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1、设计题目：非接触式门禁中断控制系统系 别： 信息科学系 专 业： 电子信息工程 姓 名： 陈炳、黄成、周冉冉 指导教师： 杨增旺 完成时间 2013年4月23日 摘要STC89S52单片机是一款八位单片机，他的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。这里介绍的是如何用STC89S52单片机来实现智能小车的设计。本系统以设计题目的要求为目的，采用STC89S52单片机为控制核心，利用红外光电管检测道路上黑线，快慢速行驶，实现自动寻迹和寻光，以及超车功能。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。实验测试结果满足要求，本文着重介绍了该系统的软硬件各模块设计方法及测试结果分析。 采用的技术主要有： 通过编
2、程来控制小车循迹； 使用L298来控制小车的速度和转向； 光电开关的有效应用； 红外对管的采用.关键词 STC89S52单片机、光电检测器、智能小车 目 录一 绪论.4二 方法论正与比较,42.1 轨迹探测模块设计与比较.42.2数据存储较. 52.3 障碍探测模块方案分析与较.52.4 电机驱动调速系统.62.5 电源系统.72.6 系统原理图.8三、 小车硬件设计.93.1 电源模块设计. 93.2 单片机最小系统设计.93.3 循迹模块设计.103.4 后轮驱动模块设计.113.5 洗衣机模拟. . . .12四、小车软件设计.134.1 黑线检测程序,.144.2 后轮电机的控制 .
3、14五、 测试数据及结论. 1 5六、总结.16附录1：程序头文件及变量说明.附录2：源程序.一、绪论本设计采用STC89S52单片机为简易智能小车的核心器件。循迹模块由若干个红外对管组成，通过反射红外线的变化判断黑线的有无以达到循迹的功能，电源模块采用电池两路供电，单片机与大电流器件分开供电，避免大电流器件对单片机造成干扰，电机驱动模块选用常用的H桥驱动芯片L298N结合单片机来控制电机工作，运用机械臂加持模拟并实现晾晒功能。技术报告以智能小车的设计为主线，包括小车的构架设计、软硬件设计，以及控制算法研究等，共分为五章。其中，第一章为引言部分；第二章主要介绍了小车的总体方案的选取，对单片机资
4、源的分配作了说明。第三章对小车的硬件设计进行了详细的介绍，主要介绍了电路的设计；第四章描述了小车的软件设计和相关算法。第五章中叙述了我们在设计过程中遇到的问题和解决方法。二、方案论证与比较1轨迹探测模块设计与比较方案一、使用简易光电传感器结合外围电路探测。由于所采用光电传感器实际效果并不理想，对行驶过程中的稳定性要求很高，且误测几率较大、易受光线环境和路面介质影响。在使用过程极易出现问题，而且容易因为该部件造成整个系统的不稳定。故最终未采用该方案。方案二、利用两只光电开关。分别置于轨道的两侧，根据其接受到白线的先后来控制小车转向来调整车向，但测试表明，如果两只光电开关之间的距离很小，则约束了速
5、度,如果着重于小车速度的提升，则随着车速的提升，则势必要求两只光电开关之间的距离加大，从而使得小车的行驶路线脱离轨道幅度较大，小车将无法快速完成准确的导向从而有可能导致寻迹失败。方案三、用两只红外对管。两只置于轨道两边，当小车脱离轨道时，即当置于中间的一只光电开关脱离轨道时，等待外面任一只检测到黑线后，做出相应的转向调整，直到 中间的光电开关重新检测到黑线（即回到轨道）再恢复正向行驶。现场实测表明，虽然小车在寻迹过程中有一定的左右摇摆，但只要控制好行驶速度就可保证车身基本上接近于沿靠轨道行驶。综合考虑到寻迹准确性和行驶速度的要求，采用方案三。图1-12数据存储比较方案一、采用外接ROM 进行存
6、储。采用外接ROM 进行存储是保存实验数据的惯用方法，其特点是在单片机断电之后仍然能保存住数据，但无疑将增大软硬开销和时间开销。方案二、直接用单片机内部的RAM 进行存储。虽然不能在断电后保存数据，但可以在实验结束后根据按键显示相应值。而且本实验的数据存储不大，采用RAM 可以减少IO 接口的使用，便利IO 接口分配，故此方案具有成本低、易实现的优点，更符合实际需求。鉴于方案二的以上优点，综合比较，本方案采用方案二。3. 电机驱动调速系统方案一：采用电阻网络或者数字电位器调整电动机的分压，从而达到降速的目的。但是，电阻网络只能实现有级降速；而数字电阻的元器件价格昂贵。最重要的问题是，一般电动机
7、的电阻很小，电流很大，分压不仅降低效率，而且难以实现。方案二：采用继电器对电动机的开/关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整。这个电路的优点是比较简单，但是继电器的响应时间比较慢、机械结构易坏、寿命较短、可靠性不高。方案三：采用达林顿管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，可精确调整电动机的转速。这种电路由于工作在饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也高，是广泛采用的PWM调速技术。方案分析：由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。根据以上综合比较，以及本设计中受
8、控电机的容量和直流电机调速的发展方向，本设计采用了H型单极型可逆PWM变换器进行调速。脉宽调速系统的主电路采用脉宽调制式变换器，简称PWM变换器。脉宽调速也可通过单片机控制继电器的闭合来实现，但是驱动能力有限。为顺利实现电动小汽车的前行与倒车，本设计采用了可逆PWM变换器。可逆PWM变换器主电路的结构式有H型、T型等类型。我们在设计中采用了常用的双极式H型变换器，它是由4个三极电力晶体管和4个续流二极管组成的桥式电路。5. 电源系统上图为LM2940-5.0封装和实物图方案一：所有元器件采用单一电源。它供电简单，方便灵活，减小了车载质量和摩擦阻力。但是电机启动瞬间电流很大，而且PWM驱动的电机
9、电流波动较大，会造成电压不稳定、有毛刺干扰等，不适用于要求电源稳压的CPU，严重时可能造成系统掉电。方案二：单片机必须与大电流器件分开供电，避免大电流器件对单片机造成干扰，采用两路供电，这样可以使用其中一路单独为单片、指示灯供电，另外一路提供L298N、光电管、舵机的工作电压。介于设计稳定性考虑，采用方案二。6.系统原理图三、 小车硬件设计3.1 电源模块设计电源模块为系统其它各个模块提供所需要的电源，设计中，除了要考虑到电压范围和电流容量等基本参数之外，还要在电源转换效率、降低噪声、防止干扰和电路简单等方面进行优化。可靠的电源方案是整个硬件电路稳定可靠运行的基础。为此，采用两路供电，这样避免
10、大电流器件对单片机造成干扰。图3-13.2 单片机最小系统设计 单片机是小车的控制中心，单片机最小系统的合理设计是小车平稳运行的前提，图3.2 为52单片机最小系统的几个部分：1、晶振电路，单片机要想工作必须有一个外部时钟源，这个时钟源有外部晶振产生，具体电路为图中的Y1、C2、C3.在做电路办事晶振和电容要靠近18脚和19脚放置。 2、复位电路，复位电路包括商店复位和手动复位两部分，51系列单片机多为高电平复位，即采用上电复位，其原理就是利用电容充电的一段时间将复位脚拉至高电平，使单片机完成复位。3、ISP下载接口，改下载接口在实际制作是可以用双排的5*2的排针代替，电路是根据标准的ISP下
11、载线来设计的，与常用的并口下载线，串口下载线和笔记本用的USBASP下载线兼容，只需将下载线接口插到本接口上就可以直接向单片机烧写程序。图3-2图3-3 ISP实物接口3.3 循迹模块设计 循迹模块完成的是黑线的识别功能，其主要采用多个红外光电管，红外光电管分为两部分，一部分为无色透明类似于LED的红外发射部分，另外一部分为黑色的红外接收部分。图3.3为红外检测的基本电路图。图中R1为限流电阻，R2、R3为分压电阻，LM339为电压比较器，为了保证在输出高电平时有5V左右的高电平输出。只有多个红外光电管并联才能够起到良好的检测效果，在实际应用中光电管的排列方式，排列间距是有讲究的，为此，本作品采用“一”字型排列，将两个红外光电管的间距设置为黑线的宽度。 图3-4 光电管布局 图3-5 3.4 后轮驱动模块设计图3-8 L298的实物图和封装图
