单片机课程设计报告1

1、井冈山大学生物医学工程10级单片机课程设计报告井冈山大学机电工程学院课程设计题目审批表课程名称：单片机课程设计设计题目：智能避障小车学生姓名：张吉水专业班级：10a指导老师：右湖设计要求：能够避障的小车所需元器件：元件数量元件数量元件数量直流电机2只电阻集成电路芯 片单片机1块二极管电容红外对管3只杜邦线电位器玩具小车1个排针12m晶振1只经英文献：1 .陈大钦模拟电子技术基础高等教育出版社2 .邱关源电路高等教育出版社3 .51系列单片机原理及设计实例北京航空航天大学出版社教研室总见：签字：年 月 日系部意见：签字：年 月 日设计题目：智能避障小车学生姓名：张吉水专业班级：10级医一班学号：

2、100615034指导老师：王佑湖成绩：评语：指导老师签字：20 年 月日教研室总见：签字：年 月 日系部意见：签字：年 月 日第2页/共12页井冈山大学生物医学工程10 级单片机课程设计报告题目：智能避障小车摘 要：利用红外对管检测障碍物，并以stc89c52单片机为控制芯片控制电动小汽车的速度及转向，从而实现自动循迹避障的功能。具中小车驱动由l298n驱动电路完成，速度由单片机输出的pwm波控制。关键词：智能小车；stc89c52单片机；l298n;红外对管第一章 绪论1.1 智能小车的意义和作用自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年

3、来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。随着科学技术的发展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统，对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达，而基于图像的理解技术还很落后，机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标。视觉传感器的核心器件是摄像管或ccd目前的ccde能做到自动聚焦。但ccd专感器的价格、体积和使用方式上并不占优势，因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实

4、用有效的方法。机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物，感知导引线相当给机器人一个视觉功能。避障控制系统是基于自动导引小车( avg auto-guide vehicle )系统，基于它的智能小车实现自动识别路线，判断并自动避开障碍，选择正确的行进路线。使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作。该智能小车可以作为机器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、cpu机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。基于上述要求，传感检测部分考虑到小车一般不需

5、要感知清晰的图像，只要求粗略感知即可，所以可以舍弃昂贵的cc防感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。智能小车的执行部分，是由直流电机来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。单片机驱动直流电机一般有两种方案：第一，勿需占用单片机资源，直接选择有pwmi;能的单片机，这样可以实现精确调速；第二，可以由软件模拟pwa出调制，需要占用单片机资源，难以精确调速，但单片机型号的选择余地较大。考虑到实际情况，本文选择第二种方案。cpu1用stc89c52片机，配合软件编程实现。1.2 智能小车的现状现智能小车发展很快，从智能玩具到其它各行业都有实质成果。其基本可实现循迹、避障、检测贴片、寻光入库、

6、避崖等基本功能，这几节的电子设计大赛智能小车又在向声控系统发展。比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列。我此次的设计主要实现避障这个功能。第二章 方案设计与论证根据要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加装光电检测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。2.1 主控系统采用单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车，以实现其既定的性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于实现小车的自动控制，而

7、在这一点上，单片机就显现出来它的优势控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。因此，这种方案是一种较为理想的方案。针对本设计特点多开关量输入的复杂程序控制系统，需要擅长处理多开关量的标准单片机， 而不能用精简i/o 口和程序存储器的小体积单片机，d/a、第5页/共 12页井冈山大学生物医学工程10级单片机课程设计报告a/d功能也不必选用。根据这些分析，我选定了 p89c51rai片机作为本设计的主 控装置，51单片机具有功能强大的位操作指令，i/o 口均可按位寻址，程序空 间多达8k,对于本设计也绰绰有余，更可贵的是

8、 51单片机价格非常低廉。在综合考虑了传感器、两部电机的驱动等诸多因素后，我们决定采用一片 单片机，充分利用stc89c52i片机的资源。2.2 电机驱动模块采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结 构和原理简单，加速能力强，采用由达林顿管组成的h型桥式电路（如图2.1）。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，精确调整电动机 转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高，h型桥式电路保证了简单的实现转速和方向的控制，电子管的开关速度很快，稳定性也极强， 是一种广泛采用的pwmm速技术。现市面上有很多此种芯片，我选用了 l298n（如 图 2

9、.2） 0这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能 承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。 因此决定采用使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。图 2.2 l298n2.3 避障模块采用二只红外对管分别置于小车的前端两侧，方向与小车前进方向平行， 对小车与障碍物相对距离和方位能作出较为准确的判别和及时反应。2.4 电源模块采用两组4支1.5v电池电源供电，一组给单片机和避障模块供电，另一组 给驱动模块供电。第三章硬件设计3.1 总体设计智能小车采用后轮驱动，后轮左右两边各用一个电机驱动，调制后面两个 轮子的转速起停从而达到控制转向的

10、目的，前轮是万象轮，起支撑的作用。将 避障光电对管分别装在车体前方的左右。当车身左边的传感器检测到障碍物时, 主控芯片控制左轮电机停止，车向左转弯，当车身右边传感器检测到障碍物时, 主控芯片控制右轮电机停止，车向右转弯。3.2 驱动电路（参考文献4）电机驱动一般采用h桥式驱动电路，l298n内部集成了 h桥式驱动电路，从 而可以采用l298n电路来驱动电机。通过单片机给予 l298n电路pwm&号来控 制小车的速度，起停。其引脚图如 3.2 ,驱动原理图如图3.3 。10g87心current sensing output 4output 3input 4enable 日input 3

11、logic supply voltagegndinput 2enable ainput 1supply voltage 7soutput woutput 1uhnent sensing a图3.2 l298n引脚图2c1上x、ddd2d3c144uinn 、e m 4rlmjt-t<p-方irt r v input2ti rv rit2_j*l1qi；rm匕uu 1 1oitliw h v fj1112tai11 j| tt-33,in r u f f-w* 4j jjjij 1工oitz11td-113r -1.5口uu i j(j1utiicoluy71巧ijgnd.bf_sds/二

12、 d6d7md3in<ro .nrr. u jrimkix工etofl2 50。-i,q qiu、图3.3电机驱动电路3.3 信号检测模块图3.4红外避障电路d3发射红外线，d2接收红外信号。lm567第、脚为译码中心频率设定端，一般通过调整其外接可变电阻 w改变 捕捉的中心频率。图中红外载波信号来自lm567的第5角，也即载波信号与捕捉中心频率一致， 能够极大的提高抗干扰特性。当接收到的红外载波信号和捕捉中心频率一致时，说明不是干扰，lm567的第8角输出低电平。3.4 主控电路本模块主要是对采集信号进行分析，同时给出 pwm空制电机速度，起停。 以及再检测到障碍报警等作用。其电路图如

13、图3.5。建a三b-3 mat图3.4 主控电路第四章软件设计4.1控制程序#include <reg52.h>sbit l1=p2a2; sbit l0=p2a3 ;sbit r1=p2a4; sbit r0=p2a5 ;sbit il=p1a0; sbit ir=p1a1;main() p2=0xff;while(1)while(il=1&&ir=1) l1=1;l0=0;r1=1;r0=0;while(il=0&&ir=1) l1=1;l0=0;r1=0;r0=0;while(ir=0&&il=1) r1=1;r0=0;l1=0

14、;l0=0;while(ir=0&&il=0) r1=1;r0=0;l1=0;l0=0;4.2实物图第11页/共12页井冈山大学生物医学工程10 级单片机课程设计报告第五章 安装与调试：1、焊接和调试：先合理分配各个元件的位置，然后插在电路板上，再进行焊接。 焊接前务必小心， 以免焊接时由于温度过高而导致器件烧坏。2、按照框图思想及工作原理完成各部分功能电路，焊接是一定要仔细，认真，正确焊接，焊接完毕后要检查有无虚焊的地方。3、接上电源，一部分一部分的对电路进行调试，先看避障模块部分是否正常工作，再看驱动部分是否也正常工作。4、最后整体调试，检验结果。第六章 设计体会在这次课程

15、设计中， 让我充分享受到制作的快乐， 当然在制作中也遇到许多的困难。 例如驱动电路制作时， 电机不能转动。 还有焊接传感器电路后， 检测输出时不能稳定输出， 后来在多次调制后成功输出电平。 但是令我感到快乐的是在遇到这些困难时有老师和同学的乐于帮助，让我有更多的热情继续我的制作。在制作过程中让我学到了许多。 首先是设计一个东西不是随便就可以制作的。 还要有充分的知识储备， 以前在书本学到的突然发现不知道怎么使用， 让我感慨道只是一味的学习书本而不通过实践是很难掌握知识的。 同时通过设计让我进一步掌握proteus 的一些基本操作，为以后类似设计打下基础。另一方面它也培养了我慎密的思维，从开始设计出图纸， 然后再在电脑上用 proteus 仿真， 再到元器件的焊接工作都是非常慎密的过程， 每一个环节都不可以马虎， 否则设计的成品必将是不符合要求的。 当然在设计中也不是什么都了解， 比