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1、摘 要 本次设计的单片机控制的智能小车，采用AT89C51单片机为小车的控制核心。运用L298芯片实现对小车前进、后退、左行、右行、以及全速和减速的控制，同时单片机会自动根据超声波传感器检测到的情况播放相对应的音乐并点亮相对应颜色的LED灯，实现了自动避障和声光报警两大功能。此外本次设计还运用液晶显示器LCD1602对小车行驶里程和实时日期、时间进行显示。在液晶显示器的第一行显示根据霍尔元件A44E获得的脉冲数而计算出的小车行驶的里程数；在液晶显示器的第二行显示从时钟芯片DS1302读取的实时日期和时间，实现了液晶显示功能。由以上各部分共同实现了设计要求的自动避障、液晶显示、声光报警三大功能。
2、关键词：AT89C51；L298 ；DS1302；液晶显示 Abstract The AT89C51 microcontmller is taken as the control core for the design of an intelligentcar in the paper，with the using of L298 chip it can control the automatic advancebackwardturn leftturn right and with the speed full or slowalso it according to the case of
3、ultrasonicsensors detected play the corresponding music and light the color-coded leds.Besidesthisdesign uses LCD1602 for car trip mileage and real-time date and time display.The first row ofthe LCD display the mileage which based on the number of pulses that the Hall element A44Egot.The second row
4、of LCD display the date and time which read from the clock chipDS1302.By above all the design request partially realized automatic obstacle avoidanceliquidcrystal display sound-light alarm three major functions.Keyword：AT89C51L298DS1302 liquid crystal display 目录1 绪论 1 1.1 研究背景 1 1.2 选题意义 12 整体方案设计 3
5、 2.1 整体方案的设计思路 3 2.2 整体设计的构成图 33 硬件的选择 5 3.1 电源模块的选择 5 3.2 电机控制模块中硬件的选择 5 3.2.1 电机的选择 5 3.2.2 电机控制模块的选择 6 3.3 时间与里程显示模块中的硬件的选择 8 3.3.1 显示器的选择 8 3.3.2 时钟芯片的选择 11 3.3.3 里程检测元件的选择 15 3.4 声光报警模块中的硬件的选择 16 3.5 障碍检测模块中硬件的选择 18 3.6 单片机的选择与简介 184 设计所用软件以及模块程序设计 21 4.1 所用软件的简介 21 4.1.1 Keil的简介 21 4.1.2 Protu
6、es的简介 22 4.2 主程序设计 23 4.3 电机控制程序设计 24 4.4 声光报警程序设计 25 4.5 显示程序设计 27结论 29致谢 30参考文献 31附录A 文献及翻译 33附录B 程序清单 48附录C 元件清单 64附录D 电路图 65 大学学士学位论文 1 绪论1.1 研究背景 当今世界，传感器技术和自动控制技术正在飞速发展，机械、电气和电子信息已经不再明显分家，自动控制在工业领域中的地位已经越来越重要，“智能”这个词也已经成为了热门词汇。现在国外的自动控制和传感器技术已经达到了很高的水平，特别是日本，比如日本本田制作的机器人，其仿人双足行走已经做得十分逼真，而且具有一定
7、的学习能力，还据说其智商已达到 6 岁儿童的水平。 作为机械行业的代表产品汽车，其与电子信息产业的融合速度也显著提高，呈现出两个明显的特点：一是电子装置占汽车整车（特别是轿车）的价值量比例逐步提高，汽车将由以机械产品为主向高级的机电一体化方向发展，汽车电子产业也很有可能成为依托整车制造业和用车提升配置而快速成为新的增长点；二是汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，使其不仅作为一种代步工具、同时能具有交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。 无容置疑，机电一体化人才的培养不论是在国外还是国内，都开始重视起来，主要表现在大学生的各种大型的创新比赛，比如：亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛（ABU
8、ROBCON）、全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛等众多重要竞赛都能很好的培养大学生对于机电一体化的兴趣与强化机电一体化的相关知识。但很现实的状况是，国内不论是在机械还是电气领域，与国外的差距还是很明显的，所以作为机械设计专业的学生，必须在自动控制方面加倍努力，提高自己的竞争力同时也提高国内产品的竞争力。 为了适应机电一体化的发展在汽车智能化方向的发展要求，提出简易智能小车的构想，目的在于：通过独立设计并制作一辆具有简单智能化的简易小车，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。所以立“基于单片机控制的智能小车设计”一题作为尝试。1.2 选题意义 在科学探索和紧急抢险中
9、经常会遇到对与一些危险或人类不能直接到达的地域的探测，并且对所检测的情况进行显示和报警，这些就需要用机器人来完成。而在机器人 大学学士学位论文在复杂地形中行进时自动避障和智能报警是项必不可少也是最基本的功能。因此，自动避障和智能报警系统的研发就应运而生。我们的自动避障小车就是基于这一系统开发而成的。此外本设计还加入了液晶显示部分。同时本次设计可全面提高个人对单片机技术、传感器技术智能控制技术、计算机控制技术知识的综合应用能力。掌握从系统级、电路级到芯片级各层次的设计和实现手段。在此设计过程中，将会用到多门学科的理论知识，是对以前所学知识的一个全面的复习和巩固，更重要的是培养自我分析问题和解决问
10、题的能力，还增强了实际的动手能力。 大学学士学位论文 2 整体方案设计2.1 整体方案设计的思路 利用预先输入的程序控制单片机，让单片机翻译传输指令，从而实现相应的功能。具体的过程如下：在按下开始按钮后，单片机自动运行所输入的指令程序，并将其传输给驱动电路驱动电机旋转，从而实现让小车的前进、后退、减速左转和减速右转。在电机运行的时候单片机会根据超声波传感器检测到的情况进行确定是否进行声光报警，另外单片机同时控制 LCD1602 显示时间与里程，在 LCD 初始化之后，LCD 第二行显示从DS1302 读取的时间，同时 A44E 霍尔元件会根据车路所转的圈数将相应的脉冲输入单片机，单片机经过运算
11、而获得的里程就会显示在 LCD1602 第一行上。2.2 整体设计的构成图在 proteus 上绘出的 PCD 图如图 1.1 大学学士学位论文图 2.1 基于单片机控制的智能小车设计电路图 大学学士学位论文 3 硬件的选择3.1 电源模块的选择 本设计的电源为车载电源。为保证电源工作可靠，单片机系统与动力伺服系统的电源采用蓄电池。而传感器和备用电源采用两节小巧轻便的干电池。3.2 电机及电机控制模块中硬件的选择与运用3.2.1 电机的选择 根据设计要求本设计的电机选用直流电机。直流电动机是最早出现的电动机，它具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，较高的效率。因此它被广泛的应用于工农业生产、
12、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务办公等多个领域 6 。在机电传动控制这门课中我们知道直流电动机转速表达式为 U I a Ra n （3.1） Ce 公式中U 为电枢两端电压； I a 为流过电枢的电流； Ra 为电枢电路的总电阻； Ce 为为直流电动机的电动是常数； 为励磁磁通量。 由上式容易得到，直流电动机可以通过调节电枢回路的总电阻 Ra 、励磁磁通量 和电枢两端的电压 U3 种方式实现调速。其中，调节 Ra 的方式属于有级调速方式，条数效率低，现在已经很少使用。调节电枢两端的电压 U 的方式，是现在最常用的调速方式。 电枢电压调速方式共有两种方法，一种是可控整流法，另一种是脉宽调
13、制变换器（PWM 7 ）法。可控整流法是指通过调节触发器的控制电压来移动触发器脉冲的相位，从而改变晶闸管输出的整流电压即电枢电压，实现电动机的无极调速。这种方法的控制原理简单、线性好，但是控制电路较为复杂、易产生较大热量。脉冲宽度变换器法是通过调节电动机电枢电压的接通时间与通电周期的比值来控制直流电动机的转速。脉冲宽度变换器法具有调速精度高，响应速度快，可靠性高以及易于采用单片机控制的优点，因而成为了直流调速的主要方法 5 。 设计中共用到两个电机，前面放置的电机控制小车左右转，后面放置的电机控制小车前进后退。电机放置位置如图 3.1 大学学士学位论文 图 3.1 电机放置位置图3.2.2 电
14、机控制模块的选择 本设计选L298 芯片来驱动电机。L298 是SGS公司（意法半岛体公司）生产的H桥电动机驱动芯片 5 。L298 为单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，可直接的对电机进行控制，无须隔离电路。通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，同时可以通过调整使能端的电平来调整输入波形的占空比进而调整电机的转速，非常方便，该芯片亦能满足直流减速电机的大电流要求。调试时在依照表 3.1，用程序输入对应的码值，能够实现对应的动作。表 3.1 是其使能、输入引脚和输出引脚的逻辑关系 6 。 大学学士学位论文 表 3.1 L298 的引脚和输出引脚的
15、逻辑关系 ENAB IN1IN3 IN2IN4 电机运行状况 H H L 正传 H L H 反转 H H H 快速停止 H L L 快速停止 L X X 停止 基于以上分析，我们选择了方案二，用 L298N 来作为电机的驱动芯片。L298N 的引脚图如图 3.2 所示 5 。L298N 的引脚说明如表 3.2 所示 5 ： 图 3.2 L298N 引脚图 大学学士学位论文 表 3.2 L298 引脚说明表 引脚 符号 功能 1 SENSING A 此两端与地连接电流检测电阻，并向驱动芯片反馈检测到的 15 SENSING B 信号 2 OUT 1 此两脚是全桥式驱动器A的两个输出端，用来连接负
16、载 3 OUT 2 4 Vs 电机驱动电源输入端 5 IN 1 输入标准的TTL逻辑电平信号，用来控制全桥式驱动器A的开 7 IN 2 关 6 ENABLE A 使能控制端.输入标准TTL逻辑电平信号；低电平时全桥式驱 11 ENABLE B 动器禁止工作。 8 GND 接地端，芯片本身的散热片与8脚相通 9 Vss 逻辑控制部分的电源输人端口 10 IN 3 输入标准的TTL逻辑电平信号，用来控制全桥式驱动器B的开 12 IN 4 关 13 OUT 3 此两脚是全桥式驱动器B的两个输出端，用来连接负载 14 OUT 43.3 时间与里程显示模块中的硬件的选择3.3.1 显示器的选择 在日常生活中，我们对显示器并不陌生。通常用的显示方式有三种：发光管、LED数码管，液晶显示器。由于液晶显示质量高、重量轻、体积小、功耗低 8 所以本设计选用的显示器为液晶显示器。其型号为 LCD1602。如图 3.3 所示 大学学士学位论文 图 3.3 LCD1602 引脚图 LCD1602 可以显示 2 行 16 个字符，有 8 位数据总线 D0-D7，和 RS、R/W、EN 三个控制端口，工作电压为
