1、自动往返小汽车的控制系统-论文自动往返小汽车的控制系统目 录自动往返行驶小车的设计（搞要）3第一章 引言与概述 4第二章 系统设计总概述 5第三章 单片机简介 6第四章主要电路的设计 8第五章 系统硬件电路设计11第六章 系统软件设计 16结 束 语 17参考文献 18附表 19自动往返行驶汽小车的设计【摘要】本设计介绍了AT89S51系列单片机为控制芯片，控制自动往返小汽车控制系统硬件和软件的设计。通过小汽车对路面的检测和速度的调节，把检测的信号送入单片机系统，经微机处理后， 结合键盘控制实现LED 显示，并可实现对小汽车速度，转向的控制和绕过障碍物的能力。附以外围电路,运用单片机的运算和处
2、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。控制自动往返小汽车控制系统硬件和软件设计。【关键字】单片机；AT89S51芯片；自动往返小汽车；光 电检测器。第一章 引言与概述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
3、、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。本设计正是基于小汽车的自动
4、控制、安全定位等技术而进行的研究和尝试。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。在这次毕业设计及制作过程中，我们使用了模拟电子技术、数字电子技术， 单片机技术，电气控制技术以及机械等技术进行设计及制作。我们把三年中所学的理论知识基本都联系起来了，这次的设计及制作对理论联系实际有了一定的作用，使我们三年中所学的理论知识得到了升华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。
5、798自动往返小汽车的控制系统第二章 系统设计总概述2.1往返小汽车的设计要求与目标:设计一个并控作一个自动往返于起跑线与终线之间的小汽车,小车从起跑线出发后到达终点线停车10s，返回到起点停止;(1) 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) 往返一次的时间应力求最短(从合上电源开关开始计时); (2) 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中心线之间距离作为偏差的测量值) ;(3)采用SPCE061A单片机，能 实现在系统下载烧录 功能；(4) 自动记录 并显示一次往
6、返时间; (5) 自动记录 并显示行驶距离;2.2整体设计方案:整体设计方案见图1采用AT89C51单片机主控制器, 采用汇编语言进行软件编程实现各种算法和逻辑控制, 红外光电检测到的开关信号作为中断源, 送入AT89C51单片机 中断源 ; AT89C51单片机 再对中断请求做出响应, 并在P1.1及P1.0口输出控制 驱动电路的脉冲; 驱动电路控制直流电机的转速和转向; 显示模块以采用串行数椐输入，用四位数码液晶显示为核心, 对记录的结果进行显示.二、系统原理框图系统原理框图如图1所示。第三章 AT89S51单片机简介.1单片机发展概况AT89S51单片机是凌阳公司今年新推出的一款十六位
7、单片机，它的易用性和多功能性受到了广大电子爱好者的好评。这里要介绍的是用AT89S51 单片机实现2001年全国大学生电子设计竞赛试题（C题），本系 统以参 赛题目的要求为目的，采用AT89S51单片机为控制核心，利用光电检测器检测道路上的标志，控制电动小汽车的正反向行驶，快慢速行驶，以及停 车的位置，并可自动记录往返时间和距离，在显示完时间距离后将会自动播报整个行程所消耗的时间，以及行驶路程。整个系统的电路结构简单，可靠性高。实验测试结果满足要求，本文着重介 绍了该系统的软硬件设计方法及测试结果分析。目前,八位高性能单片机以成为主流,单片机发展具体体现在以下几个方面:1.CPU功能增强2.内
8、部资源增多3.引脚的多功能化4.低电压低功耗.3.2单片机的发展方向目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展，今后单片机的发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等方向发展。单片机在出现时， Intel公司就给其单片机取名 为嵌入式微控制器。单片机的最明显的优势，就是可以嵌入到各种仪器、 设备中。单片机在内部已集成了越来越多的部件，这些部件包括一般常用的电路，例如：定时器，比较器，A/D 转换器，D /A转换器，串行通信接口，Watchdog电路，LCD控制器等。有的单片机为了构成控制网络或形成局部网，内部含有局部网络控制模块CAN。例如， In
9、fineon公司的C 505C，C515C，C167CR，C167CS-32FM，81C90；Motorola公司的68HC08AZ 系列等。特别是在单片机C167CS-32FM中，内部还含有2个CAN。因此，这类单片机十分容易构成网络。特别是在控制，系统较为复杂时，构成一个控制网络十分有用。为了能在变频控制中方便使用单片机，形成最具经济效益的嵌入式控制系统。有的单片机内部设置了专门用于变频控制的脉宽调制控制电路，这些单片机有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列； Motorola 公司的MC68HC08MR16、MR24等。在 这些单片机中，脉宽调制电路有6个通道输出，
10、可产生三相脉宽调制交流电压，并内部含死区控制等功能。特别引人注目的是：现在有的单片机已采用所谓的三核（TrCore）结构。这是一种建立在系统级芯片（System on a chip）概念上的结构。 这种单片机由三个核组成：一个是微控制器和DSP核，一个是数据和程序存储器核，最后一个是外围专用集成电路（ASIC）。 这种单片机的最大特点在于把DSP和微控制器同时做在一个片上。虽然从结构定义上讲，DSP是单片机的一种类型，但其作用主要反映在高速计算和特殊处理如快速傅立叶变换等上面。把它和传统单片机结合集成大大提高了单片机的功能。这是目前单片机最大的进步之一。这种单片机最典型的有Infineon公司
11、的TC10GP；Hitachi 公司的SH7410，SH7612等。 这些单片机都是高档单片机，MCU都是32位的，而DSP采用16或32位结构，工作频率一般在60MHz以上。 功耗、封装及电源电压的进步现在新的单片机的功耗越来越小，特别是很多单片机都设置了多种工作方式，这些工作方式包括等待，暂停，睡眠，空闲， 节电等工作方式。Philips公司的单片机P87LPC762是一个很典型的例子，在空闲时，其功耗为1.5 mA，而在节电方式中，其功耗只有0.5mA。而在功耗上最令人惊叹的是TI公司的单片机MSP430 系列，它是一个 16位的系列，有超低功耗工作方式。它的低功耗方式有LPM1、LPM
12、3、LPM4三种。当电源为3V时，如果工作于 LMP1方式，即使外 围电路处于活动，由于CPU不活动，振荡器处于14MHz ，这时功耗只有50?A 。在LPM3 时，振荡器处于32kHz，这时功耗只有1.3?A。在 LPM4时，CPU、外围及振荡器32kHz都不活动，则功耗只有0.1?A。现在单片机的封装水平已大大提高，随着贴片工艺的出现，单片机也大量采用了各种合符贴片工艺的封装方式出现，以大量减少体积。在这种形势中， Microchip公司推出的8引脚的单片机特别引人注目。这是PIC12CXXX系列。它含有 0.52K程序存储器，25128字 节数据存储器， 6个I/O端口以及一个定时器，有
13、的还含4道A/D ，完全可以满足一些低档系统的应用。 扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是今天单片机发展的目标之一。目前，一般单片机都可以在3.35.5V的条件下工作。而一些厂家，则生产出可以在2.26V的条件下工作的单片机。这些单片机有Fujitsu公司的MB8919189195，MB89121125A ，MB89130系列等， 应该说该公司的F2MC-8L系列单片机绝大多数都满足2.26V的工作电压条件。而TI公司的MSP430X11X系列的工作电压也是低达2.2V的。 工艺上的进步现在的单片机基本上采用CMOS技术，但已经大多数采用了0.6?m以上的光刻工艺，有个别的公司，如Mo
14、torola公司则已采用0.35?m甚至是0.25?m技术。这些技术的进步大大地提高了单片机的内部密度和可靠性。自动往返小汽车的控制系统第四章 主要电路设计1、光电检测的设计为了检测到地上的黑线，根据小车所处的位置改变行驶状态，采用64型光电检测器采集外部信息传给IOB2作为外部中断源，遇到黑线将产生一个中断，通过对中断的计数确定小车位置，并对行驶状态做出相应的反映。764型光电检测器输出形式为晶体管集电极开路输出，接4.7K的上拉电阻。光电管的测量最大范围为1.518.5cm， 实际安装距地面为 2cm。发 射管发出红外线光电信号，接收管接收到反射的光信号以后输出低电平, 接收管没有接收到反
15、射的光信号时输出高电平，输出电平直接送IOB2做外部中断的信源。红外光电检测器连接电路如图2所示。具体连接请参见附带的Protel 99 SE原理 图。 2主控电路的设计（1）、继电器驱动电路的设计由于单片机I/O口提供的电流太小，不能直接驱动继电器。在这里采用8050来提供一个开关电压，实现I/O口对继电器的驱动，由于继电器的吸合只需5V 电压，能够保证它的可*工作，用IN4007去掉继电器断开时线 圈产生的反向电流，保护8050。如图3。 （2）、速度控制电路的设计本设计方案较为简单，即通过大功率电阻消耗功率来实现，通过对R1、 R2的选择能提供八种速度，可根据路面摩擦力大小来调节R1、R
16、2 的大小，使小车处于最佳行使状态。具体电路图如图4，其中 J1、J2由IOA0控制，J3 、J4由IOA1控制，J5、J6分别由IOA2和IOA3 控制。 3、路程 计数的设计按题要求显示全程速度，可以通过检测车轮转过的转数乘上车轮的周长来计算，霍尔元件就是一种很好的可用于车轮转数计数的元件。霍尔元件基本原理是：在普通转盘计数的仪表中加装霍尔元件和磁铁，即可构成基于磁电转换技术的传感器。霍尔元件固定安装在计数转盘附近，永磁 铁安装在计数盘（例如0.01立方米）位上，当转盘每转一圈，永磁铁经过霍尔元件一次即在信号端产生一个计量脉冲。在普通转盘计数的仪表中加装霍尔元件和磁铁，即可构成基于磁电转换
17、技术的传感器。本系统中霍尔元件固定安装在计数转盘附近，永磁铁安装在计数盘位上，当转盘每转一圈，永磁铁经过霍尔元件一次即在信号端产生一个计量脉冲。由于霍尔电压很微弱(mV级)，需用霍尔集成电路进行处理，如图5所示。无论信号转子的哪个叶片通过空气间隙时，霍尔信号发生器都将产生一个电位由高到低的脉冲信号,直接送IOB3作外部中断源，信号 转子通过霍尔元件将产生一个中断，对中断进行计数，此中断的个数即为车轮转过的转数。 4、显 示电路的设计本系统采用共阴极数码管四个进行动态显示，轮流显示时间和路程，这有利于节省I/O口。显示时间的精度为1S ，显示路程的精度为0.01m 。用 IOB8IOB11口作为
18、位选控制， IOA8IOA11口传输要显示的数据，数据线和位选线直接接凌阳SPCE061A单片机的I/O口即可，因为I/O 口输出电流很小不会对LED造成损 坏，它的 电压值却足以驱动LED，这不像别的单片机还要外接驱动电路和电阻，采用凌阳SPCE061A 单片机大大减化了设计过程和硬件电路。硬件电路如图6所示。 5、语 音播报电路的设计凌阳的SPCE061A是16位单 片机，具有 DSP功能，有很强的信息处理能力，最高 时钟可达到49M，具备运算速度高的优势等等，这为语音的播放、录放、合成及辨识提供了条件。另外SPCE061A单片机具有32k闪存，事先把所需要的语音信号录制好，整个语音信号经
19、凌阳SACM_S480 压缩算法压缩 只占有13.2K存储空间，对凌阳SPCE061A单片机的存储 系统来说绰绰有余。凌阳 SPCE061A单片机自带双通道DAC音频输出，DAC1、DAC2转换输出的模拟量 电流信号分别通过AUD1和AUD2管脚输出，DAC输出为电流型输出， 经LM396 音频放大，即可 驱动喇叭放音，放大电路如图5( 只列出了DAC1,DAC2类似)。在 DAC1、DAC2后面接一个简单的音频放大电路和喇叭就能实现语音播报功能，这为单片机的音频设计提供了极大方便，音频的具体功能主要通过程序来实现。 图7音频放大电路6、电 源部分电源部分采用四节碱性电池对单片机、数码管等供电
20、，采用九节碱性电池对继电器及电机进行供电，为减少耗电量，数 码管未采用全程供电，而是等小 车停止后显示所用时间和行驶距离；采用双电源供电消除电动机运转时产生的干扰，保证单片机正常工作。自动往返小汽车的控制系统第五章 系统硬件电路设计5.1检测电路设计本设计需要检测起点和终点限速区一定黑白对比的黑色和跑道两则的障碍物（档板）。图2、 图3速度检测和路面检测，均采用反射取用式，单光束红传感器ST178接收信号，再分别用运放LM324比较电压进行放大。图2的电路在5V电压下工作，根椐该型号传感器红外发射管所需工作压降（红外发射管的正向压降在11.3V）和工作电流(红外发射管的电流为2-10mA)，取
21、用负载电阻R1=0.51K。红外红接收管负载电阻R2=51K。取R3=R4=1K由R5进 行设置。图3的电路是在 +9V电压下工作的，和图2分析方法一样，取R6=2K，R7=270K，R8=270K，R9=100K。图2速度检测电路图3地面检测电路图5.2驱动电路设计5.2.1电机驱动电路主电路采用PWM-M的双极式H型电路。运用4个C2655 晶体管和4个续 流二极管组成桥式电路，靠晶体管导通和关闭的占空比实现电动机调速的目的，输出端的电位极性不一样可以使电机正转和反转。应用中应尽量提高斩波的频率，减少电流的脉动。具体 电路图图4电机驱动电路5.2.2.转向驱动电路该电路结构简单，主在由达林
22、顿管来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 结构如图五所示。图5转向驱动电路5.2.3.键盘及显示电路显示电路采用串行数椐输入，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，小车动行的情况是通过轴上带孔的圆片和光电检测器送给控制位分。当小车检测到终点时，停止运行10S，显示运行的路程。5.3 ST178 器件简介一特点：1.采用高发射功率红外光电二极管和高敏度光电晶体管组成。2检测距离可调整范围大，4-40mm可用。3采用非接触检测方式。二极限参数：(Ta=25)项目 符号 数值 单位输入 正向电流 IF 50 m
23、A反向电流 Vr 6 V耗散功率 P 75 mW输出 集射电压 Vceo 25 V射集电压 veco 6 V集电极功耗 Pc 50 mW工作温度 Topr -2065 储存温度 Tstg -3075 三光电特性：(Ta=25)项目 符号 测试条件 最小 典型 最大 单位输入 正向压降 Vf If=20mA - 1.25 15 V反向电流 Ir VR=3V - - 10 uA输出 集电极暗电流 Iceo Vce=20v - - 1 uA集电极亮电流 IlVce=5VIf=8mA L3 030 - - mAL4 040 - - mAL5 050 - - mA饱和压降 Vce If=8Ma Ic=0
24、.5mA - - 04 V项目 符号 测试条件 最小 最大 单位传输特性 响应时间 Ir If=20m AVc=5VRc=100 - 10 - uSIf - 10 - uS注:集电极亮电流IL饱和压降VCE电流比响应时间是红外光电传器前端面与检测面距离7mm处测得,其数椐受亮检测面的表面光洁度及平平整度影响.自动往返小汽车的控制系统第六章 系统软件设计软件设计采用模块化设计结构。本系统软分为主程序、检测子程序、 显示子程序、路程计算子程序等模块。程序设计流程图如图6所示。 图6程序设计流程图结束语三年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的
25、人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。回首三年，取得了些许成绩，生活中有快 乐也有艰辛。感谢老师三年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。学友情深，情同兄妹。三年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。 我要特别感谢老师，在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励,使我能够顺利完成毕业设计，在此表示衷心的感激.联单老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。在毕业设计中，给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢耐心的辅导。在设计中老师也给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得毕业论文及时的完成，这里一并表示真诚的感谢。参考文献1 朱思洪机电一体化技术北京：中国农业出版社，20042 刘野，高迪，郡毅阳自动往返小汽车 电子世界，2002第5期：56-573 陆坤等电子设计技术成都：电子科技大学出版社，19984 宋新兵，徐源周，丛明河自 动程控电动小汽车的设计 电子世界，2002第4期：
