDGE1 LCALL STOP 是第6道 停车 LJMP IN0RET 转中断退出 JUDGE1 CJNE A 03H JUDGE2 不是第3道转JUDGE2 LCALL STOPSLOW 是第3道 变慢车 LJMP IN0RET 转中断退出 JUDGE2 CJNE A 04H JUDGE3 不是第4道转JUDGE3 LCALL FAST 是第4道 变快车 LJMP IN0RET 转中断退出 JUDGE3 CJNE A 05H IN0RET 不是第5道转INORET退出 LCALL STOPSLOW 是第5道 变慢车 IN0RET CLR IE0 清外中断0中断标志 POP PSW 恢复现场 POP ACC LCALL DL7MS 延时7毫秒 抗干扰 SETB EX0 开外中断0 RETI 中断返回 慢车控制子程序 STOPSLOW CLR P1 6 关7 5V电源 CPL P3 6 反向驱动 刹车 CPL P3 7 反向驱动 LCALL DS50MS 刹车时间 可根据试车情况调整 LCALL DS50MS LCALL DS50MS CPL P3 6 正向驱动 CPL P3 7 正向驱动 SETB P1 7 开4 3V电源 RET 返回 快车控制子程序 FAST CLR P1 7 关4 3V电源 SETB P1 6 开7 5V电源 RET 返回 停车控制程序 STOP MOV 23H 00H 跑道计数单元清0 CPL P3 6 反向驱动 刹车 CPL P3 7 反向驱动 刹车 LCALL DS50MS 刹车时间 LCALL DS50MS 刹车时间 可调整 SETB P1 0 关电机电源 SETB PT1 定时器T1为高优先级 LCALL DS10S 停车10秒 CLR PT1 恢复T1为低优先级 SETB P1 6 开7 5V电源 高速 CLR P1 7 关4 3V CLR P1 0 电机电源开 CPL 30H 停车点位置判断标志取反 JB 30H STREN 为1 中途停车 转STREN LCALL CLR00 是终点 调复0程序 STREN RET 返回 计时清0程序 CLR00 MOV 70H 00H 计时单元清0 MOV 71H 00H 计时单元清0 MOV 72H 00H 计时单元清0 MOV 73H 00H 计时单元清0 RET 返回 外中断1程序 里程计数用 20H 21H 22H 24H作计数器 INTEX1 PUSH ACC 堆栈保护 PUSH PSW 自动往返小车电路图及汇编程序 CLR EX1 关外中断1 INC 20H 圈加1 LLLL MOV A 20H 判断是否满6圈 CJNE A 06H LLL 不满6圈转LLL退出 MOV 20H 00H 满6圈清0进位 6圈为1米 INC 21H 上位加1 MOV A 21H 判断是否满10 CJNE A 0AH LLL 不满10转LLL MOV 21H 00H 满10清0进1位 INC 22H 高位加1 MOV A 22H 判断是否满10 CJNE A 0AH LLL 不满10转LLL MOV 22H 00H 满10清0进1位 INC 24H 高位加1 MOV A 24H 判断是否满10 CJNE A 0AH LLL 不满10转LLL MOV 24H 00H 满10清0 LLL MOV 74H 21H 将里程数移入显示单元 个位 MOV 75H 22H 将里程数移入显示单元 十位 MOV 76H 24H 将里程数移入显示单元 百位 IN1RET POP PSW 恢复堆栈 POP ACC SETB EX1 开外中断1 RETI 中断返回 时间计时器程序 T1定时中断服务程序 INTT1 PUSH ACC 堆栈保护 PUSH PSW MOV TL1 0B0H 赋50毫秒定时初值 MOV TH1 3CH DEC R4 减1 MOV A R4 JNZ RETT0 不为0转RETT0 MOV R4 14H 为0 1秒到 重赋初值 MOV R0 71H 地址指向71H ACALL ADD1 加1秒操作 MOV A R3 CLR C CJNE A 60H CC 是否为60秒 CC JC RETT0 小于60转RETT0 ACALL CLR0 大于或等于60清0 MOV R0 73H 指向分计时地址单元 ACALL ADD1 分加1 MOV A R3 CLR C CJNE A 60H CCC 是否为60分 CCC JC RETT0 小于60转RETT0 ACALL CLR0 大于或等于60分计时单元清0 RETT0 POP PSW 恢复堆栈 POP ACC RETI 中断返回 加1操作程序 ADD1 MOV A R0 取计数值 DEC R0 指向低一个地址 SWAP A 计数值高低四位交换 ORL A R0 相或组合成一个数据 ADD A 01H 加1 DA A 十进制调整 MOV R3 A 暂存R3内 ANL A 0FH 高四位变0 MOV R0 A 放回低地址 MOV A R3 取回R3内数据 INC R0 地址加1 SWAP A 高低四位交换 ANL A 0FH 高四位为0 MOV R0 A 放回原地址 RET 返回 清0程序 CLR0 CLR A 清A MOV R0 A 对应地址单元清0 DEC R0 指向低一地址 MOV R0 A 清0 RET 返回 显示程序 DISP MOV R1 70H 显示数据首址 MOV R5 0FEH 扫描字 PLAY MOV A R5 扫描字入A MOV P2 A 从P2口输出 MOV A R1 取显示数据 MOV DPTR TAB 取段码表首址 MOVC A A DPTR 查数据对应段码 MOV P0 A 段码从P0口输出 LCALL DL1MS 点亮1毫秒 INC R1 指向下显示数地址 MOV A R5 扫描字入A JNB ACC 6 ENDOUT ACC 6 0转ENDOUT结束 RL A 循环左移 MOV R5 A 放回A AJMP PLAY 转PLAY再显示 ENDOUT MOV P2 0FFH 显示结束处理 P2口置1 RET 子程序结束 LED共阴段码表 0 9 TAB DB 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH 自动往返小车电路图及汇编程序 1毫秒延时程序 DL1MS MOV R6 14H DL1 MOV R7 19H DL2 DJNZ R7 DL2 DJNZ R6 DL1 RET 延时程序 用调用显示程序实现 可使LED显示稳定 DS50MS LCALL DISP 7毫秒 LCALL DISP LCALL DISP DS20MS LCALL DISP LCALL DISP LCALL DISP RET 10秒延时程序 用调用显示程序实现 可使LED显示不熄灭 DS10S MOV R2 08H 8 11 16 7 9956毫秒 TI0 MOV R0 0B0H TI1 LCALL DISP DJNZ R0 TI1 DJNZ R2 TI0 RET 7毫秒延时程序 跑道计数器抗干扰用 DL7MS SETB PX1 外中断1置高优先级 MOV R2 0EH 赋定时值 DL11 LCALL DISP 调用显示程序 DJNZ R2 DL11 循环 CLR PX1 外中断1恢复低优先级 RET 返回 END 程序结束 第五章 系统调试 安装与调试 本装置是由玩具小汽车改装而成 因此在硬件的制作与安装方面要求较高 考察 小汽车的车身结构 在车身前端 后端以及右侧的中点处各安装一个光电检测器 检测头朝下 检测跑道上的2cm宽黑线 产生中断信号给单片机 其次 安装在后轮车轴位置的速度检测装置 实现机械旋转到电信号的转换 垂 直安装在小车的后轮轴上 定位于凹形 光耦槽之间 当小车行驶时 车轴旋转带动挡光片旋转 光耦槽中间被挡住 产 生脉冲信号经整形后送单片机处理 将小车安装好后 在跑道上进行测试 根据小车在跑道上行驶的情况 调整小车 上的单片机控制部分 逐渐达到题目的要求 在调试中发现小车行驶的方向很难保持不变 容易碰及跑道两侧垂直挡板 为了 保护车身以及车上所载电路和其他功能部件 我们特在车身外围四角安装有滑 轮 并可减少小车与挡板之间的摩擦 4 1 系统测试 4 1 1测试仪器 1 60MHz双踪数字示波器 TDS 210 2 四位半数字万用表 UT2003 3 秒表 4 米尺 4 1 2测试方法 将小车放在起跑线B上 合上电源开关 用秒表立即开始计时T0 0 00s 所用秒表可 以记录11组时刻 并能显示每两组时刻之间的间隔时间 当小车进入限速区D时 记录时 刻T1 驶出限速区E时 记录时刻T2 小车驶到终点G后停止 此时记录时刻T3 一段时 间后 小车以倒车方式返回 再次起动时 记录时刻T4 再次进入限速区E时 记 录时刻 T5 驶出限速区D时 记录时刻T6 当小车驶回起点线B后停止时 记录时刻T7 T2 T1 T6 T5 即为通过限速区的时间 T4 T3 为到达终点线后的停留时间 T7 即为一次往返的总时间 在小车驶过终点线G后停止的一段时间内 记录小车的停车位置 以小车中心点 为标准 用米尺测量终点线中心线与小车中心点之间的距离S1 同理 小车返回到起点线 B停止后 测量起点线中心线与小车中心点之间的距离S2 以上S1 S2即为小车停车位置 与终点 线和起跑线之间的偏差 第六章 技术参数 5 1 技术参数 车身参数 长 23 5cm 宽 14 4cm 测试跑道参数如下 长度参数 BC 0 5m CD 3 5m DE 2 0m EF 3 5m FG 0 5m 跑道宽度 0 5m 垂直挡板高度 20cm 根据上述测试方法 多次测量 得到以下测试数据 表1 测试数据 测试数据 序号 正向通过限速区时间 T2 T1 s 到达终点停止时间 T4 T3 s 返回通过限速区时间 T6 T5 s 一次往返总时间 T7 s 停车位置与终点线 偏差S1 cm 停车位置与起点线 偏差S2 cm 1 8 57 10 13 8 33 43 66 0 1 2 8 65 10 03 8 04 44 36 0 0 3 8 72 10 60 8 42 45 40 0 0 5 2测试结果分析 a 正向通过限速区时间 反向通过限速区时间 出现这种结果的原因主要是测试所用的跑道不平而引起的 在小车正向通过限 速区时 会经过一 上坡路段 从而使行驶时间增加 小车返回通过限速区时则相反 行 驶时间 会减少 b 一次往返总时间偏大而停车位置误差很小 在我们设计小车行驶参数时 小车到达减速点F C时 假若速度较快 一次往返 总时间 自动往返小车电路图及汇编程序 会减少 但代价是停车位置与终 起点线之间会有一个比较大的偏差 我们在设 计时顾 及了停车的位置偏差 从而在一定程度上增加了一次往返总时间 结 束 语 本设计在严格的方案论证后 经巧妙设计与精心制作 在逐步调试中不断改进 最终较好的完成了该设计 达到题目的要求 在基本部分完成后 还进行了发