《基于GPRS无线发射模块的单片机智能小车》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于GPRS无线发射模块的单片机智能小车（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录1概述22系统原理22.1 底盘的选择22.2 电机的选择32.3电机驱动模块42.4 红外循迹模块72.5 超声波测距模块92.6 GPRS模块102.6.1 LQ1000 GPRS DTU 概述102.6.2 使用方式113硬件系统设计113.1单片机选择113.1.1 80C51单片机硬件结构123.1.2 最小应用系统设计133.2 电路设计163.2.1 电机安装与驱动163.2.2 红外循迹模块163.2.3 超声波测距模块163.2.4 DTU无线控制模块173.3 小车的控制184软件系统设计205.心得与体会216.附录221 概述自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展
2、已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域，其波及到多种学科，机械、电工、自动控制、计算机测量、人工智能、传感技术等等，是众多领域的高科技。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地变化着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、结识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器始终是人类的梦想。而智能小车比赛就是机器人技术的一种重要研究方向。智能小车作为机器人的典型代表，可以分为三大构成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU。在本次课程设计中，我所制作的智能小车要实现自动避障功能，还拥有扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。基于上述规定，传感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像，只规定粗略感知即
3、可，因此可以舍弃昂贵CCD传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。智能小车的执行部分，是由直流电机来充当的，重要控制小车的行进。CPU使用STC89C51单片机，配合软件编程实现。而本次课程设计所制作的小车，其与众不同的地方在于所有使用上位机通过无线模块对其进行控制，小车自身不具有任何输入设备。小车可以工作在三种模式下，超声波测距模式，红外循迹模式以及无线控制模式。在无线控制模块下可以远距离对其进行前后左右停的操作。除此之外，还可以实现手机对小车的状态控制。2 系统原理该智能小车模型是一辆由PCB和车体拼装的小车。所有的机械构造和零部件都安装固定在电路板上，除几种特殊模块是由自己手动
4、焊之外，其他是买回的封装好的模块。其稳定性更高。2.1 底盘的选择底盘的作用在于固定电机，并安顿其她模块。根据个人喜好，可以选择4轮的和2轮+万向轮式的。我选择的是4轮驱动小车。2.2 电机的选择图2.1 直流减速电机右图为小车使用的直流减速电机，减速比为1：48，额定电压为39V.当我们在直流电机的两极施加一定的电压后，电机开始匀速转动，如果这时候将电极对调，本来的正极变负极、负极变正极，那么电机就会反向转动。小车转弯则是通过左右两侧电机速度不同来控制的。图2.2 直流减速电机参数下图是典型的“H”桥电路，采用下面这种电路，即可实现上面所说的电极翻转，从而达到电机的正反转。图2.3“H”桥电
5、路常态下，4个桥臂的开关保持开路状态，这时候电机两端悬空，没有电压。当1、4开关闭合，2、3开关打开，电流从1号开关流经电机，再从4号开关流出，这时候电机正转。 当2、3开关闭合，1、4开关打开，电流从2号开关流经电机，再从3号开关流出，这时候电机反转。通过上面的分析，我们只需要通过控制1、2、3、4 号开关的打开与关闭，即可以实现对电机转向的控制。如果在变化开关的导通时间,即控制pwm占空比，就可以实现对电机转速的调节。下面我们将要简介电机驱动模块。2.3电机驱动模块图2.4 电机驱动模块L298N电路图L298N是专用驱动集成电路，属于H桥集成电路，与L293D的差别是其输出电流增大，功率
6、增强。其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，(二相、三相、四相)步进电机，伺服电机，电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很以便地受单片机控制。当驱动直流电机时，可以直接控制两路电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需变化输入端的逻辑电平。本模块具有体积小，控制以便的特点。具体使用措施：板上的EN1与EN2为高电平时有效，只有当EN1与EN2为高电平时，电机才旋转，则电机不转，这里的电平指的是TTL电平。EN1为IN1和IN2的使能端，EN2为IN3和IN4的使能端。当EN1=1，IN1=1 INT2=0时电机1正转，EN1=
7、1，IN1=0 IN2=1电机1反转。同理，当EN2=1，IN3=1 IN4=0电机2正转，EN2=1，IN3=0 IN4=1电机2反转。A-、B-接电机1，C-、D-接电机2。图2.5 L298N实物图下面，我们将要研究L289N的供电问题，L298N的输出电压跟供电电压是有关系的：通过实验我们发现，输入多少V，输出就差不多是多少V（略有损耗）。由原理图我们懂得，L298N供电方式有两种。方式一，由于L298N的逻辑控制电压是5V的，因此可觉得它提供5V电源。方式二，用12V铅蓄电池为其供电，A通道和B通道输出的是驱动电机的12V电压，同步选择板载5V使能，这时+5V供电端可以输出5V电压（
8、此时不能再给+5V供电端加电压了，否则会烧掉78M05），向外供电，以以便外部的控制电路使用。图2.6 L298N工作方式2.4 红外循迹模块此模块是为智能小车，机器人等自动化机械装置提供一种多用途的红外线探测系统的解决方案。该传感器模块对环境光线适应能力强 ， 其具有一对红外线发射与接受管，发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物 （ 反射面）时，红外线反射回来被接受管接受，通过比较器电路解决之后，同步信号输出接口输出数字信号（一种低电平信号），可通过电位器旋钮调节检测距离，有效距离范畴2 6 0cm ，工作电压为3.3V-5V 。该传感器的探测距离可以通过电位器调节、具有干扰小、
9、便于装配、使用以便等特点，可以广泛应用于机器人避障 、 避障小车、流水线计数及黑白线循迹等众多场合。下面我们来理解一下此模块的具体简介，其中，每1 路的传感器的红外发射管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，红外接受管始终处在关断状态，此时模块的TTL 输出为高电平，相应批示二极管始终处在熄灭状态；当被检测物体出目前检测范畴内时，红外线被反射回来且强度足够大，红外接受管导通，此时模块的TTL 输出端为低电平，批示二极管被点亮。图2.7 红外循迹模块实物图下面是接法阐明：图2.8 红外循迹模块引脚简介模块接线阐明：1.DO1-1 路TTL 电平输出2.DO2-
10、2 路TTL 电平输出3.DO3-3 路TTL 电平输出4.DO4-4 路TTL 电平输出5.GND-接电源负极6.VCC-接电源正极2.5 超声波测距模块图2.9 超声波模块实物图 其工作原理如下：控制口发一种10US以上的高电平，就可以在接受口等待高电平输出。一有输出就可以开定期器计时，当此口变为低电平时就可以读定期器的值，此时就为本次测距的时间，方可算出距离。如此不断的周期测,就可以达到你移动测量的值了。(1)采用 IO 触发测距，给至少10us 的高电平信号;(2)模块自动发送8 个40khz 的方波，自动检测与否有信号返回；(3)有信号返回，通过IO 输出一高电平，高电平持续的时间就
11、是(4)超声波从发射到返回的时间测试距离=(高电平时间*声速(340M/S/2;超声波时序图如下：图2.10 超声波时序图其接口定义如下：Vcc、 Trig（控制端）、 Echo（接受端）、 Gnd2.6 GPRS模块此模块是本课程设计重点，也是相对于以往智能小车创新之处。在本课程设计中，我们使用了灵旗通信的 LQ1000 GPRS DTU通信模块。图2.11 LQ1000 GPRS DTU实物图2.6.1 LQ1000 GPRS DTU 概述LQ1000 GPRS DTU采用了先进的GPRS无线通信技术、嵌入式单片机技术和TCP/IP网络通信技术，其稳定性强、可靠性高、实时性好、应用性广、功
12、能强大，是一种实现串口设备数据通过无线透传到中心软件的有力设备。LQ1000 GPRS DTU 提供原则RS232/485数据接口，可以以便的连接RTU、PLC、串口仪表、工控机等设备，仅需一次性完毕初始化配备，顾客设备就可以与数据中心通过GPRS无线网络建立连接，实现数据的全透明传播。2.6.2 使用方式安装SIM卡将SIM卡从DTU的外壳背面的插槽中插入，SIM卡座插入插槽后需要卡紧，以防SIM未插入到位导致终端通信异常。然后用螺丝锁紧插槽外的挡板。目前在中国大陆地区的中国移动和中国联通的手机卡都可以使用。在其她国家或地区的GPRS网络的手机卡也可以使用。DTU一共有四种应用方式图2.12
13、 LQ1000 GPRS DTU应用方案我们所应用的是第一种方案，只但是稍稍做些改动，进行DTU与中心软件进行通信。3 硬件系统设计3.1单片机选择一种单片机应用系统的硬件电路设计包具有两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROMRAMI/O口定期/记数器中断系统等能量不能满足应用系统的规定期，必须在片外进行扩展，选择合适的芯片，设计相应的电路。二是系统配备，既按照系统功能规定配备外围设备，如键盘显示屏打印机A/DD/A转换器等，要设计合适的接口电路。3.1.1 80C51单片机硬件构造80C51单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一种尺寸有限的集成电路芯片上。如果
14、按功能划分，它由如下功能部件构成，即微解决器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定期器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本构造仍旧是CPU加上外围芯片的老式构造模式。但对多种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。1） 微解决器该单片机中有一种8位的微解决器，与通用的微解决器基本相似，同样涉及了运算器和控制器两大部分，只是增长了面向控制的解决功能，不仅可解决数据，还可以进行位变量的解决。2） 数据存储器片内为128个字节，片外最多可外扩至64k字节，用来存储程序在运营期间的工作变量、运算的中间成果、数据暂存和缓冲、标志位等，因此称为
15、数据存储器。3）程序存储器由于受集成度限制，片内只读存储器一般容量较小，如果片内的只读存储器的容量不够，则需用扩展片外的只读存储器，片外最多可外扩至64k字节。4） 中断系统具有5个中断源，2级中断优先权。5） 定期器/计数器片内有2个16位的定期器/计数器， 具有四种工作方式。6） 串行口1个全双工的串行口，具有四种工作方式。可用来进行串行通讯，扩展并行I/O口，甚至与多种单片机相连构成多机系统，从而使单片机的功能更强且应用更广。7） P1口、P2口、P3口、P4口为4个并行8位I/O口。8） 特殊功能寄存器共有21个，用于对片内的个功能的部件进行管理、控制、监视。事实上是某些控制寄存器和状态寄存器，是一种具有特殊功能的RAM区。由上可见，80C51单片机的硬件构造具有功能部件种类全，功能强等特点。特别值得一提的是该单片机CPU中的位解决器，它事实上是一种完整的1位微计算机，这个一位微计算机有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。1位机在开关决策、逻辑电路仿真、过程控制方面非常有效；而8位机在数据采
