基于单片机的多功能智能小车设计论文(电路、程序及论文).doc

摘要：智能作为现代的新发明，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等等的用途。智能电动车就是其中的一个体现。本次设计的简易智能电动车，采用STC89C52单片机作为小车的检测和控制核心；采用金属感应器TL-Q5MC来检测路上感应到的铁片，从而把反馈到的信号送单片机，使单片机按照预定的工作模式控制小车在各区域按预定的速度行驶，并且单片机选择的工作模式不同也可控制小车顺着黑色胶布循迹行驶；采用红外壁障测障碍物。采用1602LCD实时显示小车行驶的时间，小车停止行驶后，显示小车行驶时间以及硬币的个数。本设计结构简单，较容易实现，但具有高度的智能化、人性化，一定程度体现了智能。 关键词：STC89C52 循迹 红外壁障 金属感应器 1602LCD 1. 设计任务： 设计并制作了一个智能电动车，其行驶路线满足所需的要求。 1.1 要求： 1.1.1 基本要求： （1）分区控制： 如（图1）所示： （图1） （1）电动车从出发区出发（车体不得超出出发区），沿引导黑线向终点区行驶，电动车行驶过程中不可脱离黑色引导线行驶。 （2）电动车行驶过程中遇到转角路口时发出声光指示信息。 （3）电动车在AB段驶过程中遇到引导线下有硬币。电动车发出声光指示信息并且停车2秒。 （4）电动车到达终点后应立即停车，但全程行驶时间不能大于90秒，行驶时间到达90秒时必须立即自动停车。 1.1.2 发挥部分： （1）进一步提高B点到G点的行驶速度（电动车行驶过程中不可脱离黑色引导线行驶）。 （2）电动车在GH段行驶过程中如有竖直放置饮用水瓶电动车发出声光指示信息。 （3）电动车在GH段行驶过程中如有倒置放置饮用水瓶电动车起动风扇将其吹到。 （4）电动车进入终点区域后，能进一步准确驶入终点区，要求电动车的车身完全进入终点区到达终点区中心。停车后，能准确显示电动车全程行驶时间、路程以及遇到硬币的数量和饮用水瓶的数量。 2. 方案比较与选择： 2.1 主控系统模块 根据设计要求，我认为此设计属于多输入量的复杂程序控制问题。据此，拟定了以下两种方案并进行了综合的比较论证，具体如下： 方案一： 选用一片CPLD（如EPM7128LC84-15）作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。CPLD具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用VHDL语言进行编写开发。但CPLD在控制上较单片机有较大的劣势。同时，CPLD的处理速度非常快，而小车的行进速度不可能太高，那么对系统处理信息的要求也就不会太高，在这一点上，MCU就已经可以胜任了。若采用该方案，必将在控制上遇到许许多多不必要增加的难题。为此，我们不采用该种方案，进而提出了第二种设想。 方案二： 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、A/D功能也不必选用。根据这些分析,我选定了P89C51RA单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STC89C52单片机的资源。 2.2 电机驱动模块 方案一： 采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整，此方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢，易损坏，寿命较短，可靠性不高。 方案二： 采用电阻网络或数字电位器调节电动机的分压，从而达到分压的目的。但电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般的电动机电阻很小，但电流很大，分压不仅回降低效率，而且实现很困难。 方案三： 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PWM调速技术。现市面上有很多此种芯片，我选用了L298N(如图2.2)。 图