基于51单片机的多功能小车的设计.doc

目 录 一、绪论 1 1、设计的目的 1 2、设计方案要求 1 二、硬件设计 2 1、系统组成框图 2 2、模块方案论证与比较 2 （1）控制模块 2 （2）电机的选择 3 （3）电机驱动模块 3 （4）寻迹模块 3 （5）避障模块 4 3、硬件电路分析 4 （1）最小系统 4 （2）电机驱动电路 6 （3）寻迹电路 7 4、部分元器件介绍 7 （1）51单片机 8 （2）L298N 10 三、软件设计 11 1、软件流程 11 （1）流程简介 11 （2）各功能的实现 12 2、寻迹算法设计 13 四、调试与结果分析 14 五、结束语 14 参考文献 14 附录1：元件清单 14 附录2：软件程序 16 基于51单片机的多功能小车的设计 （应用电子技术专业2008级） 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。智能小车就是其中的一个体现。本次设计的智能小车，采用AT89C51单片机作为小车控制核心，运用红外探头的检测实现小车寻迹和蔽障功能。传感器作为现代科技的前沿技术，被认为是现代信息技术的三大支柱之一，也是国内外公认的最具有发展前途的高技术产业。在国内有自动化方面的专家指出，传感器技术直接关系到我国自动化产业的发展形势，认为传感器技术强，则自动化产业强。由此可见传感器技术对自动化产业乃至整个国家工业建设的重要性。 关键字：51单片机；直流电机；L298驱动；红外探头 一、绪论 1、设计的目的 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。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。设计的智能电动小车应该能够实时显示时间、里程，具有自动寻迹功能，可准确定位停车。 传感器作为现代科技的前沿技术，被认为是现代信息技术的三大支柱之一，也是国内外公认的最具有发展前途的高技术产业。在国内有自动化方面的专家指出，传感器技术直接关系到我国自动化产业的发展形势，认为传感器技术强，则自动化产业强。由此可见传感器技术对自动化产业乃至整个国家工业建设的重要性。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件。AT89C51 单片机作控制核心, 针对小车在行驶过程中的不同要求, 采用模块化设计方案, 进行了各部分电路的设计。 二、硬件设计 1、系统组成框图 系统组成框图如图1所示。 图1 系统组成框图 本设计采用了 AT89C51 单片机为寻迹小汽车的核心控制部分, 通过查询方式实现对小汽车的智能控制。小汽车由主控制板、驱动模块、寻迹模块、蔽障模块及车身载体几部分组成。主控制系统由主控 CPU电路、传感器接口电路、直流电机驱动电路等组成。路面检测系统采用反射式红外传感器检测黑线及超声波传感器检测障碍, 直流电机驱动采用双向PWM控制技术实现对车速灵活地控制。 2、模块方案论证与比较 （1）控制模块 方案一： 采用ARM芯片作为系统的控制器，它的功能强大，可以实现很多复杂的功能，但本设计对控制器的要求简单，浪费资源而且价格昂贵。 方案二： 采用8位51单片机作为控制器。51系列单片机具有高性能、体积小、价格低廉、控制能力强等特点，系统功能实现简单，性价比高。 本设计就采用了比较先进的89C51为控制核心，功耗很低。该设计亦具有实际意义，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。所以本设计与实际相结合，现实意义很强。 从系统功能和性价比方面考虑，我们选择了方案二。 （2）电机的选择 方案一： 采用步进电机。步进电机具有快速启停能力，可实现电机正反转及调速，启动性能好，启动转矩大。工作电压可达到36V，4A；H桥驱动电路对电机进行控制。该驱动电路结构简单，价格低廉，在实际中应用广泛。但这种电路工作性能不够稳定且功耗比较容易烧坏单片机。 方案二： 采用专用芯片L298作为电机驱。L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。TCRT5000型光电