1、基于單片機 STC89C52控制的智能小車 摘要：該畢業設計是采用無線遙控基于單片機的功能實現的， 當無線遙控器的某 個按鍵按下時，無線發射器將按鍵信號以編碼的形式在 315MHz的頻率上發射出 去，無線接收器接收并放大發射信號同時解調出 TTL 電平信號送至單片機進行處 理，單片機通過比較和識別接收來的無線遙控編碼便可執行相應的遙控功能， 從 而實現智能小車的前進、 后退、左轉和右轉的基本功能和伴隨音樂演奏而閃爍的 LED的開啟與關閉的功能。此外，我加入了溫度傳感器與時鐘芯片，讓它們在液 晶顯示器上顯示其室溫和時間， 并用按鈕進行時間的調控。 由于無線遙控模塊是 四路單向鎖存模塊， 只能單線

2、實現四個功能， 所以發射模塊的控制按鍵不夠， 根 據需要，我僅僅用無線模塊控制小車的前進和后退， 停止，其它的采用按鍵調試， 用按鍵來實現小車的前進 /后退/ 左轉/ 右轉/音樂/時間調控等功能。關鍵詞： 無線模塊；液晶顯示模塊；電機驅動模塊；音樂；智能小車目錄引言3 1 整體方案設計 41.1 整體方案設計的思路 41.2 整體方案的流程圖 4 2 避障遙控小車系統概況 42.1 SC2272無線遙控模塊原理 42.2 驅動原理的簡介62.3 直流電機簡介9 3 模塊方案比較與論證 123.1 車體設計123.2 電機模塊的選擇123.3 電機驅動模塊的選擇 123.4 控制器模塊的選擇 1

3、3 4 系統硬件電路設計 144.1 無線模塊的設計144.2 直流電機的驅動模塊 15 5 軟件的簡單介紹 165.1 KEIL 的簡介1600畐山 n_LOMdCXI.g6引言 隨科學技術的進步， 智能化和自動化技術越來越普及， 也廣泛應用于機器人玩具 制造領域， 使智能機器人越來越多樣化。 智能機器人是一個多種高新技術的集成 體，它融合了機械、電子、傳感器、計算機硬件、軟件、人工智能等許多學科的 知識，涉及到當今許多前沿領域的技術。 而隨著社會的不斷發展， 智能設備的不 斷出現，紅外傳感器、 無線遙控的運用也越來越廣泛。 無線遙控器由于控制距離 遠，抗干擾性強， 已越來越多的出現在生活的

4、各個方面。 本文使用了一款通用的 無線遙控電路以及四路紅外傳感器，基于 STC89C51作為控制核心，采用專用編 碼解碼電路，由于其體積小、功能強大，因此可非常方便的移植到遙控小車上， 實現小車在前行中自動繞開障礙物， 并用遙控器實現遠距離控制小車的前進、 后 退、左轉、右轉等功能。1 整體方案設計1.1 整體方案設計的思路 利用紅外線傳感器發射和接收信號模塊來控制單片機，讓單片機翻譯傳輸指令， 從而實現相應的功能。 具體的過程如下： 四路紅外傳感器，每一路發射一個信號， 檢測接收到的信號， 若出現高電平， 則說明該方向前方有障礙物， 則單片機控制 電機正轉和反轉， 從而實現繞開障礙物繼續前行

5、。 同時還增加一個無線發射和無 線接收模塊控制單片機， 讓單片機翻譯傳輸指令， 從而實現相應的功能。 無線發 射模塊發出指令， 無線接收模塊接收信號后， 傳遞給單片機， 單片機翻譯接收到 信號后，傳輸給驅動電路驅動電機旋轉，從而實現讓小車的前進、后退、左轉和 右轉。1.2 整體方案的流程圖基于單片機 STC89C52整體設計的智能小車，根據原來設計的思路上畫出了相對 應的流程路， 由于是整體結構圖， 就只是畫出了大致的結構流程， 而細節將在后 面做出介紹圖 1 整體方案的流程圖2 避障遙控小車系統概況2.1 SC2272 無線遙控模塊原理2.1.1 SC2272 的簡介超再生帶解碼四路遙控接收

6、模塊可以和發射器組成四路無線發射接收電路。 該模塊廣泛適用于廣大電子愛好者對家庭、工業遙控類電子產品的設計和開發， 可很好的作為單片機的信號輸入源， 特別適合大中院校學生電子電路設計、 畢業 設計中的遙控電路部分。接收模塊有自鎖、非鎖、互鎖三種型號，說明如下：非鎖型輸出又稱點動輸出， 數據腳輸出的電平是瞬時的而且和發射端是否發 射相對應， 可以用于類似點動的控制， 有遙控信號時數據腳是高電平， 遙控信號 消失時數據腳立即恢復為低電平， 適用于如電動門、 電動門鎖、 與單片機對接等 只需要一個高電平的電路等電路等。自鎖型輸出的數據腳能實現觸發翻轉工作邏輯， 數據只要成功接收就能一直 保持對應的電

7、平狀態， 直到下次遙控數據發生變化時改變。 自鎖型四路相互獨立 互不影響，可同時遙控四路，如燈具的控制等。互鎖型輸出就是任意一路收到信號則該路就能一直保持對應的高電平狀態， 接收到任意其它路的數據則恢復到原始狀態， 四路互鎖只能有一路接通， 實際應 用如電風扇檔位開關電路等。2.1.2 本次設計采用的接收板主要參數工作頻率： 315M工作電壓： DC5V工作電流： 3mA（5.0VDC）工作原理：超再生調制方式： ASK編碼芯片： SC2272（ PT2272、PT2294），芯片兼容靈敏度：優于 -105dBm（50 ）輸出信號：非鎖（ M）遙控距離： 2050 米以上（開闊地）接收模塊的七

8、根引腳分別為 D3、 D2、D1、D0、GND、VT、VCC，其中 VCC為 DC5V的供電端， GND為接地端， VT 端為解碼有效輸出端，只要發射器的數據碼 有輸出， VT都能同步輸出高電平； D3、D2、D1、D0是 2262解碼芯片的四位數據 輸出端，有信號時能輸出 5V 左右的高電平，驅動電流約 2mA，與發射器的四位 數據碼輸出一一對應。 接收模塊不焊天線也能接收信號， 為提高接收靈敏度， 可 以用一根長度約為 23厘米的軟導線直接焊接到天線孔處， 圖中 RC所指的是振蕩 電阻，接收模塊和發射器的震蕩電阻需要匹配才能工作，接收模塊用的是 270K 或者 820K電阻，可以分別和 1

9、.5M 或者 4.7M振蕩電阻的發射器配套使用。發射 器可以用固定碼四鍵遙控器或者帶編碼四路發射模塊。2.1.3 原理圖圖 2 固定編碼接收模塊原理圖2.2 驅動原理的簡介驅動模塊的核心實際上是 H橋驅動電路組成的 L298 芯片。2.2.1 H 橋驅動電路的部原理解析如下圖 5 中所示為一個典型的直流電機控制電路。 電路得名于“H 橋驅動電路” 是因為它的形狀酷似字母 H。4 個三極管組成 H的 4 條垂直腿，而電機就是 H中 的橫杠（注意：圖 5 及隨后的兩個圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖，其中 三極管的驅動電路沒有畫出來） 。如圖所示，H橋式電機驅動電路包括 4 個三極管和一個電機。

10、 要使電機運轉， 必須導通對角線上的一對三極管。 根據不同三極管對的導通情況， 電流可能會從 左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉向。圖 3 H 橋驅動電路要使電機運轉，必須使對角線上的一對三極管導通。例如，如圖 6 所示，當Q1管和 Q4管導通時，電流就從電源正極經 Q1從左至右穿過電機，然后再經 Q4回到電源負極。 按圖中電流箭頭所示， 該流向的電流將驅動電機順時針轉動。 當 三極管 Q1和 Q4導通時，電流將從左至右流過電機， 從而驅動電機按特定方向 轉 動（電機周圍的箭頭指示為順時針方向） 。圖 4 H 橋電路驅動電機順時針轉動圖 7 所示為另一對三極管 Q2和 Q3 導通的情況

11、，電流將從右至左流過電機。 當三極管 Q2和 Q3導通時，電流將從右至左流過電機， 從而驅動電機沿另一方向 轉動（電機周圍的箭頭表示為逆時針方向） 。圖 5 H 橋驅動電機逆時針轉動2.2.2 使能控制和方向邏輯驅動電機時，保證 H橋上兩個同側的三極管不會同時導通非常重要。 如果三極管 Q1和 Q2同時導通， 那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負極。 此 時，電 路中除了三極管外沒有其他任何負載，因此電路上的電流就可能達到最 大值（該電流僅受電源性能限制） ，甚至燒壞三極管。基于上述原因，在實際驅 動電路常 要用硬件電路方便地控制三極管的開關。圖 8 所示就是基于這種考慮的改進電路，它在

12、基本 H 橋電路的基礎上增加 了 4 個與門和 2 個非門。 4 個與門同一個“使能”導通信號相接，這樣，用這一 個信號就能控制 整個電路的開關。而 2 個非門通過提供一種方向輸人，可以保 證任何時候在 H 橋的同側腿上都只有一個三極管能導通。 （與本節前面的示意圖 一樣，圖 8 所示也不是一個完整的電路圖， 特別是圖中與門和三極管直接連接是 不能正常工作的。）圖 6 具有使能控制和方向邏輯的 H橋電路采用以上方法， 電機的運轉就只需要用三個信號控制： 兩個方向信號和一個 使能信號。如果 DIRL 信號為 0，DIRR 信號為 1，并且使能信號是 1，那么三 極管 Q1和 Q4導通，電流從左至

13、右流經電機（如圖 4.16 所示）；如果 DIRL 信 號變為 1，而 DIRR信號變為 0，那么 Q2和 Q3將導通， 電流則反向 流過電機。圖 7 使能信號與方向信號的使用實際使用的時候， 用分立元件制作 H橋是很麻煩的， 好在現在市面上有很多 封裝好的 H橋集成電路， 接上電源、電機和控制信號就可以使用了， 在額定的電 壓和電流使用非常方便可靠。比如常用的 L293D、 L298N、TA7257P、SN754410等。2.2.3 恒壓恒流橋式 2A 驅動芯片 L298NL298 是 SGS公司的產品，比較常見的是 15 腳 Multiwatt 封裝的 L298N，部 同樣包含 4通道邏輯

14、驅動電路。 可以方便的驅動兩個直流電機， 或一個兩相步進 電機。 L298N芯片可以驅動兩個二相電機，也可以驅動一個四相電機，輸出電壓 最高可達 50V，可以直接通過電源來調節輸出電壓；可以直接用單片機的IO 口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。L298N可接受標準 TTL邏輯電平信號 VSS，VSS可接 457 V 電壓。4 腳 VS接電源電壓， VS電壓圍 VIH為 25 46 V。輸出電流可達 25A，可驅動 電感性負載。 1 腳和 15 腳下管的發射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻， 形成電流傳感信號。 L298可驅動 2個電動機， OUT1，OUT2和 OUT3，OUT4之間可

15、 分別接電動機，本實驗裝置我們選用驅動一臺電動機。 5，7，10，12 腳接輸入 控制電平，控制電機的正反轉。 EnA，EnB連接控制使能端，控制電機的停轉表 1 是 L298N 功能邏輯圖。 In3 ， In4 的邏輯圖與表 1 相同。由表 1 可知 EnA 為 低電平時，輸入電平對電機控制起作用， 當 EnA為高電平，輸入電平為一高一低，電機正或反轉。同為低電平電機停止，同為高電平電機剎停。等。圖8 單片機利用 L298控制電機的原理圖15 腳是輸出電流反饋引腳，其它與 L298相同。在通常使用中這兩個引腳也 可以直接接地。上圖是其與 51 單片機連接的電路圖2.3 直流電機簡介2.3.1

16、 直流電機的應用動機簡稱電機， 是使機械能與電能相互轉換的機械， 直流電機把直流電能變 為機械能。 作為機電執行元部件， 直流電機部有一個閉合的主磁路。 主磁通在主 磁路中流動， 同時與兩個電路交聯， 其中一個電路是用以產生磁通的， 稱為激磁 電路；另一個電路是用來傳遞功率的， 稱為功率回路或電驅回路。 現行的直流電 機都是旋轉電驅式，也就是說，激磁繞組及其所包圍的鐵芯組成的磁極為定子， 帶換向單元的電驅繞組和電驅鐵芯結合構成直流電機的轉子。直流電機有以下 4 方面的優點：1) 調速圍廣，且易于平滑調節。2) 過載、啟動、制動轉矩大。3) 易于控制，可靠性高。4) 調速時的能量損耗較小。所以，

17、在調速要求高的場所， 如軋鋼機、 輪船推進器、電機、電氣鐵道牽引、 高爐送料、造紙、紡織、拖動、吊車、挖掘機械、卷揚機拖動等方面，直流電機 均得到廣泛的應用。2.3.2 直流電機的基本工作原理直流電機工作原理：當電刷 A,B 接在電壓為 U 的直流電源上時，若電刷 A 是正電位， B是負電位，在 N極圍的導體 ab中的電流是從 a流向 b，在 S極圍的 導體 cd 中的電流是從 c 流向 d。載流導體在磁場中要受到電磁力的作用，因此 ab與 cd兩導體都受到電磁力的作用。根據磁場方向和導體中的電流方向，利用 電機左手定則判斷， ab 邊受力的方向是向左的，而 cd 邊則是向右的。由于磁場 是均

18、勻的，導體中流過的又是相同的電流， 所以 ab邊和 cd 邊所受電磁力的大小 相等。這樣， 線圈上就受到了電磁力的作用而按逆時針轉動。 當線圈轉到磁極的 中性面上時，線圈中的電流等于零，電磁力等于零，但是由于慣性的作用，線圈 繼續轉動。線圈轉過半周之后，雖然 ab與 cd的位置調換了， ab邊轉到 S極圍， cd邊轉到 N極圍，但是由于換向片和電刷的作用，轉到 N極下的 cd 邊中電流方 向也變了， 是從 d 流向 c，在 s 極下的 ab 邊中的電流則是從 b 流向 a。因此電磁 力的方向仍然不變， 線圈仍然受力按逆時針方向轉動。 可見，分別處在 N,S 極圍 的導體中電流方向總是不變的，

19、因此線圈兩個邊的受力方向也不變， 這樣線圈就 可以按照受力方向不停地旋轉， 通過齒輪或皮帶等機構的傳動， 便可以帶動其他機械工作從以上分析可以看到， 要使線圈按照一定的方向旋轉， 關鍵問題是當導體從 一個磁極圍轉到另一個異性磁極圍時（也就是導體經過中性面后） ，導體中電流 的方向也要同時改變，換向器和電刷就是完成這一任務的裝置。在直流電機中， 換向器和電刷把輸入的直流電變為線圈中的交流電。 可見，換向器和電刷是直流 電機中不可缺少的關鍵部件。當然，在實際的直流電機中， 不只有一個線圈， 而是有許多線圈牢固地嵌在 轉子鐵芯槽中，當導體過電流在磁場中因受力而轉動時，就帶動整個轉子旋轉， 這就是直流

20、電機的基本工作原理。2.3.3 直流電機的參數轉矩- 電機得以旋轉的力矩，單位為 ?m 或 N?m。轉矩系數 -電機所產生轉矩的比例系數，一般表示每安培電驅電流所產生的 轉矩大小。摩擦轉矩 -電刷、軸承、換向單元等因摩擦而引起的轉矩損失。啟動轉矩 - 電機啟動時所產生的旋轉力矩。轉速- 電機旋轉的速度，工程單位為 r/min ，即轉每分。在國際單位制中為 rad/s ，即弧度每秒。電樞電阻 - 電樞部的電阻，在有刷電機里一般包括電刷與換向器之間的接觸 電阻，由于電阻中流過電流時會發熱，因此總希望電樞電阻盡量小。電樞電感 - 因為電樞繞組由金屬線圈構成，必然存在電感，從改善電機運行 性能的角度來

21、說，電樞電感越小越好。電氣時間常數 - 電樞電流從零開始達到穩定值的 63.2%時所經歷的時間。測 定電氣時間常數時，電機應處于堵轉的狀態并施加階躍性質的驅動電壓。 工程上， 常常利用電動機轉子的轉動慣量 J、電樞電阻 Ra、電機反電動勢系數 Ke 和轉矩 系數 Kt 求出機械時間常數：T m ( J * R a)(/ K e * K t)1-1轉動慣量 -具有質量的物體維持其固有運動狀態的一種性質。反電動勢系數 - 電機旋轉時，電樞繞組部切割磁力線所感應的電動勢相對于 轉速的比例系數，也稱發電系數或感應電動勢系數。功率密度 -電機每單位質量所能獲得的輸出功率值。功率密度越大，電機的 有效材料

22、的利用率就越高。轉子-rotor ；定子-stator ；電樞 -armature ；勵磁 -excitation 。3 模塊方案比較與論證3.1 車體設計方案 1：自己制作電動車。一般的說來，自己制作的車體比較粗糙，平衡感 不好，車身重量以及車體比例都要有精確的測量， 而且也要控制好小車行駛的輪 胎與齒輪的力矩及角度的結合，這些都比較難實現。方案 2：購買玩具電動車。購買的玩具電動車具有組裝完整的車架車輪。玩 具電動車具有如下優點： 首先，這種玩具電動車由于裝配緊湊， 使得各種所需電 路的安裝十分方便， 看起來也比較美觀。 其次，玩具電動車是依靠電機與相關齒 輪一起驅動，能適應題目中小車準確

23、前進、后退、轉彎的要求，但是這種電動車 一般都價格較貴。基于以上分析， 我們綜合了方案一和方案二， 還是選擇了方案一， 因為購買 現成的小車不但價格較昂貴， 而且它的功能固定， 于是我們購買了兩個軸承和兩 個直流電機（帶減速機構） ，再自己組裝完成了智能小車的車底。3.2 電機模塊的選擇方案 1：采用步進電機作為該系統的驅動電機。由于其轉過的角度可以精確 的定位，可以實現小車前進路程和位置的精確定位。 雖然采用步進電機有諸多優 點，步進電機的輸出力矩較低，隨轉速的升高而下降。經綜合比較考慮，我們放 棄了此方案。方案 2 ：直流電機： 直流電機的控制方法比較簡單， 只需給電機的兩根控制 線加上適

24、當的電壓即可使電機轉動起來， 電壓越高則電機轉速越高。 對于直流電 機的速度調節，可以采用改變電壓的方法，也可采用 PWM調速方法。 PWM調速就 是使加在直流電機兩端的電壓為方波形式， 通過改變方波的占空比實現對電機轉 速的調節。 但是我們在這里設計的小車只要實現避障和無線控制， 對小車的速度 沒有太大的要求，所以我們購買的是帶減速裝置的直流電機。基于以上分析，我們選擇了方案二，使用直流電機作為電動車的驅動電機。3.3 電機驅動模塊的選擇方案 1：采用 SM6135W電機遙控驅動模塊。 SM6135W是專為遙控車設計的大 規模集成電路。能實現前進、后退、向右、向左、加速五個功能，芯片自建 3

25、.6V 穩壓模塊， 但是其采用的是編碼輸入控制， 而不是電平控制， 這樣在程序中實現 比較麻煩，而且該電機模塊價格比較高。方案 2 ：采用電機驅動芯片 L298N。L298N為單塊集成電路，高電壓，高電 流，四通道驅動，可直接的對電機進行控制，無須隔離電路。通過單片機的 I/O 輸入改變芯片控制端的電平， 即可以對電機進行正反轉， 停止的操作，非常方便， 亦能滿足直流減速電機的大電流要求。 調試時在依照上表， 用程序輸入對應的碼值，能夠實現對應的動作。表 1 是其使能、輸入引腳和輸出引腳的 邏輯 關系表 3.1 L298N 的引腳和輸出引腳的邏輯關系EN A（B）IN1（IN3）IN2（IN4

26、）電機運行情況HHL正轉HLH反轉H同 IN2（ IN4）同 IN2 （ IN4 ）快速停止LXX停止基于以上分析，我們選擇了方案二，用 L298N來作為電機的驅動芯片。3.4 控制器模塊的選擇方案 1：采用凌陽的 SPCE061A小板作為主控制芯片，而且可以采用凌陽的 小車模塊， 可以很快的完成其基本功能， 當是用該小板存在一定的局限性， 較難 擴展功能，而且各個模塊的拼湊，沒有比集成在一塊板的穩定性高。方案 2：采用 STC89C52作為主控制芯片，該芯片有足夠的存儲空間，可以 方便的在線 ISP 下載燒寫程序， 能夠滿足該系統軟件的需要， 該芯片提供了兩個 計數器中斷， 對于本作品系統已

27、經足夠， 采用該芯片可以比較靈活的選擇各個模 塊控制芯片，能夠準確的計算出時間，有很好的實時性。基于以上分析，我們選擇了方案二，用 STC89C52作為電機的主控制芯片4 系統硬件電路設計 204.1 無線模塊的設計4.1.1無線模塊的仿真圖圖9 無線模塊的仿真圖4.1.2 無線模塊的流程圖無線模塊可以進行遠程的控制，但有效距離不能超過十米，不然效果很差。由于買的是鎖存的四線路， 只能單程的實現四種狀態的控制， 根據需要已經分為 以下的四種模式，如下圖所示圖 10 無線模塊的流程圖4.2 直流電機的驅動模塊4.2.1 直流電機驅動模塊的仿真圖圖 11 直流電機驅動模塊的仿真圖4.2.2 直流電

28、機驅動模塊的流程圖電機驅動模塊的核心是電機的驅動芯片及電機， 電機選擇了直流電機， 這樣 可以方便控制，而電機的驅動芯片 L298 可以同時控制兩個直流電機，其中芯片 中連接單片機的 5 引腳和 7 引腳用于控制直流電機 1，而芯片中的 10 引腳和 12 引腳用于控制直流電機 2.電機 1接的是小車的左輪， 電機 2接的是小車的右輪， 當兩個電機一起正向轉動時， 小車前進；當兩個電機一起反向轉動時， 小車后退； 當電機 1 正轉，電機 2反轉時，小車右轉；當電機 1反轉，電機 2 正轉時，小車5 軟件的簡單介紹在這次的設計中，主要用到了 keil ，protues 和 STC_ISP等軟件5

29、.1 keil 的簡介Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C語言軟件開發系統，與匯編相比， C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯 的優勢，因而易學易用。 Keil 提供了包括 C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在的完整開發方案，通過一個集成開發環境（ uVision ）將這些部分組合在一起。運行 Keil 軟件需要 WIN98、NT、WIN2000、 WINXP等操作系統。如果你使用 C 語言編程，那么 Keil 幾乎就是你的不二之選， 即使不使用 C 語言而僅用匯編語言編程， 其方便易用的集成環境、 強大的軟件仿 真調試工具也會令你事半功倍。5.2 Proteus 簡介Proteus 軟件是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA工具軟件（該 軟件中國總代理為風標電子技術） 。它不僅具有其它 EDA工具軟件的仿真功能， 還能仿真單片機及外圍器件。 它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工