1、单片机应用技术课 程 设 计 论 文论 文 题 目 : 避 障 小 车学 院 汽车学院 专 业 电气工程及自动化 班 级 2011 级(2)班 学生姓名 卢鹏飞 康帅 杨飞 学 号 201105820243 201105820223 201105820225 成 绩 2013 年 11 月 22 日【摘要】本设计是设计一款基于单片机的遥控窗帘,其中的单片机是遥控控制的核心,用于接收处理遥控信号,通过对一台直流电机的正反转控制,模拟实现对窗帘开、合的控制。此系统具有无线控制与手动控制两种方式,以保证一种控制方式出现问题,可以及时使用另一种控制方式对单片机进行控制。本报告简要介绍了基于单片机技术的
2、遥控窗帘的设计原理,并根据系统的基本原理制作出了实物模型。本控制系统主要由以下几个模块组成:无线信号发射模块、无线信号接收模块、电机驱动模块、电机运行转数检测模块以及单片机控制模块。其中无线信号发射模块的控制核心是编码芯片 PT2262,配套使用的是以解码芯片 PT2272 为核心的无线信号接收模块,这两组模块配合将对电机控制的正反转控制信息转变为单片机可以识别的二进制代码,通过与单片机内部的程序配合实现对窗帘正反停运行状况的无线遥控控制;电机驱动模块是以 L298N 芯片以及光耦芯片 TLP521-4 为核心的功率驱动电路;电机运行转数检测模块是根据霍尔元件对磁钢磁场变化而发出电压脉冲信号的
3、原理做成的;单片机控制模块的核心组成元件是 AT89S52 芯片,配以单片机的最小系统电路,作为无线遥控窗帘系统的总的控制模块。此外系统可以实现电机运行状态的显示,比如当电机正转是某对应信号灯亮等。关键词:单片机技术;红外传感器臂章技术;蜂鸣器;4WD 驱动模块;目 录1 设计任务 .12 系统硬件设计 .221 器件选择 .22.2 硬件原理图 .23 系统软件设计 .103.1 软件流程图 .104 设计总结 .11参考文献 .12附 1:源程序代码 .6附 2:系统原理图 .7单片机应用技术课程设计论文11 设计任务任务要求: 本次设计课题是智能避障小车,具体任务要求如下:开始小车直线行
4、走,当前方遇到障碍时,报警器报警,同时:(1):左边传感器检测到障碍物,小车向右撞。(2):左边传感器检测到障碍物,小车向右撞。(3):两个传感器都检测到障碍物,小车先后退,再左转。本小组人员分工:卢鹏飞程序设计;康帅负责硬件设计;杨飞负责文档整理。单片机应用技术课程设计论文22 系统硬件设计21 器件选择根据本次课题的实际需要,为了达到要避障的效果,小车采用的主要设计器件有 51 单片机,红外避障传感器,蜂鸣器,4WD 电机驱动。2.2 硬件原理图(1)51 单片机89C2051 是由 ATMEL 公司推出的一种小型单片机。95 年出现在中国市场。其主要特点为采用 Flash 存贮器技术,降
5、低了制造成本,其软件、硬件与 MCS-51完全兼容,可以很快被中国广大用户接受,其程序的电可擦写特性,使得开发与试验比较容易。89C2051 共有 20 条引脚,详见图 1.从图中可见,2051 继承了 8031 最重要引脚:图 1单片机应用技术课程设计论文351 单片机具有以下特点:1具有较高的性能价格比。2体积小,可靠性高。由单片机组成的应用系统结构简单,易对系统进行电磁屏蔽等抗干扰措施。另一方面,单片机不易受外界的干扰。所以单片机应用系统的可靠性比一般微机系统高得多。3控制功能强。单片机采用面向控制的指令系统,实时控制功能特别强。CPU 可以直接对 I/0 口进行输入、输出操作及逻辑运算
6、,并且具有很强的位处理能力。4使用方便、容易产品化。单片机的体积小、功能强。能满足许多小型对象的嵌入式应用要求。51 单片机的原理图如下图所示:1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBATitleNumber RevisionSizeA3Date: 25-Mar-201 Shet of File: F:TYKJ-TY-TYD-51-1.dbDrawn By:P101 P12 P123P134 P145 P156P167 P178RST9P30/RXD10 P31/TXD1 P32/INT012P3/INT113 P34/T014 P35/T115P36/WR16 P37/R
7、D17XTAL218XTAL119VS20(A15)P20 21(A14)P21 2(A13)P2 23(A12)P23 24(A1)P24 25(A10)P25 26(A9)P26 27(A8)P27 28PSEN29ALE/PROG30EA/VP31(AD7)P07 32(AD6)P06 3(AD5)P05 34(AD4)P04 35(AD3)P03 36(AD2)P02 37(AD1)P01 38(AD0)P0 39VC40U1 STC89C52RC+5VL1L2L3L4L5L6L7L8+5VP10P1P12P13P14P15P16P17S4S3S2S1S8S7S6S5S12S1S10S
8、9S16S15S14S13P30P31P32P3P34P35P36P3712 34 5678910112com1com2com3com4abcdefgdpLED1 12 34 5678910112com1com2com3com4abcdefgdpLED2+5VY11.0592MC530P C630PC410UFR171K+5VQ1850R12K R22K R32K R42K R52K R62K R72K R82K+5VP0P01P02P03P04P05P06P07P20P21P2P23P24P25P26P27R930R1630R1030R1530R1430R130R1330R1230S17RS
9、TGND+5V +5V+5V+5VGNDGNDGNDP20P21P2P23P24P25P26P27P0P01P02P03P04P05P06P07123456789PR32K*8+5V 4*4 CPU TY-51-1 V1.0123456789PR110K*8123456789PR21k*80 1 2 34 5 6 78 9 A BC D E F12345678910J1P112345678910J2P012345678910J5P212345678910J4P3P10P1P12P13P14P15P16P17P30P31P32P3P34P35P36P37P20P21P2P23P24P25P26P
10、27P0P01P02P03P04P05P06P07P30P31P32P3P34P35P36P37 P10P1P12P13P14P15P16P17S18POWERU-5V +5VQ2850 Q3850 Q4850 Q5850 Q6850 Q7850 Q8850TXD1DTR 2RTS 3VD_232 4RXD5RI 6GND7VD8DSR 9DCD10CTS 1SHTD12E_CLK13E_DATA14DP(D+)15 DM(D-)16VD_3V317GND3V318RESET19 VD20GND21TRI_MODE 2LD_MODE 23VD_DL24GND_DL25 PL_TEST26OSC
11、127OSC228U5PL2303U-5VC2104VBUS 1D- 2D+ 3GND4SHEL 5SHEL 6J3USB-FTR227R2327U-5VY212MC92P C102PP31P30USB-TL1 23 45 67 8JP1UARTC810UFC1104R211KL9POWER+5VR191KR201KC7104C3104R181.5kU-5V +5V图 2单片机应用技术课程设计论文4(2)红外避障传感器:这是一种集发射和接收于一体的光电传感器,主要用于障碍物的检测,对障碍物检测的距离可以根据要求通过后部的旋钮进行调节。工作原理:避障传感器基本原理,和循迹传感器工作原理基本相同,
12、利用物体的反射性质。在一定范围内,如果没有障碍物,发射出去的红外线,因为传播距离越远而逐渐减弱,最后消失。如果有障碍物,红外线遇到障碍物,被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号,就可以确认正前方有障碍物,并送给单片机,单片机进行一系列的处理分析,协调小车两轮工作,完成一个漂亮的躲避障碍物动作实验接线: 实验时只需把信号输出端(signal)与单片机的 P10 口相连。VCC 端接5V 电源,GND 接电源负极或单片机上的逻辑地。注意:如果对红外避障传感器的使能感兴趣,可以把传感器的 TC 端接单片机的 I/O 口,通过控制 TC 实现是否开启红外避障传感器,当 TC 为高电平时传感器工作
13、,为低电平时,传感器关闭,参照图 7。实物图及电路图如下所示:单片机应用技术课程设计论文5图 3(3)蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器,采用直流电压供电,广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。实物图如下:图 4工作原理:因为单片机的 IO 口驱动能力不够让蜂鸣器发出声音,所以我们通过三极管放大驱动电流,从而可以让蜂鸣器发出声音,你要是输出低电平,三极管导通,集电极电流通过蜂鸣器让蜂鸣器发出声音,当输出高电平时,三极管截止,没有电流流过蜂鸣器,所以就不会发出声音。单片机应用技术课程设计论文6图 5(4)4WD 电机驱动电机
14、驱动工作原理 驱动板由大功率驱动芯片 L298 为主,加上 L7805 稳压芯片为整个电路板提供稳定的 5V 电压。驱动板能同时驱动两个直流电机。通过对六个口的控制就可以分别实现对电机正反转、加减速的控制。完成向前、向后、左转和右转等各种组合运动。每个电机用三个口控制,一个使能端(EN)或 PWM输入端,控制电机的转动与停止,也能用于 PWM 控制调速。也就说,对这个输入端输入一定频率的脉冲,当为高电平时,电机转动,为低电平时,电机停止转动。一定频率的脉冲,电机一段时间内转动一段时间内停止转动,但由于直流电机的惯性特性,它不会立即停下来,只要频率高于某个值,就不会感觉到电机的停滞现象,反而是一
15、种很连续的运动。只要改变一个周期内高低电平的时间比例,就可以改变电机的速度。另外两个输入端是为了控制方向,分别为 In1 和 In2。In1为高电平,In2 为低电平,电机按一个方向转,In1 为低电平,In2 为高电平,电机向相反方向转,如果他们同时为高电平或低电平,那么电机不转。单片机应用技术课程设计论文7图 6驱动电路原理图该驱动板需要用 5V 电源供电,但 L298N 的逻辑参考电平为典型的 TTL 电平。用了一个 L7805 稳压芯片提供稳定的 5V 输出电压和逻辑参考电压,D9、D10、D11 和 D12 是发光二极管,指示运动方向,与它们连接的电阻都是限流电阻。R5 和 R8 都是下拉电阻,让 EnA 和 EnB 口要么是高电平,要么是低电平,避免出现电平混乱,提高对输入信号的抗干扰能力。输出端都接有 0.1uF 电容,加上二极管平衡电路。他们都是为了保护 L298N,电机是感性负载,当给电机突然通电与断电,因为电流的瞬变,电机两端会产生瞬时高压和大电流。如果没有保护措施,L298N 就可能会被烧毁图 7