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1、目 录第1章 绪论11.1研究综述21.2 选题意义21.3 设计要求3第2章 系统框图42.1 系统结构框图42.2 设计方案5第3章 系统硬件的设计63.1遥控小车的系统组成63.2系统各模块的主要设计73.3遥控小车的主要参数133.4遥控小车系统的主要特点13第4章 遥控小车的软件设计154.1 程序的设计15第5章 总结与设计心得17参考文献18致谢19附录120附录221第1章 绪 论1.1 研究综述随着智能玩具市场的迅速发展，关于智能玩具小汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。本设计就是在这样的
2、背景下提出的。同时科学家研究出各种能取代人的自动化劳动工具，能从事一些需要劳动力大、威胁性大的工作。遥控小汽车的出现，也改变一些特殊场合的工作，它可以从事考古、机器人、医疗器械等方面的工作，为人门带来很大的方便。智能汽车从其诞生到现在，已经发展到了第三代，第一代智能小车只是再现型智能小车。它们装有记忆存储器，有人将作业的各种操作要求示范给智能小车，使之记住操作的程序和要领。当它接到再现命令式，则自主地再现动作。第二代智能小车是装有简单计算机和简单传感去的离线编程的工业智能小车。它能感知外界信息和进行“思维”，比第一代智能小车更灵活、更能适应环境变化的需要。第三代智能是装有多种传感器，能识别作业
3、环境，能自主决策，具有人类大脑的部分功能，且动作灵活，是人工智能技术发展到高级阶段的产物。只要技术水平达到了能够减少汽车在生活中的事故，那么智能汽车也将象火车一样给人们的生活带来便利和安全。本题目是采用红外遥控技术，通过遥控命令对小汽车行驶状态进行控制，如前进、后退、左转和右转。并配合相应的传感器实现小汽车的自动避障，当小汽车检测到四周都有障碍物时，能够实现自动停车。根据题目的要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加装红外线、超声波传感器及金属探测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对小车的智能控制。1
4、.2 选题意义智能车辆致力于提高汽车的安全性,舒适性,适应性和提供优良的人机交互界面,是目前各国重点发展的智能交通系统ITS中的一个重要组成部分,也是世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动力。随着企业生产技术的不断提高以及对自动化技术要求的不断加深,智能车辆已在许多工业部门获得了广泛的应用。科学家研究出各种能取代人的自动化劳动工具，能从事一些需要劳动力大、威胁性大的工作。遥控小汽车的出现，也改变了一些特殊场合的工作，它可以从事考古、机器人、医疗器械等方面的工作，为人门带来很大的方便。在发达的工业国家,有些智能车辆已经实现了商品化。由于成本低廉,又可以比人类工作的更好,它已逐步深入到工业
5、和社会的各个层面。在西方发达国家,智能车辆已广泛应用于医疗福利服务,商务超市服务,家庭服务等领域,在此基础上,已经开发出来的产品成为航天,医疗,工业控制,物流等各个领域的关键设备.研究设计中的理论方案、分析方法及特色与创新点等可以为自动运输机器人、采矿勘探机器人、家用自动清洁机器人等自动半自动机器人的设计与普及提供一定的参考。同时小车可以作为玩具的发展对象，为中国玩具市场技术含量的缺乏进行一定的弥补，实现经济收益，形成商业价值。智能小车的研究为智能汽车的问世做理论基础，为人工智能在科技和工业，乃至社会的各个层面发挥无可替代的作用做基础。可见,无论是从科学发展,理论研究的角度,还是从汽车工业发展
6、以及市场竞争的角度看,对智能车的研究都是必要的。此外这次课程设计还有以下意义: (1)通过这次课程设计，加深对单片机理论方面的理解。 (2)掌握单片机的内部模块的应用，如定时器/计数器、中断、片内外存储器、I/O口、串行口通讯等。 (3)了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现单片器应用系统打下良好基础。 (4)通过简单课题的设计练习，了解必须提交的各项工程文件，也达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目的。1.3 设计要求完成遥控小车的设计，要求如下：1、用单片机控制； 2、有发射和接受部分； 3、能实现无线遥控； 4、能自动实现避开障碍物第2章 相关理
7、论2.1 核心控制器简介本遥控小车使用的微控制器是宏晶半导体公司推出的STC12系列芯片STC12C5A48S2，该单片机具有增强型的8位单片机。该系列单片机在汽车电子领域有着广泛的应用。STC12C5A48S2单片机的中央处理器CPU8由以下四部分组成：算术逻辑单元ALU、累加器ACC、控制单元与和寄存器组。寻址方式有8种。CPU外部总线频率为24MHz或者40MHz，通过内部数据锁相环（PLL），可以使内部总线速度达到100MHz。内部寄存器组中的寄存器，堆栈指针和变址寄存器均为8位，它具有很强的高级语言支持功能。CPU8的累加器ACC中，分为A组和B组，它们都是8位的，A组和B组也可以组
8、成16位的累加器。CPU8的寄存器组包括如下4个部分：1.8位累加器A、B或16位累加器D。2.8位寻址寄存器X和Y是用来处理操作数的地址。可分别用于源地址，目的地址的指针型变量运算。3.堆栈指针SP是8位寄存器。4.程序计数器PC是8位寄存器。它表示下一条指令或下一个操作数的地址。2.1.1 单片机STC12C5A48S2的内部资源STC12C5A48S2作为STC12系列的一种，内部资源非常丰富，简要介绍如下：1.时钟和复位模块PLL（内部数据锁相环频率合成器）COP看门狗时钟监控2.存储器48KB FLASH EEPROM8KB RAM3.两个8路A/D转换器10位精度具有外部触发转换功
9、能4.增强型捕捉定时器8位主计数器8个输入捕捉通道或输出比较通道2个8位或1个16位脉冲计数器5.4路PWM通道可编程周期以及占空比独立控制各路PWM的周期和占空比中间对齐和左对齐输出频率范围宽的可编程时钟选择逻辑紧急时刻快速关闭输出6.串行接口两个异步串行通信接口模块SCI1个I2C总线接口STC12C5A48S2支持在线编程，即写入，擦除，在线下载程序。在线编程的基本原理是，单片机内的CPU有能力对片内Flash进行写入，擦除操作，用户需以某种方式，一般为串行地将命令和数据传送给单片机就可以了，单片机的编程接口除了完成Flash写入、擦除功能外，还可用于应用程序的调试，甚至可以在应用程序中
10、运行时，动态地获取CPU寄存器的值、存储器等的瞬态信息，这就是RS232与TTL电平转换的好处。2.1.2单片机STC12C5A48S2的最小硬件系统在前一章我们提到STC12C5S48S2的最小系统硬件电路原理图，虽然单片机将CPU、ROM、RAM以及I/O口统统集成在一个集成电路芯片中，但仍然需要一些外部电路的支持，这些外围电路主要为单片机最小硬件系统提供电源、时钟、I/O驱动、通信口等。让单片机“活”起来，这个最小系统，即人要能够与单片机通信（一般是通过串行口通信或BDM电缆来实现），包括发命令给单片机，下载程序，调试程序等。有了这些基本环境，就可以调试单片机硬件系统了，在硬件没有问题的
11、基本条件下才谈得上软件开发。最小系统也称为开发板，可以分为以下几个部分：1.供电电路。开发板的供电是靠外部+5V直流电源，通过外部电源模块提供的，实际上，单片机I/O模块的供电多数采用+5V，单片机的CPU速度越来越快，CPU的供电电压也越来越低，一般采用3.3V、2.5V甚至更低的工作电压。本小车系统的单片机片内使用2.5V电压，片外I/O口使用5V电压，较低的片内电压使CPU运算速度快，功耗低；较高的I/O电平有利于抗外界干扰，所以我们选择的这款单片机STC12C5A48S2特别适合于智能小车系统。由于这款单片机内部集成了电压调整器模块，电压调整器模块产生单片机内部需要的其他电压，因此只要
12、向这款单片机提供+5V外部直流电源就可以了。为了稳定这些不同的电压，需要外接一些电容，这些电容有两类，电容值比较大的如1uF、10uF等称为储能电容储能电容消除吞吐数字电路1和0交替信号，即三极管导通、截止时的电流变化；另一类电容值较小的电容如0.1uF、0.01uF的成为去耦电容，去掉单片机运行产生的高频噪声。2.时钟电路。主要由石英晶体振荡器和一些电容组成，虽然单片机可以由集成到单片机内部的RC振荡器产生单片机工作需要的时钟，但这种简单的时钟电路频率的稳定性得不到保证，不如使用外部晶振来得稳定；速度很快的单片机往往使用片内集成的压控振荡器（VCO）产生的高频振荡作为系统时钟，但VCO也需要
13、外部晶振提供稳定的频率来锁定起振荡频率。其外部晶振电路有两种接线方式，一种是串联振荡电路，另一种是并联振荡电路。在我们的遥控小车系统的主板设计中，采用并联振荡电路。具体电路如下图2-1所示。这是我们主控模块上的晶振与单片机的连接，此电路给单片机提供了一个稳定的外部振荡源。图 2-1单片机模块晶振电路3.RS232驱动电路。上一章我们提到，在调试辅助模块里，有人机通信功能。RS232驱动电路提供TTL到RS232电平的电平转换。单片机可以利用异步串行通信协议同PC通信。RS232电平转换芯片MAX232可以实现TTL电平与RS232电平之间的转换，然后在通过DB9接口和PC机进行串口通信。在我们
14、的遥控小车系统中，上位机可以通过RS232向控制主板下载程序。2.2 L298N芯片2.2.1 简介1）工作电源电压高达46V。2）总直流电流可达4A。3）低饱和电压。4）过热保护。5）逻辑“0”，输入电压为1.5 V（高抗干扰）。该L298N是一个集成在一个15瓦的电铅多采用SO20封装的单片电路。它是一种高电压，高电流双路全桥式驱动器，设计接受标准TTL逻辑电平驱动器，如继电器，电磁铁，直流和步进电机的电感性负载。两个使能输入提供启用或禁用的输入信号的设备独立。对每座桥晶体管的发射极下连接在一起并相应的外部终端可为一个外部感应电阻器连接。一个额外的电源输入提供，这样的逻辑，在较低的电压工作
15、。2.2.2 L298N框图图2-2 L298N芯片框图2.2.3 L298N原理图的参数 图2-3绝对最大额定值1. 引脚连接图3 L298N的两种不同封装2. 各端子的功能（参考框图）图4 比较不同的封装引脚图3. 电气特性图5 每个引脚的电气特性第3章 系统框图3.1 系统结构框图根据题目要求，系统可分为电源模块，红外传感模块，单片机核心模块，无线遥控模块，电机驱动模块等部分组成。具体框图如图3-1所示图3-1 系统框图其中包括电源模块、红外传感器模块、单片机核心模块、无线发射与接收模块、电机驱动模块。电源模块：采用5节5号电池产生8.5V的直流电源，经过7805芯片稳压，输出为5V直流稳压电源，为单片机正常工作提供保障。红外传感器模块：采用型号为E18-D80NK的数字式红外传感器，检测路面前是否有障碍物，遇到障碍物则返还给单片机数据，它的测障碍物灵敏度范围是3cm80cm（可调）。单片机核心模块：使用8位单片机STC12C5A48S2，主要功能是完成采集信号的处理和控制信
