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论文-基于单片机STC89C52控制的智能小车 教学单位 信息工程系学生学号 2061224236孝感学院新技术学院本科毕业论文 设计 题 目 基于单片机STC89C52控制的智能小车学生姓名 张 婷专业名称 电子信息科学与技术指导教师 丁么明教师职称 教 授2009年12月12日基于单片机STC89C52控制的智能小车摘要该毕业设计是采用无线遥控基于单片机的功能实现的当无线遥控器的某个按键按下时无线发射器将按键信号以编码的形式在315MHz的频率上发射出去无线接收器接收并放大发射信号同时解调出TTL电平信号送至单片机进行处理单片机通过比较和识别接收来的无线遥控编码便可执行相应的遥控功能从而实现智能小车的前进后退左转和右转的基本功能和伴随音乐演奏而闪烁的LED的开启与关闭的功能此外我加入了温度传感器与时钟芯片让它们在液晶显示器上显示其室温和时间并用按钮进行时间的调控由于无线遥控模块是四路单向锁存模块只能单线实现四个功能所以发射模块的控制按键不够根据需要我仅仅用无线模块控制小车的前进和后退停止其它的采用按键调试用按键来实现小车的前进后退左转右转音乐时间调控等功能关键词无线模块液晶显示模块电机驱动模块音乐智能小车The intelligent telecontrol minicab based on PIC STC89C52AbstractThis graduate design adopts wireless remote on the basis of one chip computer function to realize When one of the buttons of the wireless telecontroller is pressed the wireless transmitter transmits keypad singles at 315MHz in the way of encoding The wireless receiver receives and amplifies transmitting singles and demodulates TTL singles and sends the TTL singles into PIC for tackling The PIC conducts the corresponding telecontrol functions by comparing and recognizing the wireless telecontrol code which has been received so that it realizes the basic functions of the minicabs advancestepping backaccelerationdeceleration and the function of the flickering LEDs turning on and off with the music BesidesI add the temperature sensor and clock chip additional to make them display room-temperature and time in the LCD and manipulate them with the buttons As a result of wireless remote Module is four ways of saving module only realize four functions on single line So launch module of control button is not enough According to need I only use wireless module control advanceretreat and stop About button debug it use button come to realize the function of advanceretreatturn leftturn rightmusic and regulate of time and so onKeywordWireless Module liquid crystal display microcomputer music intelligent vehicle目 录引言11整体方案设计211整体方案设计的思路212整体方案的流程图22遥控音乐小车系统概况321PT22622272无线遥控模块原理322驱动原理的简介523直流电机简介924显示模块的综合概括1125音乐功放芯片LM386的简介163模块方案比较与论证1831车体设计1832电机模块的选择1833电机驱动模块的选择1834控制器模块的选择194系统硬件电路设计2041显示模块的设计2042LED与MUSIC的整合设计2143无线模块的设计2344直流电机的驱动模块245软件的简单介绍2651Keil的简介2652protues的简介2653Protel的简介2754STC_ISP_V480的简介286后期展望30参考文献31附录一实物图32附录二总体仿真图33附录三总程序34谢 辞42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1整体方案设计11整体方案设计的思路利用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具体的过程如下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A单片机A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另外单片机A控制LCD显示时间与温度接收到开启信号后时钟芯片DS1302记录的时间温度传感器DS18B20检测的温度其值都会显示在LCD1602上本设计还采用了两个单片机进行串口通信单片机B控制MUSIC与LED并由于串口通信受控于单片机A单片机A发出指令控制单片机B的音乐演奏和发光二极管的闪烁而发光二极管会随着音律的变化而产生相应的变换除了可以进行无线遥控外还设置了若干个按钮也可以进行相应的调控作用等级略低于无线遥控的按钮12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2遥控音乐小车系统概况PT22622272无线遥控模块原理PT22622272的简介PT22622272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路PT22622272最多可有12位 A0-A11 三态地址端管脚 悬空接高电平接低电平 任意组合可提供531441地址码PT2262最多可有6位 D0-D5 数据端管脚在通常使用中我们一般采用8位地址码和4位数据码这时编码电路PT2262和解码PT2272的第18脚为地址设定脚有三种状态可供选择悬空接电源正极接地三种状态3的8次方为6561所以地址编码不重复度为6561组只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同才能配对使用遥控模块的生产厂家为了便于生产管理出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端要全部悬空这样用户可以很方便选择各种编码状态用户如果想改变地址编码只要将PT2262和PT2272的18脚设置相同即可例如将发射机的PT2262的第1脚接地第5脚接正电源其它引脚悬空那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电源其它引脚悬空就能实现配对接收当两者地址编码完全一致时接收机对应的D1D4端输出约4V互锁高电平控制信号同时VT端也输出解码有效高电平信号用户可将这些信号加一级放大便可驱动继电器功率三极管等进行负载遥控开关操纵应用范围车辆防盗系统家庭防盗系统遥控玩具其他电器遥控等编码电路 PT2262引脚图及管脚说明 表21 管脚说明名称管脚说 明A0-A111-810-13地址管脚用于进行地址编码可置为01f 悬空 D0-D57-810-13数据输入端有一个为1即有编码发出内部下拉Vcc18电源正端Vss9电源负端TE14编码启动端用于多数据的编码发射低电平有效OSC116振荡电阻输入端与OSC2所接电阻决定振荡频率OSC215振荡电阻振荡器输出端Dout17编码输出端正常时为低电平图2 编码电路 PT2262引脚图在具体的应用中外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节阻值越大振荡频率越慢编码的宽度越大发送一帧的时间越长一般用226212M2272200K组合的少量产品用226247M2272820K解码电路 PT2272引脚图及管脚说明表22 管脚说明名称管脚说 明A0-A111-810-13地址管脚用于进行地址编码可置为01f 悬空 必须与2262一致否则解码无效D0-D57-810-13地址或数据管脚当作为数据管脚时只有在地址码与2262一致数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平否则输出为低电平锁存型只有在接收到下一数据才能转换Vcc18电源正端Vss9电源负端DIN14数据信号输入端来自接收模块输出端OSC116振荡电阻输入端与OSC2所接电阻决定振荡频率OSC215振荡电阻振荡器输出端VT17解码有效确认 输出端常低解码有效变成高电平瞬态图3 解码电路 PT2272引脚图PT2272解码芯片有不同的后缀表示不同的功能有L4M4L6M6之分其中L表示锁存输出数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态直到下次遥控数据发生变化时改变M表示非锁存输出数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应可以用于类似点动的控制后缀的6和4表示有几路并行的控制通道当采用4路并行数据时PT2272-M4 对应的地址编码应该是8位如果采用6路的并行数据时 PT2272-M6 对应的地址编码应该是6位图4 PT2272-L4遥控应用的简单电路目前运用在小车上的模块主要涉及到驱动模块音乐与LED综合模块显示模块电机模块驱动原理的简介驱动模块的核心实际上是H桥驱动电路组成的L298芯片H桥驱动电路的内部原理解析如下图5中所示为一个典型的直流电机控制电路电路得名于H桥驱动电路是因为它的形状酷似字母H4个三极管组成H的4条垂直腿而电机就是H中的横杠注意图5及随后的两个图都只是示意图而不是完整的电路图其中三极管的驱动电路没有画出来如图所示H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机要使电机运转必须导通对角线上的一对三极管根据不同三极管对的导通情况电流可能会从左至右或从右至左流过电机从而控制电机的转向图5 H桥驱动电路要使电机运转必须使对角线上的一对三极管导通例如如图6所示当Q1管和Q4管导通时电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机然后再经 Q4回到电源负极按图中电流箭头所示该流向的电流将驱动电机顺时针转动当三极管Q1和Q4导通时电流将从左至右流过电机从而驱动电机按特定方向 转动电机周围的箭头指示为顺时针方向图6 H桥电路驱动电机顺时针转动图7所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况电流将从右至左流过电机当三极管Q2和Q3导通时电流将从右至左流过电机从而驱动电机沿另一方向转动电机周围的箭头表示为逆时针方向图7 H桥驱动电机逆时针转动使能控制和方向逻辑驱动电机时保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要如果三极管Q1和Q2同时导通那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极此时电 路中除了三极管外没有其他任何负载因此电路上的电流就可能达到最大值该电流仅受电源性能限制甚至烧坏三极管基于上述原因在实际驱动电路中通常 要用硬件电路方便地控制三极管的开关图8 所示就是基于这种考虑的改进电路它在基本H桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门4个与门同一个使能导通信号相接这样用这一个信号就能控制 整个电路的开关而2个非门通过提供一种方向输人可以保证任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通与本节前面的示意图一样图8所示也不是一个完整的电路图特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的 图8 具有使能控制和方向逻辑的H桥电路采用以上方法电机的运转就只需要用三个信号控制两个方向信号和一个使能信号如果DIRL信号为0DIRR信号为1并且使能信号是1那么三 极管Q1和Q4导通电流从左至右流经电机如图416所示如果DIRL信号变为1而DIRR信号变为0那么Q2和Q3将导通电流则反向 流过电机图9 使能信号与方向信号的使用实际使用的时候用分立元件制作H桥是很麻烦的好在现在市面上有很多封装好的H桥集成电路接上电源电机和控制信号就可以使用了在额定的电压和电流内使用非常方便可靠比如常用的L293DL298NTA7257PSN754410等恒压恒流桥式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VSSVSS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OUT1OUT2和OUT3OUT4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571012脚接输入控制电平控制电机的正反转EnAEnB连接控制使能端控制电机的停转表1是L298N功能逻辑图 In3In4的逻辑图与表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10 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直流电机简介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方面的优点调速范围广且易于平滑调节过载启动制动转矩大易于控制可靠性高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直流电机的基本工作原理直流电机工作原理当电刷AB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NS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rmin即转每分在国际单位制中为rads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632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LCD1602的简介1602B可以显示2行16个字符有8位数据总线D0-D7和RSRWEN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IO口资源1602B引脚说明表23 LCD液晶显示器各引脚功能及结构编号符号引脚说明编号符号引脚说明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5RW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4555V通常使用5V电压VLLCD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的电位器来调整对比度或者直接串接一个电阻到地RSMCU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RW读写控制端RW为高电平时读取数据RW为低电平时写入数据ELCD模块使能信号控制端写数据时需要下降沿触发模块D0D78位数据总线三态双向如果MCU的IO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BLALED背光正极需要背光时BLA串接一个限流电阻接VDDBLK接地实测该模块的背光电流为50mA左右BLKLED背光地端温度传感器DS18B20的简介Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持 "一线总线"接口的温度传感器在其内部使用了在板ON-BOARD专利技术全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内DS18B20具有微型化低功耗高性能抗干扰能力强可组网等优点测温分辨率较高为912位精度为05DS18B20可直接将温度转化成串行数字信号因此特别适合与单片机配合使用直接读取温度数据目前DS18B20数字温度传感器已经广泛应用于恒温室粮库计算机机房温度监控及其他各种温度测控系统中DS18B20内部结构主要由四部分组成64位光刻ROM温度传感器非易失性的温度报警触发器TH和TL和配置寄存器图11 DS18B20的外部结构图DS18B20的引脚介绍 1 DQ为数字信号输入输出端 2 GND为电源地 3 VDD为外接供电电源输入端在寄生电源接线方式时接地 DS18B20的主要特性1适应电压范围更宽电压范围3055V在寄生电源方式下可由数据线供电2测温范围55125在-1085时精度为053可编程的分辨率为912位可在至多在750ms内将温度转换成为12位的数字测温可分辨率为00625 4独特的单线接口方式DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯5DS18B20支持多点的组网功能多个DS18B20可以并联在唯一的单线结构上实现组网多点测温数字温度传感器DS18B20与单片机的连接电路非常简单引脚GND接地引脚3 VCC 接电源5V引脚2DQ接单片机输入输出一个端口电源5V和信号线DQ间接有一个47K上拉电阻图12 单片机与温度传感器DS18B20的连接电路图时钟芯片DS1302的简介DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能低功耗带RAM的实时时钟电路它可以对年月日周日时分秒进行计时具有闰年补偿功能工作电压为25V55V采用三线接口与CPU进行同步通信并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器DS1302是DS1202的升级产品与DS1202兼容但增加了主电源后背电源和双电源引脚同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力图13为DS1302的引脚排列其中Vcc2为后备电源Vcc1为主电源在主电源关闭的情况下也能保持时钟的连续运行DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电当Vcc1大于Vcc202V时Vcc1给DS1302供电当Vcc1小于Vcc2时DS1302由Vcc2供电X1和X2是振荡源外接32768kHz晶振RST是复位片选线通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送RST输入有两种功能首先RST接通控制逻辑允许地址命令序列送入移位寄存器其次RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段当RST为高电平时所有的数据传送被初始化允许对DS1302进行操作如果在传送过程中RST置为低电平则会终止此次数据传送IO引脚变为高阻态上电运行时在Vcc25V之前RST必须保持低电平只有在SCLK为低电平时才能将RST置为高电平 IO为串行数据输入输出端 双向 DS1302的引脚及内部结构如图13所示表24 DS1302管脚功能表引脚号引脚名称功 能1Vcc2后备电源23X1X2振荡源外接32768Hz晶振4GND地线5TST复位片选线6IO串行数据输入输出端 双向 7SCLK串行数据输入端8Voc1主电源引脚号引脚名称功 能图13 DS1302管脚图及内部结构图DS1302是与单片机连接图14 DS1302与单片机连接图音乐功放芯片LM386的简介音乐的播放控制LED的闪烁当单片机B接收到单片机A的指令后音乐开始演奏LED闪烁音乐主要是由LM386控制的其分析如下LM386是一种音频集成功放具有自身功耗低电压增益可调整电源电压范围大外接元件少和总谐波失真小等优点广泛应用于录音机和收音机之中LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大 器主要应用于低电压消费类产品为使外围元件最少电压增益内置为20但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容便可将电压增益调为任意值直至 200输入端以地位参考同时输出端被自动偏置到电源电压的一半在6V电源电压下它的静态功耗仅仅为24mW使得LM386特别适用于电池供电的场合LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式图15 LM386的引脚图二典型应用电路图16 LM386应用电路图LM386是低电压音频放大器将VIN接P10部分连接电路图如图17所示图17 LM386的音频放大电路在音乐的播放过程中不光使用了扬声器还使用了蜂鸣器不同的是扬声器主要用于播放音乐而蜂鸣器主要用于提醒操作者按键已使用当按键按下时蜂鸣器会发出声音提醒操作着功能已实施根据扬声器的声音还可以检测单片机是否运转正常蜂鸣器与单片机的连接图如下图18 扬声器与单片机的连接图模块方案比较与论证车体设计方案1自己制作电动车一般的说来自己制作的车体比较粗糙平衡感不好车身重量以及车体比例都要有精确的测量而且也要控制好小车行驶的轮胎与齿轮的力矩及角度的结合这些都比较难实现方案2购买玩具电动车购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮玩具电动车具有如下优点首先这种玩具电动车由于装配紧凑使得各种所需电路的安装十分方便看起来也比较美观其次玩具电动车是依靠电机与相关齿轮一起驱动能适应题目中小车准确前进后退转弯的要求但是这种电动车一般都价格较贵基于以上分析我们综合了方案一和方案二还是选择了方案一因为购买现成的小车价格较昂贵我实在没有那么多的钱而且它的功能固定于是我并购买了四个车轮和两个直流电机再自己组装完成了智能小车的车底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多优点步进电机的输出力矩较低随转速的升高而下降且在较高转速时会急剧下降其转速较低不适用于小车等有一定速度要求的系统经综合比较考虑我们放弃了此方案方案 2直流电机直流电机的控制方法比较简单只需给电机的两根控制线加上适当的电压即可使电机转动起来电压越高则电机转速越高对于直流电机的速度调节可以采用改变电压的方法也可采用PWM调速方法PWM调速就是使加在直流电机两端的电压为方波形式通过改变方波的占空比实现对电机转速的调节基于以上分析我们选择了方案二使用直流电机作为电动车的驱动电机电机驱动模块的选择方案 1采用SM6135W电机遥控驱动模块SM6135W是专为遥控车设计的大规模集成电路能实现前进后退向右向左加速五个功能但是其采用的是编码输入控制而不是电平控制这样在程序中实现比较麻烦而且该电机模块价格比较高方案 2采用电机驱动芯片L298NL298N为单块集成电路高电压高电流四通道驱动可直接的对电机进行控制无须隔离电路通过单片机的IO输入改变芯片控制端的电平即可以对电机进行正反转停止的操作非常方便亦能满足直流减速电机的大电流要求调试时在依照上表用程序输入对应的码值能够实现对应的动作表1是其使能输入引脚和输出引脚的逻辑关系表31 L298N的引脚和输出引脚的逻辑关系EN ABIN1IN3IN2IN4电机运行情况HHL正转HLH反转H同IN2IN4同IN2IN4快速停止LXX停止基于以上分析我们选择了方案二用L298N来作为电机的驱动芯片控制器模块的选择方案1采用凌阳的SPCE061A小板作为主控制芯片而且可以采用凌阳的小车模组可以很快的完成其基本功能当是用该小板存在一定的局限性较难扩张功能而且各个模块的拼凑没有比集成在一块板的稳定性高方案2采用STC89C52作为主控制芯片该芯片有足够的存储空间可以方便的在线ISP下载程序能够满足该系统软件的需要该芯片提供了两个计数器中断对于本作品系统已经足够采用该芯片可以比较灵活的选择各个模块控制芯片能够准确的计算出时间有很好的实时性基于以上分析我们选择了方案二用STC89C52作为电机的主控制芯片系统硬件电路设计系统采用存储空间较大的STC89C52作为主控制芯片电动车电机驱动芯片采用L298N并利用直流电机驱动小车能较有效的控制其在特定位置转弯及行驶出错处理该系统无论在结构和技术上都具有较好的科学性显示模块的设计显示模块的仿真图显示模块中主要考虑的是显示什么综合考虑后我想到的首先是时间的显示于是我采用时钟芯片DS1302来实现时间的显示单纯的显示时间似乎很无趣于是我加入了温度的显示温度传感器DS18B20结构完善连接简单功能齐全易于控制合并以上的思路我确定出了显示的模块具体的仿真图如下图19 显示模块的电路原理图显示模块的流程图显示模块是智能小车额外增加的功能但它仍然是重要的组成部分显示模块是如何工作的呢其实先是由按键控制时钟芯片DS1302进行时间的调节在调节的过程中信号传递给STC89C52单片机将其翻译后发送信号给时钟芯片DS1302时钟芯片DS1302会将时间的改变显示在LCD1602上同样的道理温度传感器DS18B20也是先将检测到的信号传递给单片机单片机再传递给LCD1602具体的流程图如下图20 显示模块的流程图LED与MUSIC的整合设计421LED与MUSIC的整合设计的仿真图音乐的播放控制LED的闪烁当单片机B接收到单片机A的指令后音乐开始演奏LED闪烁为了展现LED的魅力我将LED混合串联在音律的起伏变化中产生不同颜色的光芒产生光色声为一体的美妙感觉其仿真图如下图21 LED与MUSIC的整合模块的电路原理图422LED与MUSIC的整合设计的流程图LED是MUSIC的附属品但它从整体上增加了小车的美观性在这个控制过程中最的特色是单片机A与单片机B 的串口通信音乐响起时LED会随之闪烁音乐的控制主要是由按键控制的但在无线遥控的过程里也能控制音乐图22 LED与MUSIC的整合模块的流程图无线模块的设计431无线模块的仿真图图23 无线模块的仿真图432无线模块的流程图无线模块可以进行远程的控制但有效距离不能超过十米不然效果很差由于买的是锁存的四线路只能单程的实现四种状态的控制根据需要已经分为以下的四种模式其中的D模式是按下开关时就可以对小车车体上的按键进行调控图24 无线模块的流程图直流电机的驱动模块直流电机驱动模块的仿真图图25 直流电机驱动模块的仿真图442直流电机驱动模块的流程图电机驱动模块的核心是电机的驱动芯片及电机电机选择了直流电机这样可以方便控制而电机的驱动芯片L298可以同时控制两个直流电机其中芯片中连接单片机的5引脚和7引脚用于控制直流电机1而芯片中的10引脚和12引脚用于控制直流电机2电机1接的是小车的左轮电机2接的是小车的右轮当两个电机一起正向转动时小车前进当两个电机一起反向转动时小车后退当电机1正转电机2反转时小车右转当电机1反转电机2正转时小车左转由于无线模块只能控制锁存的4条线路不能将功能都进行有效控制只能控制前进和后退所以额外采用按键来控制左转和右转图26 直流电机驱动模块的流程图软件的简单介绍在这次研究中主要用到了keilprotuesproter和STC_ISP_V480等软件Keil的简介单片机开发中除必要的硬件外同样离不开软件我们写的C语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法一种是手工汇编另一种是机器汇编目前已极少使用手工汇编的方法了机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51随着单片机开发技术的不断发展从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发单片机的开发软件也在不断发展Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出Keil提供了包括C编译器宏汇编连接器库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案通过一个集成开发环境uVision将这些部份组合在一起运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU16MB或更多RAM20M以上空闲的硬盘空间WIN98NTWIN2000WINXP等操作系统掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的如果你使用C语言编程那么Keil几乎就是你的不二之选目前在国内你只能买到该软件而你买的仿真机也很可能只支持该软件即使不使用C语言而仅用汇编语言编程其方便易用的集成环境强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍protues的简介Protues软件是英国Lab center electronics公司出版的EDA工具软件它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能还能仿真单片机及外围器件它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具Protues软件具有其它EDA工具软件例multisim的功能这些功能是1原理布图2PCB自动或人工布线3SPICE电路仿真支持当前的主流单片机如51系列AVR系列PIC12系列PIC16系列PIC18系列Z80系列HC11系列68000系列等软件仿真功能如下1提供软件调试功能 2提供丰富的外围接口器件及其仿真RAMROM键盘马达LEDLCDADDA部分SPI器件部分IIC器件这样很接近实际在训练学生时可以选择不同的方案这样更利于培养学生3提供丰富的虚拟仪器利用虚拟仪器在仿真过程中可以测量外围电路的特性培养学生实际硬件的调试能力4具有强大的原理图绘制功能电路功能仿真特点