基于单片机的红外遥控智能小车优秀设计.doc
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1、摘要 伴随计算机、微电子、信息技术快速进步,智能化技术开发速度越来越快,智能度越来越高,应用范围也得到了极大扩展。智能作为现代新发明,是以后发展方向,它能够根据预先设定模式在一个环境里自动运作,不需要人为管理,可应用于科学勘探等用途。智能电动小车就是其中一个表现。设计者能够经过软件编程实现它行进、循迹、停止正确控制和检测数据存放、显示,无需人工干预。所以,智能电动小车含有再编程特征,是机器人一个。本设计采取AT89S52单片机加电机驱动电路和红外遥控及循迹模块还有红外接收一体化传感器设计而成,采取模块化设计方案,利用红外遥控器控制小车前进、后退、左转、右转、开启和停止。关键词:单片机;红外遥控
2、;电机驱动ABSTRACT With the rapid progress of computers, microelectronics, information technology, intelligent technology development speed faster and faster, intelligent increasing range of applications has been greatly expanded. Smart as a modern invention, is the future direction of development, it ca
3、n be in an environment where automatic operation in accordance with the pre-set pattern, no human management can be applied to scientific exploration and other purposes. Smart electric car is one of expression. Designers can be programmed by software to the road, tracking, stop the precise control a
4、nd test data storage and display, without human intervention. Therefore, smart electric car has a re-programming features, is a kind of robot.This design uses AT89S52 SCM and the motor drive circuit and the infrared remote control and ultrasonic module infrared receiver integrated sensor design made
5、 use of modular design, use the infrared remote control car forward, backward, turn left, turn right, start and stop .Keywords: SCM; infrared remote control; motor drive目 录第一章 绪论11.1 设计背景和意义11.2 智能小车发展现实状况21.3 该设计关键内容和目标4第二章 系统总体方案设计和论证52.1 系统总体方案设计52.2 主控系统52.3 电机驱动模块62.4 循迹模块62.5 显示模块6第三章 系统硬件电路设计
6、73.1 主控模块电路设计73.1.1 AT89S52单片机介绍73.1.2 单片机工作电路113.1.3 时钟电路123.1.4 复位电路123.2 红外遥控模块电路设计143.2.1 红外遥控实现原理143.2.2 红外发射器153.2.3 红外接收器163.3 电机驱动模块电路设计173.4 循迹模块电路设计183.5 显示模块电路设计19第四章 系统软件设计214.1 主程序214.2 LCD显示程序24第五章 总结和展望29致 谢30参考文件30附录一 系统硬件电路图32附录二 PCB33附录三 程序33附录四 元件清单38第一章 绪论1.1 设计背景和意义 自第一台工业机器人诞生以
7、来,机器人发展已经遍布机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。多年来机器人智能水平不停提升,而且快速地改变着大家生活方法。大家在不停探讨、改造、认识自然过程中,制造能替换人劳动机器一直是人类梦想。伴随计算机、微电子、信息技术快速进步,智能化技术开发速度越来越快,,智能度越来越高,应用范围也得到了极大扩展。在海洋开发、宇宙探测、工农业生产、军事、社会服务、娱乐等各个领域。智能电动小车系统以迅猛发展汽车电子为背景,涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科。关键由路径识别、角度控制及车速控制等功效模块组成。同时,当今机器人技术发展如火如荼,其应用在国防等众多领域得到广泛开
8、展。神五、神六升天、无人飞船等等无不得益于机器人技术快速发展。部分发达国家已把机器人制作比赛作为创新教育战略性手段。如日本每十二个月全部要举行诸如“NHK杯大学生机器人大赛”、“全日本机器人相扑大会”、“机器人足球赛”等多种类型机器人制作比赛,参与者多数为学生,目标在于经过大赛全方面培养学生动手能力、发明能力、合作能力和进取精神,同时也普及智能机器人知识。从某种意义上来说,机器人技术反应了一个国家综合技术实力高低,而智能电动小车是机器人雏形,它控制系统研制将有利于推进智能机器人控制系统发展,同时为智能机器人研制提供更有利手段。人类研究活动已摆脱了地球生物圈束缚而广泛地进入外层空间和海洋深处。对
9、月球和太阳系其它行星探测,对太阳系以外宇宙进行考察,对数千米以下海底研究,全部是现在单靠人力所不能及。自动控制系统正在替换大家完成这些任务。在战场上军事活动中,在恶劣环境条件下生产劳动中,凡不宜由人直接负担任务,均可由自动控制系统替换,如智能小车能够适应不一样环境,不受温度、湿度等条件影响,完成危险地段、人类无法介入等特殊情况下任务。高科技自动控制系统及装置已日益成为现代社会活动中离不开自动智能设备。1.2 智能小车发展现实状况美国物流学会自动引导车系统产品部把自动引导车(Automated Guided Vehicle,以下简称AGV)定义为装有电磁或光学自动引导装置运输车。该AGV能够沿要
10、求引导路径行驶,并配置有AGV编程和停车选择装置,安全保护和其它系统所需要特殊功效装置。自动引导车是计算机技术,自动控制技术,管理技术,加工制造技术等多学科技术综合。世界上第一台AGV是由美国Barrett电子企业于20世纪50年代开发成功,它是一个牵引式小车系统,小车跟随一条钢丝引导路径行驶,并含有一个以真空管技术为基础控制器。智能小车项目已经成为一个当今世界热门研究题目,在国外高中关键智能小车研究有以下多个最具代表性:大谷机器人ASURO世界最具影响力三大教育机器人教材生产厂家之一,ASURO被评为美国中学生暑期电子课作业指定教材。风靡欧洲教育界ASURO和两足机器人,用是无偿AVR软件,
11、能够把电脑上C语言原程序转换成机器人能够识别16进制代码,经过和电脑相连接红外发射板,能够无限把机器人能够识别16进制代码发射到产品上面,就会展示新动作,以实现可反复编程,发射不一样程序,可实现不一样功效,如线性追踪,自动寻迹,追踪光源,设定路线转弯,电脑遥控,唱歌,机器人走迷宫,感应人身体后可后退等动作对ASURO来说,轻而易举。韩国飞思卡尔智能车大赛,早在就由韩国汉阳大学举行,面向韩国各个大学。韩国汉阳大学汽车控制试验室在飞思卡尔半导体企业资助下举行以HCSI2单片机为关键大学生课外科技竞赛。组委会提供一个标准汽车模型、直流电机和可充电式电池,参赛队伍要制作一个能够自主识别路径智能车,在专
12、门设计跑到上自动识别道路行驶,谁最快跑完全程而没有冲出跑道而且技术汇报评分较高,谁就是获胜者。其设计内容涵盖了控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械、能源等多个学科知识,对学生知识融合和实践动手能力培养,含有良好推进作用、IEEE国际标准电脑鼠走迷宫竞赛所谓“电脑鼠”,英文名叫做MicroMouse,是使用嵌入式微控制器、传感器和几点运动部件组成一个智能行走装置俗称。它能够在迷宫中自动搜索迷宫,记忆迷宫地图,智能分析选择路径,最终以最快时间完成比赛。迷宫地图是在竞赛开始前几分钟随机设置,所以竞赛难度较大。国际电工和电子工程学会(IEEE)每十二个月全部要举行一次国际性电脑鼠走迷
13、宫竞赛,自举行以来参与踊跃。1972年美机械杂志提议比赛,最初电脑鼠是机械,由弹簧驱动。1977年IEEE Spectrum杂志提出电脑鼠概念:电脑鼠是一个小型由微处理器控制机器人车辆,在复杂迷宫中含有译码和导航功效。真正到场电脑鼠迷宫竞赛于1979年于纽约举行,1991年以来,每十二个月全部有世界级比赛。中国AGV发展历史较短。北京起重运输机械研究所、中国邮政科学研究计划院、中国科学院沈阳自动化所、大连组合机床研究所、清华大学、国防科技大学和华东工学院全部在进行不一样类型AGV研制并小批量投入生产。1975年北京起重运输机械研究所完成中国第一台电磁引导定点通信AGV,1989年北京邮政科学研
14、究计划院完成中国第一台双向无线电通信AGV,该院已能进行AGV批量生产。沈阳自动化所在AGV技术方面已取得了多项研究开发结果和专利,处理了AGV车体设计、控制、导航和高度管理等一系列关键技术问题,成为中国唯一能够提供自主品牌AGV产品单位。AGV自动导航车系统是伴伴随柔性装配系统、计算机集成制造系统和自动化立体仓库产业发展起来,是物流系统中革命性换代产品。为一个高效物流输送设备和工厂自动化理想手段,伴随经济发展,在中国AGV领域必将越来越大。这几年,智能小车研究是中国高校大学生热点研究项目。,“飞思卡尔”杯智能车大赛登陆中国,经过教育部同意,由飞思卡尔半导体企业赞助,由清华大学协办,在清华大学
15、举行了第一届“飞思卡尔”杯智能车大赛。去年则是第五届“飞思卡尔”杯全国大学生智能车带赛,和往届不一样,第五届智能车竞赛新增加了电磁组竞赛单元,参赛者需要用电磁器件替换传统光电和CCD,经过电磁感应来警醒赛道信息获取渠道,以此控制智能车在赛道上行驶。IEEE国际标准电脑鼠走迷宫竞赛,9月开始在广州周立功单片机发展赞助下,中国嵌入式系统学会组织上海市、江苏省、浙江省30多所高校连续举行了两次联赛。全国“电脑鼠标走迷宫”总决赛于11月8日在北京航空航天大学举行。1.3 该设计关键内容和目标该红外遥控智能小车能够分为四大组成部分:红外遥控部分、传感器检测部分、实施部分、CPU。智能小车要实现循迹识别路
16、线,选择正确行进路线。该设计关键经过对系统硬件电路设计,软件设计和程序编写,然后经过后期软硬件调试达成设计初衷。伴随汽车工业快速发展,相关汽车研究也就越来越受人关注。全国电子竞赛和省内电子竞赛几乎每次全部有智能小车这方面题目,全国各高校也全部很重视该题目标研究,常常举行这类比赛来培养学生对综合知识应用能力。第二章 系统总体方案设计和论证2.1 系统总体方案设计 该系统以AT89S52单片机为关键控制电路,采取模块化设计方案,利用红外遥控器替换开关按键控制小开启和停止,能够轻松自如实现小车开启停止、左转、右转和前进后退等功效,假如我们期望小车运行到黑线上来检测是否有循迹功效,就能够用遥控器控制小
17、车行驶到有黑线地方,当小车碰到有黑线时,会自动开启循迹功效模块,让小车沿黑线跑。每个模块全部是相互独立又相互协调配合,实现了小车智能控制。系统控制框图图2-1所表示: AT89S52红外遥控模块红外接收模块电机驱动模块循迹模块显示模块图2-1 系统控制框图2.2 主控系统 采取单片机作为整个系统关键,用其控制行进中小车,以实现其既定性能指标。充足分析我们系统,其关键在于实现小车自动控制,而在这一点上,单片机就显现出来它优势控制简单、方便、快捷。这么一来,单片机就能够充足发挥其资源丰富、有较为强大控制功效及可位寻址操作功效、价格低廉等优点。所以,这种方案是一个较为理想方案。针对本设计特点多开关量
18、输入复杂程序控制系统,需要擅优点理多开关量标准单片机,而不能用精简I/O口和程序存放器小体积单片机,D/A、A/D 功效也无须选择。依据这些分析,我选定了AT89S52 单片机作为本设计主控装置。2.3 电机驱动模块 采取功率三极管作为功率放大器输出控制直流电机。线性型驱动电路结构和原理简单,加速能力强,采取由达林顿管组成H型桥式电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调开关状态下,正确调整电动机转速。这种电路因为工作在管子饱和截止模式下,效率很高,H型桥式电路确保了简单实现转速和方向控制,电子管开关速度很快,稳定性也极强,是一个广泛采取PWM 调速技术。现市面上有很多此种芯片,所以选择L
19、298。这种调速方法有调速特征优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大,能承受频繁负载冲击,还能够实现频繁无级快速开启、制动和反转等优点。2.4 循迹模块 采取两只红外对管,分别置于小车车身左右两侧,依据两只光电开关接收到白线和黑线情况来控制小车转一直调整车向,合理安装好两只光电开关位置就能够很好实现循迹功效。2.5 显示模块常见数码显示器件关键有LED数码显示器和LCD液晶显示器。LCD显示器含有低功耗、散热小、浅薄轻巧、显示锐利、屏幕调整方便等特点,同时又是现在市场主流产品,价格较以往也有大幅下降。常见有12864和1602考虑到价格和实用性最终选择了1602液晶屏,既能够满足产品需要价格也
20、相对低廉。第三章 系统硬件电路设计3.1 主控模块电路设计3.1.1 AT89S52单片机介绍 AT89S52 是一个低功耗、高性能CMOS8位微控制器,含有8K在系统可编程Flash存放器。使用Atmel企业高密度非易失性存放器技术制造,和工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash许可程序存放器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效处理方案。下图为AT89S52引脚图。 图3-1 AT89S52引脚图 (1)关键特征:和MCS-51 兼容 8K字节可编程闪烁存放器 寿命:1
21、000写/擦循环数据保留时间:全静态工作:0Hz-24MHz三级程序存放器锁定256*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中止源 可编程串行通道低功耗闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 (2)管脚说明:VCC:供电电压。GND:接地。P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存放器,它能够被定义为数据/地址第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必需被拉高。P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻8位双向I/O口,P
22、1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是因为内部上拉缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并所以作为输入时,P2口管脚被外部拉低,将输出电流。这是因为内部上拉缘故。P2口当用于外部程序存放器或16位地址外部数据存放器进行存取时,P2口输出地址高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存放器进行读写时,P2口输出
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