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1、防灾科技学院毕业设计毕 业 设 计题目基于AT89S51单片机的智能娃娃设计 学生姓名学号系 别专 业班级开题时间答辩时间指导教师职 称基于AT89S51的智能娃娃设计作 者 指导教师 摘要 本课题是基于at89s51单片机所设计的一种能自动循迹的智能机器人，其通过红外发射和接收管收集信号，并将信号转化为能够被单片机识别的数字信号。单片机控制机器人的行进、转弯、探测铁片和停止。机器人行进过程中可对一些数据进行处理，如记录和显示小车运行的时间，行进过程中的声光提示。关键词：AT89S51单片机；智能娃娃；红外线传感器；无线遥控Abstract The design for the control
2、 of AT89S51 microcontroller core, made by design to achieve wireless remote control-driven, voice, and flashing lights, and Avoidance by infrared sensors and other functions to achieve the smart doll. AT89S51 microcontroller design idea is to use the main control system, installed by the body follow
3、ing the two red left and right external fat pipe to achieve the robots obstacle avoidance capabilities, with wireless remote control to control the robot microcontroller driver will be received by the sensor unit To transfer the signal to the microcontroller from the outside world analysis and proce
4、ssing, and through the voice and display unit intelligent doll voice and lights flashing.Keywords：AT89S51Microcontroller;Intelligent;InfraredSensor;Wireless remote control18目 录引言11.设计思想与总体方案11.1 智能娃娃的设计思想11.2各模块分析选择11.3 总体设计方案和框图32.硬件设计42.1系统的硬件组成及设计原理42.2 单片机控制单元42.3电机控制单元92.4 红外避障单元122.5语音控制单元142.
5、6传感器单元152.7键盘输入单元162.8显示单元162.9声光报警单元162.10电源单元173.系统的软件设计17结论18致谢19参考文献19引言机器人是现代社会的一个新的智能产品，也是智能产品发展的方向。他能按照预先设定的特定环境下，自动操作，无需人工管理，就可以完成预计的目标。我国自70年代末就已经把“智能模拟”作为国家科学技术发展规划的主要研究课题，并开始着力研究智能化。从实验室研究了智能实现的概念到目前的高端应用的推出，为智能产品的全面发展奠定了坚实的基础。综合智力的发展是实现其合理性，以最少的投资资源和充分利用，获得最大的效益，大大提高了工业生产，工业生产水平之前，从自动升级生
6、产智力水平达到实现今天效率的智能流行的发展1。从以往的模拟电路设计，数字电路设计，芯片集成到当前应用程序，实现各组成部分的相同的功能的元件越来越小，为生产的智能产品打下了良好的物质基础。本次毕业设计是对普及和全面发展过程中的智能产品的全面应用。发展的目的很简单，选择的平台和适当的、合理的电子元件，不需要花太多的要求，就能实现人力和财政资源所需要的每个执行功能，也符合本研究的意义线。同时容易理解低成本机器人可以作为玩具的对象发展为中国的玩具市场，一个缺乏一定的技术含量来弥补，以实现经济利益，商业价值的形成。同时作为毕业设计的研究课题同时，可以调动学生的学习思维和实践能力。1.设计思想与总体方案1
7、.1 智能娃娃的设计思想设计主要以简易智能机器人为开发平台，选择课题给定的AT89S51单片机为控制平台，选择常见的电机模型车为机械平台，通过细化设计要求，结合传感器技术、电机控制技术、无线通信技术等相关知识实现智能娃娃的各种功能。设计完成实现本机器人能在指定区域内沿指定线行走，自动绕开障碍，同时发出声光指示信息，并能实时储存、显示检测到的断点数目以及各断点至起跑线间的距离，最后能停在指定地点，显示出整个运行过程的时间2。1.2各模块分析选择1.2.1 主控单元方案比较与选择方案一：选择采用各种数字电路来组成智能娃娃的控制系统，对外部的避障信号、无线遥控信号，语音控制信号进行相应处理。但由于本
8、方案电路比较复杂，灵活性不够高，效率又低，因此，不利于娃娃智能化的扩展，并且对各电路信号处理起来比较困难。方案二：选择采用AT89S51单片机来作为整个机体的控制单元。红外线探头想采用比较上通用的发射管和接收头，经过比较，芯片调制处理后将由控制系统来接收。而路线寻则找采用红外线管对路面信号的采集，然后送到单片机系统进行处理，包括无线遥控信号和语音控制信号。此系统相对方案一比较灵活，利用软件方法来解决复杂的硬件部分，使各类功能易于实现，系统硬件简洁化，因此能更好地满足论文题目所给的要求。通过比较上面两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，更可能实现题目给定的设计要求，因此采用方案二来实现
9、。1.2.2 寻迹单元方案比较与选择方案一：采用发光二极管发光，用光敏二极管接收。由于光敏二极管受可见光的影响较大，并且稳定性差，因此此方案不适宜。方案二：利用集成型红外对管作为寻迹单元的传感器，其中红外线发射管发射红外线，然后红外线二极管进行接收红外线。采用红外线发射，利用外界可见光对接收信号的影响较小，再用射极输出器对信号进行分析隔离。本方案较易于实现，比较可靠，因此采用方案二。当机器人底部的某边红外线收发两管遇到黑色带时，机器人可以检测到输入电平为高电平，反之则为低电平。结合单片机的查询方式，通过程序来控制机器人哪一边驱动转动以至改变行进方向。这样不断循环的检测接受，控制好前进方向，就可
10、以使机器人沿着黑色线行走。1.2.3 避障单元方案比较与选择方案一：采用超声波来避障，但受环境影响较大的超声波，电路相对复杂，并且地面对超声波有反射作用，将会影响到整个系统对障碍物的判断。方案二：利用红外避障，用微控制器来产生38KHz红外线发射控制信号调制发射，红外线发射出来的红外线遇到障碍物时，面对的反射回来的红外进行接收解调，再输出比较两者的电平。而且外界对红外信号干扰比较小，且易于实现，价格相对便宜，因此采用方案二。红外线避障是采用一管发射用另一管接收的方法，利用接收管对外界的红外线接收的强弱来判断障碍物的远近，但由于红外受外界可见光的因素影响比较大，因此通过调制信号利用单片机产生38
11、KHz的载波来减少外界的一些干扰。1.2.4 遥控单元方案比较与选择方案一：采用红外遥控系统，由发射和接收两大部分组成，利用编/解码专用集成电路芯片来操控，发射部分包括编码调制、键盘矩阵、LED红外发送器；接收部分包括外界光、解调、电转换放大器、解码电路等。这套方案结构较为复杂，而且在实现的时候必须将遥控器前的红外发射孔对准接收管才行，因此不方便实现。方案二：采用无线电遥控，由发射和接收两大部分组成，由于无线电遥控模块在市面上非常普及，而且无线电遥控有传输距离远、抗干扰能力强、无方向性等优点，对于机器人的操作控制是一个很好的选择4。方案三：采用超声波来传送指令进行遥控。采用AX5326与AX5
12、327等构成的遥控系统具有体积小、功耗低、功能强大、抗干扰能力强等几大优点。但要实现超声波来遥控，价格相对来说较上面两种价格昂贵，不利益机器人的推广。结合以上三种方案，最后选择用无线电遥控，因为无线电遥控电量、发射、接受功率都较小，一般的小障碍也都能穿过，而且遥控无方向性。采用TDL-9915接收模块带有PT2272解码和TDL9988-4发送模块带有PT2262编码来完成。1.2.5 语音控制单元方案比较与选择方案一：采用柱极式话筒产生不同频率信号，实现声音提示，经过放大处理整形后将产生一个脉冲电平输入给单片机完成声音的提示功能。此方案给人以提示的可懂性比较差，但在一定程度上能实现题目所给的
13、要求，且易于实现，成本也不算高。方案二：采用DS1420可分段录放音模块，能够给人以直观的提示，也可以实现更多电平转换以让单片机控制，但DS1420录放音模块的价格相对昂贵，程序编制过程也相对复杂，因此方案二性价比不如方案一。柱极式话筒接收声波信号，通过三极管放大信号，使信号通过整流的二极管得到一个脉冲信号，并经过74HC04取反后供单片机控制，实现语音控制。1.3 总体设计方案和框图本设计以AT89S51单片机作为检测和控制核心。采用红外光电传感器检测路面黑线以及障碍物，应用光电码盘测距，用光敏电阻检测、判断车库位置，利用脉宽调制技术动态控制电动机的转动方向和转速。通过软件编程实现机器人行进
14、、绕障、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示。通过对电路的优化组合，可以最大限度地利用51单片机的所有资源。P0口用于数码管显示，P1口用于电动机的PWM驱动控制，P2，P3口用于传感器的数据采集与中断控制。这样做的好处在于：充分利用了单片机的内部资源，同时降低了总体设计的成本。该系统总体方案见图1-1图1-1 系统总体方案2.硬件设计2.1系统的硬件组成及设计原理此系统的硬件部分由单片机单元、传感器单元、电源单元、声光报警单元、键盘输入单元、电机控制单元和显示单元组成，如图2-1所示。图2-1 系统的硬件组成2.2 单片机控制单元本系统采用AT89S51单片机作为中央处理器。其主要任务是启
15、动机器人，在机器人行走过程中不断读取传感器收集到的数据，再将数据进行处理，根据不同的情况产生占空比不同的PWM脉冲来控制电机，同时将相关数据送显示单元动态显示，并且产生声光报警信号。AT89S51方框图如图2-2：图2-2 AT89S51方框图2.2.1 AT89S51的特点AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个 全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。其中，P0用于数码管动态显示，P10P15控制2个电机，P16、P17为独立式键盘接口，P2接传感器，P32接计里程的光电码盘，P37接声光报警单元，P34、P35、P36接用于显示断点数目的发光二极管。端口引脚如图2-3；引脚第二功能如图2-4。图2-3 AT89S51引脚图图2-4 端口引脚第二功能AT89S51
