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1、湖北轻工职业技术学院单片机实训报告题目：基于STC89C52的智能小车设计姓名：刘 加 象学号：20110302113专业：电子信息工程技术指导老师：何 伶 俐日期：2013-01-06信息工程系电信教研室目 录引言2一 整体方案设计31.1整体方案设计的思路31.2整体方案的流程图3二 智能小车系统概况32.1恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N32.2直流电机简介42.3显示模块的综合概括6三 模块方案比较与论证：83.1电机模块的选择83.2电机驱动模块的选择83.3控制器模块的选择8四 系统硬件电路设计104.1显示模块的设计104.2直流电机的驱动模块11五 软件的简单介绍135.1K
2、eil的简介135.2protues的简介135.3STC_ISP_V483的简介14六 结论17七 致谢17参考文献18附录一：实物图19图1实物图19图2实物图20附录二：总程序20 引言随科学技术的进步，智能化和自动化技术越来越普及，也广泛应用于机器人玩具制造领域，使智能机器人越来越多样化。智能机器人是一个多种高新技术的集成体，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等许多学科的知识，涉及到当今许多前沿领域的技术。而随着社会的不断发展，智能设备的不断出现，无线遥控的运用也越来越广泛。无线遥控器由于控制距离远，抗干扰性强，已越来越多的出现在生活的各个方面。本文使用了一款通用的
3、无线遥控电路，基于STC89C52作为控制核心，采用专用编码解码电路，由于其体积小、功能强大，因此可非常方便的移植到遥控机器人、遥控小车上等，并实现远距离控制。在早期，遥控小车并不少见，但大多产品制造简单，实现的功能少，往往只有一些简单的功能，例如左转右转，前进后退等，大多采用红外控制，外加一些复杂的电路组合而成。遥控小车的使用者针对的是小孩子，但笨重的设备和昂贵的价格往往让许多小孩的甜美梦想落空。在现在，用单片机进行无线遥控小车的方案，利用较少的外设实现了基本的功能。其较强的抗干扰性使得该遥控器具有很好的通用性其功能也日趋完善。其中包括防撞防爆系统和基本的方向控制，另外在行进中可以尽享柔美的
4、音乐，看美丽的灯光随音律而闪烁，让孩子玩得更开心！此外，电路的简化，材料的减少使得价格也降低了不少，真的是物美价廉，可以为孩子的童年再添一些笑语。一 整体方案设计1.1整体方案设计的思路 利用红外线传感器发射和接收信号模块来控制单片机，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：四路红外传感器，每一路发射一个信号，检测接收到的信号，若出现高电平，则说明该方向前方有障碍物，则单片机控制电机正转和反转，从而实现绕开障碍物继续前行。同时还增加一个无线发射和无线接收模块控制单片机，让单片机翻译传输指令，从而实现相应的功能。无线发射模块发出指令，无线接收模块接收信号后，传递给单片机，单片机
5、翻译接收到信号后，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、左转和右转。1.2整体方案的流程图 基于单片机STC89C52整体设计的智能小车，根据原来设计的思路上画出了相对应的流程路，由于是整体结构图，就只是画出了大致的结构流程，而细节将在后面做出介绍。图1整体方案的流程图二 智能小车系统概况2.1恒压恒流桥式2A驱动芯片L298NL298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直
6、接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接457 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为2546 V。输出电流可达25A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB连接控制使能端，控制电机的停转。表1是L298N功能逻辑图。 In3，In4的逻辑图与
7、表1相同。由表1可知EnA为低电平时，输入电平对电机控制起作用，当EnA为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。等。图2单片机利用L298控制电机的原理图15脚是输出电流反馈引脚，其它与L298相同。在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。上图是其与51单片机连接的电路图2.2直流电机简介2.2.1直流电机的应用电动机简称电机，是使机械能与电能相互转换的机械，直流电机把直流电能变为机械能。作为机电执行元部件，直流电机内部有一个闭合的主磁路。主磁通在主磁路中流动，同时与两个电路交联，其中一个电路是用以产生磁通的，称为激磁电路；另一个电路是用来传递功率的，
8、称为功率回路或电驱回路。现行的直流电机都是旋转电驱式，也就是说，激磁绕组及其所包围的铁芯组成的磁极为定子，带换向单元的电驱绕组和电驱铁芯结合构成直流电机的转子。直流电机有以下4方面的优点：1) 调速范围广，且易于平滑调节。2) 过载、启动、制动转矩大。3) 易于控制，可靠性高。4) 调速时的能量损耗较小。所以，在调速要求高的场所，如轧钢机、轮船推进器、电机、电气铁道牵引、高炉送料、造纸、纺织、拖动、吊车、挖掘机械、卷扬机拖动等方面，直流电机均得到广泛的应用。2.2.2直流电机的基本工作原理直流电机工作原理：当电刷A,B接在电压为U的直流电源上时，若电刷A是正电位，B是负电位，在N极范围内的导体
9、ab中的电流是从a流向b，在S极范围内的导体cd中的电流是从c流向d。载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，因此ab与cd两导体都受到电磁力的作用。根据磁场方向和导体中的电流方向，利用电机左手定则判断，ab边受力的方向是向左的，而cd边则是向右的。由于磁场是均匀的，导体中流过的又是相同的电流，所以ab边和cd边所受电磁力的大小相等。这样，线圈上就受到了电磁力的作用而按逆时针转动。当线圈转到磁极的中性面上时，线圈中的电流等于零，电磁力等于零，但是由于惯性的作用，线圈继续转动。线圈转过半周之后，虽然ab与cd的位置调换了，ab边转到S极范围内，cd边转到N极范围内，但是由于换向片和电刷的作用，转到N
10、极下的cd边中电流方向也变了，是从d流向c，在s极下的ab边中的电流则是从b流向a。因此电磁力的方向仍然不变，线圈仍然受力按逆时针方向转动。可见，分别处在N,S极范围内的导体中电流方向总是不变的，因此线圈两个边的受力方向也不变，这样线圈就可以按照受力方向不停地旋转，通过齿轮或皮带等机构的传动，便可以带动其他机械工作。从以上分析可以看到，要使线圈按照一定的方向旋转，关键问题是当导体从一个磁极范围转到另一个异性磁极范围时（也就是导体经过中性面后），导体中电流的方向也要同时改变，换向器和电刷就是完成这一任务的装置。在直流电机中，换向器和电刷把输入的直流电变为线圈中的交流电。可见，换向器和电刷是直流电
11、机中不可缺少的关键部件。当然，在实际的直流电机中，不只有一个线圈，而是有许多线圈牢固地嵌在转子铁芯槽中，当导体中通过电流在磁场中因受力而转动时，就带动整个转子旋转，这就是直流电机的基本工作原理。2.2.3直流电机的参数转矩-电机得以旋转的力矩，单位为m或Nm。转矩系数-电机所产生转矩的比例系数，一般表示每安培电驱电流所产生的转矩大小。摩擦转矩-电刷、轴承、换向单元等因摩擦而引起的转矩损失。启动转矩-电机启动时所产生的旋转力矩。转速-电机旋转的速度，工程单位为r/min，即转每分。在国际单位制中为rad/s，即弧度每秒。电枢电阻-电枢内部的电阻，在有刷电机里一般包括电刷与换向器之间的接触电阻，由
12、于电阻中流过电流时会发热，因此总希望电枢电阻尽量小。电枢电感-因为电枢绕组由金属线圈构成，必然存在电感，从改善电机运行性能的角度来说，电枢电感越小越好。电气时间常数-电枢电流从零开始达到稳定值的63.2%时所经历的时间。测定电气时间常数时，电机应处于堵转的状态并施加阶跃性质的驱动电压。工程上，常常利用电动机转子的转动惯量J、电枢电阻Ra、电机反电动势系数Ke和转矩系数Kt求出机械时间常数：1-1转动惯量-具有质量的物体维持其固有运动状态的一种性质。反电动势系数-电机旋转时，电枢绕组内部切割磁力线所感应的电动势相对于转速的比例系数，也称发电系数或感应电动势系数。功率密度-电机每单位质量所能获得的
13、输出功率值。功率密度越大，电机的有效材料的利用率就越高。转子-rotor；定子-stator；电枢-armature；励磁-excitation。2.3显示模块的综合概括显示模块包括：LCD1602,温度传感器DS18B20,时钟芯片DS1302三个部分组成。2.3.1LCD1602的简介1602B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5V，并且带有字符对比度调节和背光。该模块也可以只用D4-D7作为四位数据分两次传送。这样的话可以节省MCU的I/O口资源。1602B引脚说明如下：表2.3 LCD液晶显示器各引脚功能及结构编号符号引脚说明
14、编号符号引脚说明1VSS电源地9D2双向数据口2VDD电源正极10D3双向数据口3VL对比度调节11D4双向数据口4RS数据/命令选择12D5双向数据口5R/W读/写选择13D6双向数据口6E模块使能端14D7双向数据口7D0双向数据口15BLK背光源地8D1双向数据口16BLA背光源正极注意事项：从该模块的正面看，引脚排列从右向左为：15脚、16脚，然后才是114脚(线路板上已经标明):VDD：电源正极，4.55.5V，通常使用5V电压；VL：LCD对比度调节端，电压调节范围为05V。接电源的正极时对比度最弱，接地电源时对比度最高，但对比度过高时会产生“鬼影”，因此通常使用一个10K的电位器
15、来调整对比度，或者直接串接一个电阻到地；RS：MCU写入数据或者指令选择端。MCU要写入指令时，使RS为低电平；MCU要写入数据时，使RS为高电平；R/W：读写控制端。R/W为高电平时，读取数据；R/W为低电平时，写入数据；E：LCD模块使能信号控制端。写数据时，需要下降沿触发模块。D0D7：8位数据总线，三态双向。如果MCU的I/O口资源紧张的话，该模块也可以只使用4位数据线D4D7接口传送数据。本充电器就是采用4位数据传送方式；BLA：LED背光正极。需要背光时，BLA串接一个限流电阻接VDD，BLK接地，实测该模块的背光电流为50mA左右；BLK：LED背光地端。三 模块方案比较与论证：3.1 电机模块的选择方案1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸
