基于51單片機(jī)智能小車設(shè)計(jì)

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 北 華 航 天 工 業(yè) 學(xué) 院 課程設(shè)計(jì)報(bào)告（論文） 設(shè)計(jì)課題：基于51單片機(jī)智能循跡小車設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)： B12242 學(xué)生姓名： 李云鑫 指導(dǎo)教師： 王曉 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2014年6月15日 北華航天工業(yè)學(xué)院電子工程系 基于51單片機(jī)智能循跡小車 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 姓 名： 李云鑫 專 業(yè)： 測(cè)控技

2、術(shù)與儀器 班 級(jí)： B12242 指導(dǎo)教師： 王曉 職 稱： 學(xué)生 課程設(shè)計(jì)題目：基于51單片機(jī)智能循跡小車設(shè)計(jì)。 已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求： 1.小車具有自動(dòng)循跡功能。 2.當(dāng)小車運(yùn)行時(shí)對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光。 3.當(dāng)小車脫離跑道后直接直線行駛。 4.在跑道上運(yùn)行時(shí)，始終保持只有一個(gè)電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)，且小車沿直線行駛。 所需儀器設(shè)備： 1、proteus.7仿真軟件 2.VisualC++.6.0C語(yǔ)言編程軟件 成果驗(yàn)收形式： 1、實(shí)物驗(yàn)收 2、實(shí)驗(yàn)報(bào)告驗(yàn)收. 3、現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行答辯 參考文獻(xiàn)： [1] 胡輝.單片機(jī)原理及應(yīng)用.中國(guó)水利水電出版社

3、. 2007.9月第一版 [2] 譚浩強(qiáng)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（第二版）。清華大學(xué)出版社 [3] 康光華、電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第四版）、高等教育出版社 時(shí)間 安排 2014年6月20日至2014年6月30日期間 指導(dǎo)教師： 王曉 教研室主任： 王曉 2014年06 月15 日 注：本表下發(fā)學(xué)生一份，指導(dǎo)教師一份，欄目不夠時(shí)請(qǐng)另附頁(yè)。 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)裝訂于設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)（或論文）封面之后，目錄頁(yè)之前。 內(nèi) 容 摘 要 本設(shè)計(jì)主要有單片機(jī)模塊、地面尋線模塊、發(fā)光二極管模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

4、 以及電源模塊組成，小車具有自主尋跡的功能。本次設(shè)計(jì)采用ATMEL公司的 AT89C2051單片機(jī)作為控制芯片，傳感器模塊采用紅外接收管和比較器實(shí)現(xiàn)，能 夠輕松識(shí)別黑白兩色路面，同時(shí)具有抗環(huán)境干擾能力，電機(jī)模由LM393芯片和兩 個(gè)直流電機(jī)構(gòu)成，組成了智能車的動(dòng)力系統(tǒng)，電源采用5V的直流電池，經(jīng)過(guò)系 統(tǒng)組裝，從而實(shí)現(xiàn)了小車的自動(dòng)循跡的功能。 索引關(guān)鍵詞：智能小車 AT89C2051 單片機(jī) LM393 紅 外接收管 目 錄 一 概 述 ………… …………………………………………

5、…………1 二 方案設(shè)計(jì)與論證……………………………………………………………8 三 單元電路設(shè)計(jì)及各模塊具體電路…………………………………………3 3.1. 電路中51單片機(jī)芯片介紹 ………………………………………… 13 3.2 最小系統(tǒng)部分電路…………………………………………………… 19 3.3控制模塊電路電路………………………………… ……………… 20 3.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)及二極管模塊電路………………………………………………20 3.5尋線檢測(cè)模塊部分電路…………………………… ………………………21 3.6軟件設(shè)計(jì)…………………………… ………………………22 四

6、 總原理圖及元器件清單 4.1總原理圖…………………………… ………………………23 4.2元器件清單…………………………… ………………………23 五 安裝與調(diào)試 5.1．電子元器件的裝配…………………………… ………………………24 5.2.機(jī)械裝配…………………………… ………………………25 5.3．總裝…………………………… ………………………25 六 性能測(cè)試與分析 6.1測(cè)試方法及注意事項(xiàng) ……………………………………………………26 6.2源程序………………………………………………………………26 七 結(jié)論 …………………………… …………

7、………………………………………… 27 八 心得體會(huì) …………………………… ……………………………………………………28 九 參考文獻(xiàn) …………………………… …………………………………………………… 29 一、概述 目前，在企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷提高、對(duì)自動(dòng)化技術(shù)要求不斷加深的環(huán)境下，智 能車輛以及在智能車輛基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品已成為自動(dòng)化物流運(yùn)輸、柔性生產(chǎn) 組織等系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。世界上許多國(guó)家都在積極進(jìn)行智能車輛的研究和開(kāi)發(fā)設(shè) 計(jì)。移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)中的一個(gè)重要分支，出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代。當(dāng)時(shí)斯 坦福研究院(SRI)的Nils Nils

8、sen和charles Rosen等人，在1966年至1972年中研 制出了取名shakey的自主式移動(dòng)機(jī)器人，目的是將人工智能技術(shù)應(yīng)用在復(fù)雜環(huán) 境下，完成機(jī)器人系統(tǒng)的自主推理、規(guī)劃和控制。從此，移動(dòng)機(jī)器人從無(wú)到有， 數(shù)量不斷增多，智能車輛作為移動(dòng)機(jī)器人的一個(gè)重要分支也得到越來(lái)越多的關(guān)注。 智能小車，是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策，自動(dòng)行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)， 它集中地運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、傳感、信息、通信、導(dǎo)航及白動(dòng)控制等技術(shù)，是典型的 高新技術(shù)綜合體。智能車輛也叫無(wú)人車輛，是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策和多等 級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。它具有道路障礙自

9、動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)報(bào)警、自 動(dòng)制動(dòng)、自動(dòng)保持安全距離、車速和巡航控制等功能。智能車輛的主要特點(diǎn)是在 復(fù)雜的道路情況下，能自動(dòng)地操縱和駕駛車輛繞開(kāi)障礙物并沿著預(yù)定的道路(軌 跡)行進(jìn)。智能車輛在原有車輛系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一些智能化技術(shù)設(shè)備。 (1)計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，主要完成對(duì)來(lái)自攝像機(jī)所獲取的圖像的預(yù)處理、增強(qiáng)、分 析、識(shí)別等工作 (2)攝像機(jī)，用來(lái)獲得道路圖像信息 (3)傳感器設(shè)備，車速傳感器用來(lái)獲得當(dāng)前車速，障礙物傳感器用來(lái)獲得前方、 側(cè)方、后方障礙物等信息。 智能車輛技術(shù)按功能可分為三層，即智能感知預(yù)警系統(tǒng)、車輛駕駛系統(tǒng)和全自 動(dòng)操作系統(tǒng)

10、團(tuán)。上一層技術(shù)是下一層技術(shù)的基礎(chǔ)。三個(gè)層次具體如下 (1)智能感知系統(tǒng)，利用各種傳感器來(lái)獲得車輛自身、車輛行駛的周圍環(huán)境及駕 駛員本身的狀態(tài)信息，必要時(shí)發(fā)出預(yù)警信息。主要包括碰撞預(yù)警系統(tǒng)和駕駛員狀 態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。碰撞預(yù)警系統(tǒng)可以給出前方碰撞警告、盲點(diǎn)警告、車道偏離警告、 換道、并道警告、十字路口警告、行人檢測(cè)與警告、后方碰撞警告等.駕駛員狀 態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)包括駕駛員打噸警告系統(tǒng)、駕駛員位置占有狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。 (2)輔助駕駛系統(tǒng)，利用智能感知系統(tǒng)的信息進(jìn)行決策規(guī)劃，給駕駛員提出駕駛 建議或部分地代替駕駛員進(jìn)行車輛控制操作。主要包括巡航控制、車輛跟蹤系統(tǒng)、

11、 準(zhǔn)確泊車系統(tǒng)及精確機(jī)動(dòng)系統(tǒng)。 (3)車輛自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，這是智能車輛技術(shù)的最高層次，它由車載計(jì)算機(jī)全部自 動(dòng)地實(shí)現(xiàn)車輛操作功能。 目前，主要發(fā)展用于擁擠交通時(shí)低速自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、近距離車輛排隊(duì)駕駛系統(tǒng)等。 這種智能小車的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下幾個(gè)方面 : (1)軍事偵察與環(huán)境探測(cè) 現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)軍事偵察提出了更高的要求，世界各國(guó)普遍重視對(duì)軍事偵察的建設(shè)， 采取各種有效措施預(yù)防敵方的突然襲擊，并廣泛應(yīng)用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，不斷研制多 用途的偵察器材和探測(cè)設(shè)備，在車上裝備攝像機(jī)、安全激光測(cè)距儀、夜視裝置和 衛(wèi)星全球定位儀等設(shè)備，通過(guò)光纜操縱，完成偵察

12、和監(jiān)視敵情、情報(bào)收集、目標(biāo) 搜索和自主巡邏等任務(wù)，進(jìn)一步擴(kuò)大偵察的范圍，提高偵察的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。 (2)探測(cè)危險(xiǎn)與排除險(xiǎn)情 在戰(zhàn)場(chǎng)上或工程中，常常會(huì)遇到各種各樣的意外。這時(shí)，智能化探測(cè)小車就會(huì)發(fā) 揮很好的作用。戰(zhàn)場(chǎng)上，可以使用智能車輛掃除路邊炸彈、尋找和銷毀地雷。民 用方面，可以探測(cè)化學(xué)泄漏物質(zhì)，可以進(jìn)行地鐵滅火，以及在強(qiáng)烈地震發(fā)生后到 廢墟中尋找被埋人員等。 (3)安全檢測(cè)受損評(píng)估 在工程建設(shè)領(lǐng)域，可對(duì)高速公路自動(dòng)巡跡，進(jìn)行道路質(zhì)量檢測(cè)和破壞分析檢測(cè) 對(duì)水庫(kù)堤壩、海岸護(hù)岸堤、江河大壩進(jìn)行質(zhì)量和安全性檢測(cè)。在制造領(lǐng)域，可用 于工業(yè)

13、管道中機(jī)械損傷，裂紋等缺陷的探尋，對(duì)輸油和輸氣管線的泄漏和破損點(diǎn) 的查找和定位等。 (4)智能家居 在家庭中，可以用智能小車進(jìn)行家具、遠(yuǎn)程控制家中的家用電器， 控制室溫等等。對(duì)這種小車的研究，將為未來(lái)環(huán)境探測(cè)術(shù)上的有力支持。 課題研究的目的和意義： 目前，國(guó)內(nèi)外的許多大學(xué)及研究機(jī)構(gòu)都在積極投入人力、 財(cái)力研制開(kāi)發(fā)針對(duì)特殊條件下的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其中包括研究使用遠(yuǎn)程、無(wú)人的 方法來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，如機(jī)器人、遠(yuǎn)程監(jiān)控等。無(wú)線傳輸?shù)陌l(fā)展使得測(cè)量變得相對(duì)簡(jiǎn) 單而且使得處理數(shù)據(jù)的速度變得很快甚至可以達(dá)到實(shí)時(shí)處理”。通過(guò)構(gòu)建智能小 車系統(tǒng)，培養(yǎng)設(shè)計(jì)并實(shí)

14、現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的能力。在實(shí)踐過(guò)程中， 熟悉以單片機(jī)為核心控制芯片， 設(shè)計(jì)小車的檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)和顯示等外圍電路， 采用智能控制算法實(shí)現(xiàn)小車的智能循跡。 靈活應(yīng)用機(jī)電等相關(guān)學(xué)科的理論知識(shí)， 聯(lián)系實(shí)際電路設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)方法，達(dá)到理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。 在此過(guò)程中，加深對(duì)控制理論的理解和認(rèn)識(shí)。 二、方案設(shè)計(jì)與論證 2.1:：設(shè)計(jì)內(nèi)容概述: 作為一個(gè)初學(xué)者,我只是著重于設(shè)計(jì)調(diào)試智能小車中一項(xiàng)頗具代表性的功能, 就是循跡,最終設(shè)計(jì)出來(lái)的成品經(jīng)調(diào)試成功后,可以按照自己設(shè)置好的路線(軌跡),， 并且可以自動(dòng)轉(zhuǎn)向。 2.2：系統(tǒng)簡(jiǎn)介： 本系統(tǒng)的尋線傳感器使用

15、的是紅外線接收管，并使用LM393電壓比較器將 紅外線接收管的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為單片機(jī)能識(shí)別的電平信號(hào)。嵌入式控制核心采用的 是51系列單片機(jī)AT89C2051。 采用AT89C2051位嵌入式控制核心主要是成本和性能的兼顧，AT89C2051 和AT89X51在不適用外部ROM，RAM時(shí)功能和指令時(shí)一樣的，而且AT89C2051 具有更小的體積，適合初學(xué)者使用。 2.3：系統(tǒng)組成： 1、設(shè)計(jì)主要分為以下幾個(gè)模塊: 1）路面檢測(cè)模塊； 2）電源模塊為約為5V； 3）單片機(jī)模塊； 4) 電機(jī)及驅(qū)動(dòng)模塊; 5）發(fā)光二極管模塊 1）：路面

16、檢測(cè)模塊： 用紅外探測(cè)法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性 質(zhì)的特點(diǎn)，在小車行駛過(guò)程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色 紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線 則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射 回來(lái)的紅外光為依據(jù)來(lái)確定黑線的位置和小車的行走路線。 2）電源模塊： 電源采用直流電源，為兩節(jié)五號(hào)電池供電。為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路板、傳感器模 塊板和單片機(jī)主控制板提供能源，由于AT89C2051能耗低，故6v電壓可以滿足 尋跡要求。 3）單片機(jī)模塊； 采用AT89

17、C2051單片機(jī)作為主控制器。它是一個(gè)低功耗，高性能的8 位單 片機(jī)，片內(nèi)含2K字節(jié)，128字節(jié)RAM，15根I/O口，兩個(gè)16位定時(shí) 器，一個(gè)五向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工，一個(gè)精密模擬比較器以及兩 種可選 的軟件節(jié)電工作方式?？臻e方停止CPU工作但允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、 串行工作口和繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM內(nèi)容但振蕩器停止工作并禁 止有其它部件的工作到下一個(gè)硬件復(fù)位。 AT89C2051設(shè)計(jì)有2個(gè)程序保密位，保密位1被之后，不 能再被編程除非做一次擦除，保密位2被編程之后，程序不能被讀出。 4）電機(jī)及驅(qū)動(dòng)模塊； 1、電

18、機(jī)模塊： 車體采用四輪結(jié)構(gòu)，前輪驅(qū)動(dòng)；為三級(jí)減速機(jī)構(gòu)，有一級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng)，兩 級(jí)直齒輪傳動(dòng)。電機(jī)采用直流減速電機(jī)，直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重 量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速 （減速）齒輪組，可以產(chǎn)生較大扭力。 2、驅(qū)動(dòng)模塊 驅(qū)動(dòng)模塊采用專用芯片LM393 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。 5）發(fā)光二極管模塊； 用兩個(gè)發(fā)光二極管連接到芯片上，通過(guò)程序控制，讓它只有在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)才能發(fā)光。 2、系統(tǒng)框圖： 發(fā)光二極管模塊 AT 89C 20 51 單 片 機(jī) 電 源 電 路

19、 直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊 路面尋線模塊 2.4：課程設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)及工作原理。 首先智能小車是如何實(shí)現(xiàn)循跡功能的呢？那么這就涉及到了紅外線接收管 的概念： 紅外線接收管是將紅外線光信號(hào)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件，它的核心部件是 一個(gè)特殊材料的PN結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上采取了大的改變，紅外線 接收管為了更多更大面積的接受入射光線，PN結(jié)面積盡量做的比較大，電極面 積盡量減小，而且PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。紅外線接收二極管是在 反向電壓作用之下工作的。沒(méi)有光照時(shí)，反向電流很?。ㄒ话阈∮?.1微安），

20、 稱為暗電流。當(dāng)有紅外線光照時(shí)，攜帶能量的紅外線光子進(jìn)入PN結(jié)后，把能量 傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生電子---空穴對(duì)（簡(jiǎn) 稱：光生載流子）。它們?cè)诜聪螂妷鹤饔孟聟⒓悠七\(yùn)動(dòng)，使反向電流明顯變大， 光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導(dǎo)”。紅外線接收二極管 在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負(fù)載， 負(fù)載上就獲得了電信號(hào)，而且這個(gè)電信號(hào)隨著光的變化而相應(yīng)變化。 而此次設(shè)計(jì)中我用的是黑色紅外線接收管，也就是說(shuō)當(dāng)接收管檢測(cè)不到黑色 的反射光時(shí)，通過(guò)它的電流很小，即電路不能工作，反之，

21、當(dāng)接收管接收到了黑 光的刺激，即電路開(kāi)始工作，這也就說(shuō)明循跡小車必須尋得是一條黑色的軌跡， 即跑道是黑色的。 而且，我們都知道，軌跡必然不可能是一條直線，這樣可以說(shuō)一點(diǎn)挑戰(zhàn)性都 沒(méi)有，那么，如果軌跡是彎曲的，要想讓小車沿著軌跡行走，它就必須會(huì)轉(zhuǎn)彎， 不會(huì)轉(zhuǎn)彎，它就偏離了跑道了，循跡就會(huì)失敗，可是一個(gè)沒(méi)有思想，沒(méi)有生命的 小車自己怎么能夠轉(zhuǎn)彎呢，這些將會(huì)在底下統(tǒng)統(tǒng)揭曉。 繞了這么多彎，現(xiàn)在我就來(lái)講講我的小車工作原理，或者說(shuō)當(dāng)你打開(kāi)電源 后它到底是怎么工作的。 首先，我事先會(huì)在我的AT89C2051芯片中輸入已經(jīng)調(diào)試好的程序，在小車

22、的 底部會(huì)有兩個(gè)兩個(gè)黑色紅外線接收管，分別對(duì)應(yīng)著小車的左右兩個(gè)電機(jī)，當(dāng)左邊 接收管探測(cè)到黑線時(shí)即p1-5=0，則左側(cè)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，即p1-6=1反之，則繼續(xù) 轉(zhuǎn)動(dòng)，即p1-6=0。而當(dāng)右邊接收管探測(cè)到黑線時(shí)，即p1-4=1則右側(cè)電機(jī)停止運(yùn) 動(dòng)，即p1-3=1反之則轉(zhuǎn)動(dòng)，即p1-3=1。而這也保證了小車會(huì)自己轉(zhuǎn)向，比如， 當(dāng)軌跡向右彎曲時(shí)，當(dāng)小車運(yùn)動(dòng)至轉(zhuǎn)彎處，即必然會(huì)導(dǎo)致左邊接收管位探測(cè)到黑 線，而右邊電機(jī)探測(cè)到黑線，所以便會(huì)導(dǎo)致左邊電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，而右邊電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)， 小車便會(huì)向右轉(zhuǎn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)了小車的轉(zhuǎn)向功能。 而有時(shí)，左邊與右邊接收管會(huì)同時(shí)探測(cè)到黑線，

23、即小車眼直線行走時(shí)（p1-5=1； p1-4=1），那么我們可以讓右邊電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)（p1-3=0），左側(cè)電機(jī)不運(yùn)行，即停 止轉(zhuǎn)動(dòng)（p1-6=1），那么此刻小車就會(huì)有一個(gè)向左轉(zhuǎn)向的趨勢(shì)，然而當(dāng)小車轉(zhuǎn)動(dòng) 一個(gè)角度后，立馬便會(huì)出現(xiàn)一種情況，即左側(cè)接收管不會(huì)再探測(cè)到黑線，而右側(cè) 還會(huì)，這便出現(xiàn)了上面的情況，小車便會(huì)左邊電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，而右邊電機(jī)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)， 所以小車就會(huì)有右轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，而緊接著，右邊接收管便會(huì)檢測(cè)不到黑線，而左 邊會(huì)檢測(cè)到黑線，即左邊電機(jī)不轉(zhuǎn)，右邊電機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)，如此往復(fù)，小車便會(huì)搖搖晃 晃地走過(guò)這條直線啦。 而在我設(shè)計(jì)的電路中，為了方便清楚地觀察到電機(jī)

24、的轉(zhuǎn)動(dòng)與不轉(zhuǎn)動(dòng)，特地增 加了一個(gè)發(fā)光二極管電路，即小車左右兩側(cè)各有一個(gè)發(fā)光二極管對(duì)應(yīng)著小車的左 右電機(jī)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，二極管會(huì)發(fā)光，當(dāng)電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，即發(fā)光二極管熄滅。 三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 3.1. 電路中51單片機(jī)芯片介紹。 AT89C2051 AT89C2051是美國(guó)公司生產(chǎn)的低電壓、高性能 8位，片內(nèi)含2k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀（PEROM）和128bytes的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（），器件采用ATMEL公司的度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51，片內(nèi)置通用8位和，AT89C2051單片機(jī)在電子類產(chǎn)品中有廣泛的應(yīng)用。 1內(nèi)部結(jié)構(gòu)

25、 AT89C2051是一個(gè)帶有2K字節(jié)閃速可編程可擦除（EEPROM）的低電壓，高性能8位CMOS。它采用ATMEL的非易失存儲(chǔ)技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過(guò)在單塊芯片上組合通用的CPLI和，ATMEL的AT89C2051是一強(qiáng)勁的微型處理器，它對(duì)許多嵌入式控制應(yīng)用提供一定高度靈活和成本低的解決辦法。 AT89C2051提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：2K字節(jié)，128字節(jié)RAM，15根I/O口，兩個(gè)16位定時(shí)器，一個(gè)五向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工，一個(gè)精密模擬比較器以及兩種可選 的軟件節(jié)電工作方式。空閑方停止CPU工作但允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行工作口和繼續(xù)工作。掉電方式

26、保存RAM內(nèi)容但振蕩器停止工作并禁止有其它部件的工作到下一個(gè)硬件復(fù)位。 2程序保密 AT89C2051設(shè)計(jì)有2個(gè)程序保密位，保密位1被之后，不能再被編程除非做一次擦除，保密位2被編程之后，程序不能被讀出。 3軟硬件的開(kāi)發(fā) AT89C2051可以采用下面兩種方法開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)。 1、由于89C2051內(nèi)部程序?yàn)镕lash，所以修改它內(nèi)部的程序十分方便快捷，只要配備一個(gè)可以89C2051的即可。調(diào)試人員可以采用-編譯-固化-插到電路板中試驗(yàn)這樣反復(fù)循環(huán)的方法，對(duì)于熟練的MCS-51程序員來(lái)說(shuō)，這種調(diào)試方法并不十分困難。但是做這種調(diào)試不能夠了解片內(nèi)RAM的內(nèi)容和程序的走向等有關(guān)信息。 2、

27、將普通8031/的仿真插頭中P1.0～P1.7和P3.0～P3.6引出來(lái)仿真2051,這種方法可以運(yùn)用單步、的調(diào)試方法，但是仿真不夠真實(shí)，比如，2051的內(nèi)部模擬比較器功能，P1口、P3口的增強(qiáng)下拉能力等等。 4引腳說(shuō)明 AT89C2051芯片引腳圖 AT89C2051芯片實(shí)物圖如右圖所示。 1、VCC：電源電壓。 2、GND：地。 3、P1口：P1口是一個(gè)8位雙向I/O口。口引腳P1.2~P1.7提供內(nèi)部，P1.0和P1.1要求外部上拉電阻。P1.0和P1.1還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入(ANI0)和反相輸入(AIN1)。P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并能直

28、接驅(qū)動(dòng)LED顯示。當(dāng)P1口引腳寫入“1”時(shí)，其可用作輸入端，當(dāng)引腳P1.2~P1.7用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們將因內(nèi)部的寫入“1”時(shí)，其可用作輸入端。當(dāng)引腳P1.2~P1.7用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們將因內(nèi)部的而流出電流。 4、P3口：P3口的P3.0~P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部 的七個(gè)雙向I/O口引腳。P3.6用于固定輸入片內(nèi)的輸出信號(hào)并且它作為一通用I/O引腳而不可訪問(wèn)。P3口緩沖器可吸收20mA電流。當(dāng)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部拉高并可用作輸入端。用作輸入時(shí)，被外部拉低的P3口腳將用而流出電流。 P3口還用于實(shí)現(xiàn)AT89C2051的各種第二功能，如下表所列： 引腳口 功

29、 能 P3.0 RXD串行輸入端口 P3.1 TXD串行輸出端口 P3.2 INT0　外中斷0 P3.3 INT1　外中斷1 P3.4 T0定時(shí)器0外部輸入 P3.5 T1定時(shí)器1外部輸入 P3口還接收一些用于編程和程序校驗(yàn)的。 5、RST：復(fù)位輸入。RST一旦變成高電平所有的I/O就復(fù)位到“1”。當(dāng)振蕩器正在運(yùn)行時(shí)，持續(xù)給出RST兩個(gè)的高電平便可完成復(fù)位。每一個(gè)需12個(gè)振蕩器或。 6、XTAL1：作為振蕩器反相器的輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。 7、XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。 5主要性能 1、和MCS-51產(chǎn)品兼容； 2、2KB可重編程FLA

30、SH（10000次）； 3、2.7-6V電壓范圍； 4、全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz； 5、2級(jí)保密鎖定； 6、128*8位內(nèi)部RAM； 7、15條可編程I/O線； 8、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； 9、6個(gè)； 10、可編程串行通道； 11、高精度電壓比較器（P1.0，P1.1，P3.6）； 12、直接驅(qū)動(dòng)LED的輸出端口。 2、LM393 1主要特點(diǎn) LM393 是雙電壓比較器集成電路。 該電路的特點(diǎn)如下： 比較器數(shù):2 工作溫度范圍:0°C -- +70°C SVHC(高度關(guān)注物質(zhì)):No SVHC (18-Jun-2010) 器件標(biāo)號(hào):393

31、通道數(shù):2 邏輯功能號(hào):393 工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源： 2～ 36V， 雙電源：±1～±18V； 消耗電流小， ICC=0.8mA； 輸入失調(diào)電壓小， VIO=±2mV； 共模輸入電壓范圍寬， VIC=0～VCC-1.5V； 輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容； 輸出可以用開(kāi)路集電極連接“或”門； 表面安裝器件:表面安裝 2結(jié)構(gòu)圖 LM393內(nèi)部采用雙列直插8腳塑料封裝（DIP8）和微形的雙列8 腳塑料封裝（SOP8） 3封裝體積 LM393封裝形狀 型號(hào)封裝 型號(hào)識(shí)別 封裝命名 又名（通俗） LM

32、393D SOIC8 SOP8/貼片8腳 LM393DG SOIC8 SOP8 LM393DR2 SOIC8 SOP8 LM393DR2G SOIC8 SOP8 LM393N PDIP8 DIP8/直插8腳 LM393NG PDIP8 DIP8/ LM393DMR2 Micro8 SMD8/SSOP8 LM393DMR2G Micro8 SMD8/SSOP8 型號(hào)的尾綴區(qū)分不同的。不同的封裝有不同的體積、請(qǐng)參考上項(xiàng)封裝數(shù)據(jù)圖。 4應(yīng)用說(shuō)明 LM393是高增益,寬頻帶器件，像大多數(shù)比較器一樣，如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生，則很容易產(chǎn)生。這

33、種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當(dāng)改變狀態(tài)時(shí)，輸出電壓過(guò)渡的間隙，電源加旁路濾波并不能解決這個(gè)問(wèn)題，標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)對(duì)減小輸入—輸出寄生電容耦合是有助的。減小輸入電阻至小于10K將減小反饋信號(hào)，而且增加甚至很小的正反饋量(滯回1.0~10mV)能導(dǎo)致快速轉(zhuǎn)換,使得不可能產(chǎn)生由于寄生引起的振蕩，除非利用滯后，否則直接插入IC(集成電路板integrated circuit，縮寫：IC) 并在引腳上加上電阻將引起輸入—輸出在很短的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)振蕩，如果輸入信號(hào)是波形，并且上升和下降時(shí)間相當(dāng)快，則滯回將不需要。 比較器的所有沒(méi)有用的引腳必須接地。 LM393偏置網(wǎng)絡(luò)確立了其靜態(tài)電流與電源電壓范圍 2.0~30V無(wú)關(guān)。

34、 通常電源不需要加旁路電容。 差分輸入電壓可以大于Vcc并不損壞器件，保護(hù)部分必須能阻止輸入電壓向負(fù)端超過(guò)-0.3V。 LM393的輸出部分是集電極開(kāi)路，發(fā)射極接地的NPN輸出，可以用多集電極輸出提供或OR ing功能。輸出負(fù)載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上，不受 Vcc端電壓值的限制。此輸出能作為一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)地SPS開(kāi)路(當(dāng)不用負(fù)載電阻沒(méi)被運(yùn)用)，輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動(dòng)和器件的β值所限制。當(dāng)達(dá)到極限電流(16mA)時(shí)，輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升.輸出飽和電壓被輸出晶體管大約60ohm 的γSAT限制。 當(dāng)負(fù)載電流很小時(shí),輸出晶體管的低失調(diào)電壓(約

35、1.0mV)允許輸出箝位在零電平。 5主要功能 輸出負(fù)載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上，不受 Vcc端電壓值的限制.此輸出能作為一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)地SPS開(kāi)路(當(dāng)不用負(fù)載電阻沒(méi)被運(yùn)用)，輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動(dòng)和器件的β值所限制.當(dāng)達(dá)到極限電流(16mA)時(shí)，輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。輸出飽和電壓被輸出晶體管大約60ohm 的γSAT限制。當(dāng)負(fù)載電流很小時(shí),輸出晶體管的低失調(diào)電壓(約1.0mV)允許 輸出箝位在零電平。 3.2. 最小系統(tǒng)部分電路 3.3控制模塊電路電路 3.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)及二極管模塊電路 3.5尋線檢測(cè)模塊部分電路

36、 3.6軟件設(shè)計(jì) 啟動(dòng)循跡模式 探測(cè)黑線 Y N 是否檢測(cè)到黑線 向左轉(zhuǎn) 向右轉(zhuǎn) 繼續(xù)前進(jìn) 四、總原理圖及元器件清單 1．總原理圖 2．元件清單 元件序號(hào) 名稱 型號(hào)/規(guī)格 數(shù)量 標(biāo)號(hào) 名稱 型號(hào)/規(guī)格 數(shù)量 C1 瓷介電容 104 1 J1 排針 3位 1 C2 104 1 J2 2位 1 C3 104

37、 1 J3 4位 1 C6 30 1 J4 3位 1 C7 30 1 J5 3位 1 C4 電解電容 10uf 1 Q1 晶體三極管 8550 1 C5 100uf 1 Q2 1 D1 發(fā)光二極管 綠色 1 R1 色環(huán)電阻 10K 1 D2 1 R10 1K 1 D3 紅外線發(fā)射管 透明 1 R11 1K 1 D4 1 R12 1K 1 D5 紅外線接收管 深色 1 R13 1K 1 D6 1 R2 10K 1 R3 色環(huán)電阻 10K 1

38、 S1 小開(kāi)關(guān) 單刀雙擲 1 R4 5.1K 1 U1 單片機(jī) AT89C2051 1 R5 5.1K 1 U2 電壓比較器 LM393 1 R8 510 1 Y1 石英晶體振蕩器 6MHZ 1 R9 510 1 / 集成電路座 8腳 1 R6 電位器 10K 1 / 20腳 1 R7 10K 1 7 萬(wàn)向輪螺母 M5 1 1 減速電機(jī) / 2 8 萬(wàn)向輪 M5 1 2 車輪 2 9 電路板 D2-2 1 3 硅膠輪胎 2 10 膠底電池盒 AA*

39、2 1 4 車輪螺絲 2 11 連接導(dǎo)線 紅色 1 5 輪毅螺絲 M2.2*7 2 12 黑色 1 6 萬(wàn)向輪螺絲 M5*30 1 五、安裝與調(diào)試 5.1電子元器件裝配 按電路圖和電路圖上的標(biāo)識(shí)依次將色環(huán)電阻，晶振，瓷介電容，發(fā)光二極管， 集成電路座，排針，電位器，開(kāi)關(guān)，三極管，電解電容焊裝在電路板上，注意電 解電容和IC座不要焊反（錯(cuò)）了。否則在通電后會(huì)使芯片發(fā)熱可電解電容漏電 大等不利于電路正常工作的情況，另外為了準(zhǔn)確定位紅外線收發(fā)管，請(qǐng)不要先焊 接紅外線收發(fā)管，應(yīng)在總裝時(shí)再焊接。 ? 所有電子

40、元器件焊接完成后要仔細(xì)的查看電路板，以避免有虛焊，漏焊，短 路等情況，如果查看中有疑似短路的情況使可使用萬(wàn)用表并對(duì)照電路圖進(jìn)行排查。 在通電以前必須將上述情況予以排除，否則在通電后有可能造成電子元器件的損 壞或者是電路板上的線路被燒斷等，在一些極端的情況下有可能會(huì)產(chǎn)生某些元器 件或是電池等發(fā)生爆炸的情況，從而危及到自身的安全。 ? 還有，用導(dǎo)線在焊接元器件的過(guò)程中應(yīng)注意極性以及導(dǎo)線的長(zhǎng)度。 5.2機(jī)械裝配 ?? 1.將車輪的大孔裝入減速電機(jī)的輸出軸上，注意輪子一定要安裝到位， 否則會(huì)加重電機(jī)輸出軸的磨損，安裝到位后用M2.2×7的自攻螺絲將輪片徹底的

41、 和電機(jī)輸出軸固定！ ?? 2.將兩種顏色的導(dǎo)線分成4段后上錫，分別焊在2臺(tái)減速電機(jī)上待用。 ???? 5.3總裝 1.按電路板的標(biāo)識(shí)將電機(jī)組件安裝在電路板上，注意輪子的方向。 ? 2.將電機(jī)的引線焊接在電路板上相應(yīng)的焊盤上。 ? 3.將電路板正面向上，將萬(wàn)向輪螺絲從其中上部的5mm的圓孔穿過(guò)，并在 反面用M5的螺絲將其固定在電路板上，最后把萬(wàn)向輪擰入萬(wàn)向輪螺絲的頭部并 且要擰緊，以防車輛在運(yùn)行過(guò)程中，萬(wàn)向輪突然脫落。 4.將電路板底面向上，按電路板標(biāo)識(shí)將紅外線的收發(fā)管焊接在電路板的底 面，注意標(biāo)有LED的為紅外線發(fā)射管安裝位置，

42、標(biāo)有PHOTO的為紅外線接收管的 安裝位置，極性按電路板上標(biāo)識(shí)安裝，紅外線接收管的第二個(gè)引腳較長(zhǎng)的是紅外 線收發(fā)管的陽(yáng)極（正極），短的是紅外線收發(fā)管的陰極（負(fù)極）。紅外線收發(fā)管 的安裝高度應(yīng)當(dāng)?shù)陀谌f(wàn)向輪最高點(diǎn)5毫米左右。因?yàn)槲沂浅鯇W(xué)者，可能不太容易 掌握好這個(gè)位置，所以我直接是將收發(fā)管的高度定在和萬(wàn)向輪差不多的高度就可 以焊接了。 六、性能測(cè)試與分析 6.1測(cè)試方式及注意事項(xiàng) 1.先將電源開(kāi)關(guān)撥到OFF位置上，電路板上的2個(gè)集成電路先不要裝，在 確認(rèn)沒(méi)有短路，斷路，虛焊的情況下將2節(jié)AA（5號(hào)電池）裝入電池盒中，注意 極性，

43、有彈簧的那端應(yīng)當(dāng)標(biāo)有-符號(hào)或較為平整的一端裝入。注意，小車在正常 情況下且沒(méi)有使用其他功能模塊時(shí)。小車的整車電流大概在400?mA左右。 ? 2.將萬(wàn)用表的檔位撥到200mA的電流擋上，小車沒(méi)有開(kāi)始運(yùn)行（電機(jī)不轉(zhuǎn)） 時(shí)的電流不會(huì)超過(guò)20mA。用表筆短接開(kāi)關(guān)的2個(gè)引腳使電路得電。觀察萬(wàn)用表 上的讀數(shù)應(yīng)當(dāng)有12MA左右即可認(rèn)為是電路工作基本正常，接下來(lái)再將LM393?芯 片按正確的方向插入IC座。重復(fù)上述的測(cè)量過(guò)程，這里的電流增加應(yīng)當(dāng)在1mA 左右最多增加2mA，如果超出2mA的話，必須立即移開(kāi)表筆，并對(duì)電路進(jìn)行排查。 如果符合要求，就可以將AT89C2

44、051芯片正確裝入電路了。 ?? 至此經(jīng)過(guò)以上各步驟的安裝后，小車已可以正常運(yùn)行了，在運(yùn)行前請(qǐng)把單 片機(jī)芯片AT89C2051找正確的位置和方向插入20腳IC口?？梢圆捎煤谏^緣膠 布等不反光的帶狀物做繞道，承載面必須是平整的光面。 6.2輸入的源程序 #include void main(){ //主程序 while(1){ //超級(jí)循環(huán) if(P1_5==1) P1_6=1; //判斷左側(cè)傳感器狀態(tài)，如果探測(cè)到黑線左側(cè)電機(jī)停止運(yùn)行 else

45、P1_6=0; //否則電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行 if(P1_6==0) P1_7=0; //判斷左側(cè)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，如果探測(cè)到左側(cè)電機(jī)運(yùn)行左側(cè)指示燈亮 else P1_7=1; //否則左側(cè)指示燈滅 if(P1_4==1) P1_3=1; //判斷右側(cè)傳感器狀態(tài)，如果探測(cè)到黑線右側(cè)電機(jī)停止運(yùn)行 else P1_3=0; //否則電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行 if(P1_3==0) P1_2=0; //判斷右側(cè)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，如果探測(cè)到右側(cè)電機(jī)運(yùn)行右側(cè)指示燈亮 else P1_2=1; //否則右側(cè)指示燈滅 while(P

46、1_5==1 && P1_4==1){ //判斷二側(cè)傳感器狀態(tài)，如果探測(cè)到同時(shí)為黑線時(shí)將循環(huán)執(zhí)行下面的程序 P1_3=0; //右側(cè)電機(jī)運(yùn)行 P1_2=0; //右側(cè)指示燈亮 P1_6=1; //左側(cè)電機(jī)停止運(yùn)行 P1_7=1; //左側(cè)指示燈滅 } } } 七、結(jié)論 開(kāi)機(jī)啟動(dòng)后，通過(guò)5V的直流電源給各部分模塊供電，小車開(kāi)始沿著黑線軌 跡行走。當(dāng)左邊接收管檢測(cè)到黑線，右邊的接收管沒(méi)有檢測(cè)到黑線時(shí)，把信號(hào)傳 給單片機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使小車沿著黑線左轉(zhuǎn)；當(dāng)右邊的接收

47、 管檢測(cè)到黑線，左邊的接收管沒(méi)有檢測(cè)到黑線時(shí)，同理，通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)的工作， 小車沿著黑線向右轉(zhuǎn)；當(dāng)左右接收管都檢測(cè)到黑線時(shí)，小車處在黑線的上方，小 車有向左轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì),卻依舊趨于直線行駛,當(dāng)左右接收管都未檢測(cè)到黑線時(shí)，小 車直線行駛。 八、 心得體會(huì) 雖然這個(gè)課設(shè)在很多人的眼里，可以說(shuō)是一個(gè)特別簡(jiǎn)單的課設(shè)，但是對(duì)于 我這個(gè)初學(xué)者來(lái)說(shuō)，卻仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，在制作課設(shè)期間里，我也遇到了很多困 難與挫折，畢竟，制作出一個(gè)實(shí)物并不難，但是要想將它調(diào)試成功并且理解它的 原理卻是困難的，所以，我也曾一度灰心喪氣，但是最終我都一步步挺了過(guò)來(lái)， 克服了一個(gè)又一個(gè)的

48、困難，最終完成了制作。 而且，在這過(guò)程中，我也是獲益匪淺。其中最明顯的便是在知識(shí)上，我 可以毫不夸張的說(shuō)，剛開(kāi)始，我連單片機(jī)有多少個(gè)引腳都不知道，但現(xiàn)在，我起 碼知道了如何使用這些常見(jiàn)的單片機(jī)芯片。同時(shí)，在制作過(guò)程中，由于缺乏經(jīng)驗(yàn) 和忽略細(xì)節(jié)問(wèn)題，在調(diào)試的時(shí)候經(jīng)常碰到很多奇怪的問(wèn)題，但是我通過(guò)耐心的調(diào) 試，或者上網(wǎng)查閱資料，一步步解決問(wèn)題，直到弄懂為止；當(dāng)然由于知識(shí)能力與 水平有限，我也有做的不好與不完善的地方，甚至都沒(méi)有得到太多的鍛煉，懇請(qǐng) 老師批評(píng)指正，希望下次我能夠做的更好。 九、參考文獻(xiàn) [1] 胡輝.單片機(jī)原理及應(yīng)用.中國(guó)水利水電出版社.

49、 2007.9月第一版 [2] 譚浩強(qiáng)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（第二版）。清華大學(xué)出版社 [3] 康光華、電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第四版）、高等教育出版社 電子工程系 智能循跡小車 課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表 專業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 班級(jí)： B12242 學(xué)號(hào)： 01 姓名： 李云鑫 課題名稱 基于51單片機(jī)智能循跡小車設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1.小車具有自動(dòng)循跡功能。 2.電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，二極管發(fā)光否則不發(fā)光。 3.當(dāng)小車脫離跑道后直線行駛。 4.在跑道上運(yùn)行時(shí)，始終保持只有一個(gè)電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)，且小車沿直線行駛。 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 建議成績(jī)： 指導(dǎo)教師： 課程小組評(píng)定 評(píng)定成績(jī)： 課程負(fù)責(zé)人： 年 月 日 專心---專注---專業(yè)