基于單片機(jī)的智能小車 畢業(yè)論文

1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的智能小車控制專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 姓 名： 咸蛋小超人 2013年 6 月基于單片機(jī)的智能小車控制 摘要：智能化作為現(xiàn)代電子產(chǎn)品的新趨勢，是今后的電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。智能化設(shè)計(jì)的電子產(chǎn)品可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)環(huán)境里自動(dòng)運(yùn)作，不需要人為的管理，可應(yīng)用于科學(xué)勘探、環(huán)境監(jiān)測、智能家居等方面?；趩纹瑱C(jī)的智能小車控制就是其中的一個(gè)體現(xiàn)。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于51單片機(jī)的自動(dòng)避障智能模型車系統(tǒng)，通過紅外傳感器采集路況信息，通過對(duì)檢測信息的分析，自動(dòng)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)轉(zhuǎn)向，改變行駛路徑，繞過障礙物，從而實(shí)現(xiàn)車穩(wěn)定避障。本課題設(shè)計(jì)的智能小車，具有自動(dòng)避障功能，超聲波測距報(bào)

2、警，無線電遙控等功能。 關(guān)鍵詞：智能車；51單片機(jī)；避障；紅外線Smart car based on SCM control Abstract：As a new trend of modern electronic products, intelligent is the developmental direction of electronic industry after then. Electronic products, which are intelligently designed, can automatically operate following the mode that

3、 is pre-set. Without the management of human beings, it can be used for scientific exploring, environmental monitoring, intelligent home furnishing, etc. One of the embodiments is the intelligent control car which is based on single chip microcomputer. In the design, an intelligent model car system

4、based on MCU 51 has been realized. It can collect traffic information with infrared sensors. Meanwhile, by the analysis of information examined, it can transfer from automatic control to motor steering in order to change the route and dodge the obstacles so that the steady avoidance of the barrier c

5、an come true.In this paper, a car with the ability of intelligent judgment has been designed and made. It functions as the device which can dodge obstacles automatically, alarm with ultrasonic distance examination, and remote control by radio. Key words: Smart Cart;Single-chip 51;Obstacle Avoidance;

6、Infrared目 錄序 言3第1章 總體設(shè)計(jì)方案4 1.1課題任務(wù)分析4 1.2 方案論證41.2.1小車遙控部分51.2.2小車驅(qū)動(dòng)部分6第2章 系統(tǒng)硬件構(gòu)成72.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理72.2主要元器件簡介72.2.1 STC89C52RC簡介72.2.2 NRF24L01無線收發(fā)芯片簡介82.2.3 L298N芯片直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊92.2.4 紅外避障模塊92.2.5 HC-SR04超聲波測距模塊112.2.6 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路132.2.7 液晶顯示電路132.2.8遙控部分獨(dú)立按鍵電路14第3章 軟件的設(shè)計(jì)與說明153.1軟件設(shè)計(jì)153.2軟件的說明163.2.1 遙控部分主程序流程163.

7、2.2 24L01子程序流程圖173.2.3 小車部分主程序流程圖18第4章 調(diào)試與總結(jié)204.1硬件部分204.1.1硬件的焊接204.1.2 24L01無線電模塊204.1.3 外接電源模塊204.2 軟件部分214.2.1 超聲波模塊214.3 小車聯(lián)調(diào)214.4 調(diào)試的總結(jié)23參考文獻(xiàn)24致 謝26附錄27附件1 L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊27附件2 小車側(cè)視圖28附件3 小車俯視圖29附件4 小車的遙控部分30附件5 小車最終硬件圖31附件6 程序清單321.遙控部分程序322.小車部分程序41附件7 元器件清單50 附件8 英文資料及中文翻譯51序 言隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，智能化和自

8、動(dòng)化技術(shù)越來越普及，各種高科技也廣泛應(yīng)用于智能小車和機(jī)器人玩具制造領(lǐng)域，使智能機(jī)器人越來越多樣化。智能小車是一個(gè)多種高新技術(shù)的集成體，它融合了機(jī)械、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)硬件、軟件、人工智能等許多學(xué)科的知識(shí)，涉及到當(dāng)今許多前沿領(lǐng)域的技術(shù)1。而智能電動(dòng)車正是智能機(jī)器人的一種，具有不可估量的實(shí)際意義。智能車輛是一個(gè)運(yùn)用計(jì)算機(jī)、傳感、信息、通信、導(dǎo)航、人工智能及自動(dòng)控制等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知、規(guī)劃決策和自動(dòng)行駛為一體的高新技術(shù)綜合體。它在軍事、民用和科學(xué)研究等方面已獲得了應(yīng)用，對(duì)解決道路交通安全提供了一種新的途徑。隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每

9、次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究，許多國家已經(jīng)把電子設(shè)計(jì)比賽作為創(chuàng)新教育的戰(zhàn)略性手段。電子設(shè)計(jì)涉及到多個(gè)學(xué)科，機(jī)械電子、傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、人工智能控制、計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)等等，是眾多領(lǐng)域的高科技2。電子設(shè)計(jì)技術(shù)，它是一個(gè)國家高科技實(shí)例的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，可見其研究意義很大。第1章 總體設(shè)計(jì)方案 1.1課題任務(wù)分析 當(dāng)前的電動(dòng)小汽車基本上采取的是基于純硬件電路的一種開環(huán)控制方法, 或者是直線行使, 或者是在遙控下作出前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、停車等基本功能。但是這不能滿足某些特殊場合下的要求?；诖?，本文設(shè)計(jì)了智能小車控制系統(tǒng)。智能小車是一個(gè)運(yùn)用傳感器、單片機(jī)、信號(hào)處理、電

10、機(jī)驅(qū)動(dòng)及自動(dòng)控制等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)環(huán)境感和自動(dòng)行駛為一體的高新技術(shù)綜合體，它在軍事、民用和科學(xué)研究等方面已獲得了應(yīng)用。 通過各種選題之后，我們發(fā)現(xiàn)制作智能小車非常有意思，它喚起我們對(duì)玩具的革新思想，智能小車制作的興趣。自己遇到過的汽車的功能是怎樣的，想通過自己的手創(chuàng)作出屬于自己的智能汽車。也夾雜一種童年時(shí)對(duì)玩具智能化的假想。所以我選定制作單片機(jī)智能小車。 通過這次設(shè)計(jì)，掌握51單片機(jī)的原理，了解簡單傳感器組成原理，初步掌握傳感器的調(diào)整及測試方法，提高動(dòng)手能力和排除故障的能力。同時(shí)通過本課題設(shè)計(jì)與裝配、調(diào)試，提高自己的動(dòng)手能力，鞏固已學(xué)的理論知識(shí)，建立單片機(jī)理論和實(shí)踐的結(jié)合，了解傳感器各單元電路之間的

11、關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算定時(shí)計(jì)數(shù)的各個(gè)單元電路。初步掌握傳感器的調(diào)整及測試方法。提高動(dòng)手能力和排除故障的能力。本設(shè)計(jì)采用直流減速電機(jī)，電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片L298N進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，主控芯片為STC89C52，測距部分采用超聲波模塊，控制器采用24L01無線電通信模塊，自動(dòng)避障部分采用紅外收發(fā)模塊。本次設(shè)計(jì)雖然只是一個(gè)演示模型，但是具有充分的科學(xué)性和實(shí)用性。首先我們根據(jù)交通路面的復(fù)雜情況，按照適當(dāng)?shù)谋壤谱鞒鲆粋€(gè)路況模型，包括彎道、直道以及路面上設(shè)置的障礙物等。在彎、直道上，小車沿著預(yù)定軌道自由行使，當(dāng)小車遇到障礙物時(shí)，脈沖調(diào)制的紅外線傳感器將檢測到的信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)程序發(fā)

12、出相應(yīng)的控制信號(hào)控制小車自動(dòng)避開障礙物。由無線模塊控制小車進(jìn)行倒車、前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等動(dòng)作。 1.2 方案論證 1.2.1小車遙控部分方案一：小車的無線通信模塊采用紅外遙控，紅外收發(fā)遙控是目前大部份遙控小車采用的遙控手段，紅外遙控具有代碼簡單，操作性強(qiáng)的特點(diǎn)。如圖1-1為紅外遙控模塊實(shí)物圖。圖1-1 紅外遙控模塊實(shí)物圖 方案二：小車的通信模塊采用無線電NRF24L01模塊，NRF24L01是一款工作在2.42.5GHz，世界通用ISM頻段的單片無線收發(fā)器芯片。無線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型SchockburstTM模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器、解調(diào)器。輸出功率、頻道選擇和協(xié)議

13、的設(shè)置可以通過SPI接口進(jìn)行設(shè)置。如1-2為NRF24L01無線模塊實(shí)物圖。圖1-2 NRF24L01無線模塊實(shí)物圖 方案論證：方案一中的紅外遙控模塊的信號(hào)傳送距離有限，并且發(fā)送和接收的紅外信號(hào)容易受到干擾。NRF20L01發(fā)射頻率高，所受到的干擾影響較小，無線通信的距離比紅外的要長許多。小車的遙控是小車的最主要的部分之一，所以選擇NRF24L01無線通信模塊，故選擇方案一。 1.2.2小車驅(qū)動(dòng)部分方案一：小車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分采用自己搭建的9012三極管電路來實(shí)行小車的驅(qū)動(dòng)，9012三極管電路具有電路簡單，操作方便的等特點(diǎn)。方案二：小車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分采用L298N芯片直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，該模塊具有

14、較大的驅(qū)動(dòng)帶載能力，驅(qū)動(dòng)部分端子供電范圍Vs：+5V+35V，并且另外自帶了5V、3V的輸出端口。方案論證：本設(shè)計(jì)為4輪驅(qū)動(dòng)的小車，對(duì)于小車驅(qū)動(dòng)部分要求能夠有較大的帯載能力，并且在小車的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，需要不同的輸出電壓來提供給小車的各個(gè)模塊。因此綜上所述采用方案二，小車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分使用L298N芯片直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。第2章 系統(tǒng)硬件構(gòu)成 2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 本設(shè)計(jì)主要分為兩部分：遙控部分和小車部分。遙控部分主要由電源電路，單片機(jī)最小系統(tǒng)，無線電模塊組成，遙控部分的系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。圖2-1 遙控系統(tǒng)框圖 小車部分由電源電路，單片機(jī)最小系統(tǒng)，顯示電路，無線電木塊，報(bào)警電路，超聲波電路等

15、電路模塊組成，小車部分的系統(tǒng)框圖如圖2-2所示。圖2-2 小車的系統(tǒng)框圖 2.2主要元器件簡介 2.2.1 STC89C52RC簡介 常用的單片機(jī)有很多種：Intel8051系列、Motorola和M68HC系列、Atmel的AT89系列、臺(tái)灣華邦(Winbond)W78系列、荷蘭PiliPs的PCF80C51系列、MicrochiP公司系列4位單片機(jī)、臺(tái)灣義隆的EM-78系列等1。本次設(shè)計(jì)最終選用了STC89C52單片機(jī)。本系統(tǒng)采用最常用的STC89C52單片機(jī)，它是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read

16、 Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的STC89C52是一種高效微控制器。STC89C52單片機(jī)為很多嵌入式系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。6引腳排列如圖2-3所示。圖2-3 STC89系列引腳排列 2.2.2 NRF24L01無線收發(fā)芯片簡介 NRF24L01是一款工作在2.4-2.5GHz，世界通用ISM頻段的單片無線收發(fā)器芯片。無線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型SchockburstTM模式控制

17、器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器、解調(diào)器。輸出功率、頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可通過SPI接口進(jìn)行設(shè)置。極低的電流消耗：當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為-6dBm時(shí)電流消耗為9mA，接收模式時(shí)為12.3mA。掉電模式和待機(jī)模式下電流消耗更低。NRF24L01引腳排列如圖2-4所示。圖2-4 NRF24L01引腳排列 2.2.3 L298N芯片直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊該模塊由L298N作為雙H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)部分端子供電范圍Vs：+5V+35V。如果在模塊上取電壓供電，則模塊供電范圍為Vs：+7V+35V。模塊的驅(qū)動(dòng)不封峰值電流Io為2A。其他相關(guān)參數(shù)見表2-1。模塊的實(shí)物圖見附錄附件1（注：紅色線框部

18、分為電源接口）。表2-1 L298N芯片直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊產(chǎn)品參數(shù)邏輯部分端子供電范圍Vss 5V7V（可板內(nèi)取電5V） 邏輯部分工作電流范圍 036mA 控制信號(hào)輸入電壓范圍 低電平：0.3VVin1.5V 高電平：2.3VVinVss 使能信號(hào)輸入電壓范圍 低電平：0.3Vin1.5V(控制信號(hào)無效) 高電平：2.3VVinVss(控制信號(hào)有效) 最大功耗 20W（溫度T75時(shí)） 存儲(chǔ)溫度 25130 驅(qū)動(dòng)板尺寸 82mm*57mm*33mm (帶固定銅柱，散熱片高度) 驅(qū)動(dòng)板重量 60g 其他擴(kuò)展 控制方向指示燈、 邏輯部分板內(nèi)取電接口 2.2.4 紅外避障模塊紅外避障的原理：用紅外線傳感

19、器進(jìn)行避障。紅外線發(fā)射頭與接收頭于一體的檢測開關(guān)，其工作原理是根據(jù)發(fā)射頭發(fā)出的光束，被物體反射，接收頭據(jù)此做出判斷是否有障礙物。當(dāng)有光線反射回來時(shí)，輸出低電平。當(dāng)沒有光線反射回來時(shí)，輸出高電平。單片機(jī)根據(jù)接收頭電平的高低做出相應(yīng)控制，避免小車碰到障礙物。由于接收管輸出TTL電平，有利于單片機(jī)對(duì)信號(hào)的處理。紅外接收二極管又叫紅外光電二極管，也可稱紅外光敏二極管。它廣泛用于各種家用電器的遙控接收器中，如音響、彩色電視機(jī)、空調(diào)器、VCD視盤機(jī)、DVD視盤機(jī)以及錄像機(jī)等。紅外接收二極管能很好地接收紅外發(fā)光二極管發(fā)射的波長為94Onm的紅外光信號(hào)，而對(duì)于其他波長的光線則不能接收。因而保證了接收的準(zhǔn)確性和

20、靈敏度。 小車采用紅外線傳感器進(jìn)行避障的電路原理圖如下圖2-5所示，實(shí)物圖如圖2-6所示。紅外模塊的功能指標(biāo)如表2-2所示。表2-2 紅外模塊的功能指標(biāo)使用芯片 NE555 工作電壓 3.3V - 5V 輸出模式 數(shù)字信號(hào) 測量距離 1CM - 200CM 探測距離是否可以調(diào)節(jié) 是 檢測信號(hào) 探測到障礙物為高電平，無障礙物或超出探測范圍輸出低電平 LED 紅色為Power指示燈，綠色為Status指示燈 圖2-5 紅外線傳感器進(jìn)行避障的電路原理圖圖2-6 紅外線傳感器進(jìn)行避障的實(shí)物圖 2.2.5 HC-SR04超聲波測距模塊HC-SR04 超聲波測距模塊可提供 2cm-400cm 的非接觸式距

21、離感測功能，測距精度可達(dá)高到 3mm；模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路?；竟ぷ髟恚?1)采用IO口TRIG觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號(hào);(2)模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測是否有信號(hào)返回；(3)有信號(hào)返回，通過IO口ECHO 輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S)/2。 HC-SR04超聲波測距模塊的時(shí)序圖如圖2-7所示。圖2-7 超聲波模塊時(shí)序圖以上時(shí)序圖表明你只需要提供一個(gè) 10uS 以上脈沖觸發(fā)信號(hào)，該模塊內(nèi)部將發(fā)出 8 個(gè) 40kHz 周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)

22、?；仨懶盘?hào)的脈沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發(fā)射信號(hào)到收到的回響信號(hào)時(shí)間間隔可以計(jì)算得到距離。公式：uS/58=厘米或者 uS/148=英寸；或是：距離=高電平時(shí)間*聲速（340M/S）/2；建議測量周期為 60ms 以上，以防止發(fā)射信號(hào)對(duì)回響信號(hào)的影響。 HC-SR04超聲波測距模塊的電路圖如圖2-8所示，實(shí)物圖如圖2-9所示。圖2-8 超聲波模塊的電路圖圖2-9 超聲波模塊實(shí)物圖 2.2.6 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂

23、鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。由于自激蜂鳴器是直流電壓驅(qū)動(dòng)的，不需要利用交流信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，只需對(duì)驅(qū)動(dòng)口輸出驅(qū)動(dòng)電平并通過三極管放大驅(qū)動(dòng)電流就能使蜂鳴器發(fā)出聲音(其驅(qū)動(dòng)電路如圖2-10所示)，利用定時(shí)器來做定時(shí)，通過定時(shí)翻轉(zhuǎn)電平產(chǎn)生符合蜂鳴器要求的頻率的波形，這個(gè)波形就可以用來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器了。圖2-10 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路 2.2.7 液晶顯示電路 該設(shè)計(jì)的顯示部分采用LCD1602來顯示超聲波測距模塊測得的距離。對(duì)于現(xiàn)實(shí)電路我們可以采用數(shù)碼管，也可以采用液晶顯示。液晶顯示相對(duì)于數(shù)碼管顯示電路更簡潔，顯示更明了，故我們采

24、用液晶顯示電路。液晶又分字符型和點(diǎn)陣型，我們使用的液晶是字符型液晶。LCD1602自帶字符庫，不需要查找代碼，英文字符可直接使用。液晶電路使用時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)液晶不亮可以調(diào)節(jié)連接液晶的電位器，調(diào)節(jié)液晶的亮度。液晶顯示電路如圖2-11所示。圖2-11 液晶顯示電路 2.2.8遙控部分獨(dú)立按鍵電路 遙控部分的獨(dú)立按鍵與單片機(jī)的接口設(shè)置為P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4，分別控制小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、以及功能切換。獨(dú)立按鍵采用低電平觸發(fā)，即當(dāng)按下按鍵時(shí)給單片機(jī)一個(gè)低電平信號(hào)，單片機(jī)隨后做出相應(yīng)的處理，當(dāng)按鍵松開時(shí)，單片機(jī)接收到一個(gè)高電平信號(hào)，單片機(jī)隨后繼續(xù)做出相應(yīng)處理。遙控部

25、分的獨(dú)立按鍵電路如圖2-12所示。圖2-12 遙控部分獨(dú)立按鍵電路第3章 軟件的設(shè)計(jì)與說明 3.1軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)依賴于軟、硬件的協(xié)同工作。主控芯片為STC89C52RC單片機(jī)。單片機(jī)控制軟件實(shí)現(xiàn)遙控和小車的各項(xiàng)功能。程序編譯采用Keil uVision4編程軟件，Keil uVision4程序編譯界面如圖3-1所示。程序部分采用目前單片機(jī)最通用的C語言進(jìn)行編程。程序的燒錄軟件采用STC_ISP_V479軟件燒寫編譯好的HEX文件，STC_ISP_V479軟件程序燒寫界面如圖3-2所示。圖3-1 Keil uVision4編程軟件界面圖3-2 STC_ISP_V479軟件程序燒寫界面 3

26、.2軟件的說明 3.2.1 遙控部分主程序流程遙控部分主程序流程圖如圖3-3所示。程序從主函數(shù)開始執(zhí)行，24L01無線模塊初始化，同時(shí)在主函數(shù)中定義單片機(jī)口對(duì)應(yīng)的按鍵按下時(shí)所發(fā)出的函數(shù)值。接下來判斷是否有按鍵按下，如果有按鍵按下，則發(fā)送相應(yīng)的按鍵對(duì)應(yīng)的函數(shù)值，接著判斷是否又有按鍵按下。如果未發(fā)現(xiàn)按鍵按下則在主函數(shù)中循環(huán)判斷是否有按鍵按下。圖3-3 遙控主程序流程圖 3.2.2 24L01子程序流程圖 24L01子程序流程圖如圖3-4所示，本模塊子程序采用收發(fā)一體的驅(qū)動(dòng)程序，即使該模塊既可以在需要時(shí)發(fā)送信號(hào)，又可以在需要時(shí)接收信號(hào)。24L01子程序模塊先初始化，初始化的同時(shí)在設(shè)置的寫入reg函數(shù)

27、中寫入本地地址，寫入接收端地址，并且設(shè)置頻道0自動(dòng)ACK應(yīng)答允許。設(shè)置24L01的允許接收地址只有頻道0，并且是信道工作在2.4GHz，以及設(shè)置數(shù)據(jù)長度為32字節(jié)，發(fā)射速率為1MHz。圖3-4 24L01子程序流程圖 3.2.3 小車部分主程序流程圖 小車部分主程序流程圖如圖3-5所示。程序從主函數(shù)開始執(zhí)行，24L01無線模塊初始化，液晶顯示模塊初始化，24L01無線電模塊初始化，超聲波模塊初始化。各個(gè)模塊初始化完畢后，單片機(jī)判斷是否接受到了信號(hào)，如果接收到信號(hào)，則判斷相應(yīng)的按鍵值，如果沒有接收到按鍵值則返回繼續(xù)判斷是否接受到信號(hào)。接收到信號(hào)后，小車開始執(zhí)行鍵值對(duì)應(yīng)的相應(yīng)的命令。而超聲波測距，

28、并在液晶上顯示相應(yīng)距離，危險(xiǎn)距離報(bào)警都是貫穿在整個(gè)while（1）的語句中的。圖3-5 小車部分主程序流程圖第4章 調(diào)試與總結(jié) 基于單片機(jī)的智能小車控制有許多的模塊，在做整體設(shè)計(jì)之前首先是對(duì)每個(gè)模塊的調(diào)試。只有在確保每個(gè)模塊都正常的情況下才能進(jìn)行總體的設(shè)計(jì)和總體的調(diào)試。每個(gè)模塊都需要軟硬件的調(diào)試才能確保模塊的正常。 4.1硬件部分 4.1.1硬件的焊接 單片機(jī)的電路系統(tǒng)相對(duì)于簡單一些，對(duì)于焊接只要多練習(xí)就不會(huì)出現(xiàn)問題，但是，單片機(jī)的電路系統(tǒng)中只要出于一處的錯(cuò)誤，則會(huì)對(duì)檢測造成很大的不便，而且電路的交叉線較多，對(duì)于各種鋒利的引腳都要注意處理，否則會(huì)刺破帶有包皮的導(dǎo)線，則會(huì)對(duì)電路造成短路現(xiàn)象。 在

29、本次單片機(jī)的設(shè)計(jì)調(diào)試中遇到了很多的問題?；叵脒@些問題只要認(rèn)真多思考都是可以避免的，主要問題在于單片機(jī)上的測試用燈不亮，原因出于焊接時(shí)間過長導(dǎo)致電路板上的金屬片脫落，造成斷路。解決方案：重新引線使電路重新導(dǎo)通。 4.1.2 24L01無線電模塊24L01模塊是直接購買的模塊，在調(diào)試的時(shí)候按照商家提供的時(shí)序圖，編寫程序后卻一直無法通信，既不接受信號(hào)也不發(fā)送信號(hào)。首先排除了程序上的錯(cuò)誤，然后對(duì)硬件各部分電壓進(jìn)行測量并無發(fā)現(xiàn)異常，最后詳細(xì)的閱讀了說明書，發(fā)現(xiàn)24L01是3.3V3.6V電壓供電，而自己設(shè)計(jì)的電源部分缺少了去耦電容導(dǎo)致了硬件的無法正常工作。解決方案：在3.3V電源處并入1個(gè)104瓷片電容

30、，1個(gè)100uF電解電容，減少電源的波動(dòng)對(duì)模塊帶來的影響。 4.1.3 外接電源模塊在剛剛接觸小車的時(shí)候，本設(shè)計(jì)的小車應(yīng)為是4輪驅(qū)動(dòng)的，所以比一般的小車更加吃電流，剛剛開始使用的普通的電池僅僅調(diào)試幾次就沒電了，而使用的兩節(jié)3.7V的充電電池串聯(lián)效果也不盡理想，該小車使用的減速電機(jī)對(duì)電流的要求非常大，故購買了SONY的電腦適配器，該適配器可以提供19.5V的輸出電壓，以及高達(dá)4.5A的直流電流。所以設(shè)計(jì)了采用7805，與7809并聯(lián)的方式作為SONY適配器下級(jí)穩(wěn)壓輸出，成為了小車的外部供電電源。由于小車的電流需求非常大，小車在該電源的供電下只能維持10s的行駛時(shí)間。在接下來的檢查中發(fā)現(xiàn)，由于夏天

31、天氣熱，7809散熱比較慢，而單個(gè)7809的最高輸出電流在1.5A。7809由于溫度過高進(jìn)入了掉電保護(hù)模式。解決方案：在7809旁邊并入一個(gè)7809，相當(dāng)于加大了7809的輸出電流。在此同時(shí)，在7809的片子上加上散熱片，使7809及時(shí)散熱。該方案的實(shí)施使得小車的續(xù)航能力大大提高。4.2 軟件部分 4.2.1 超聲波模塊超聲波模塊是直接購買的模塊，在調(diào)試的時(shí)候按照商家提供的時(shí)序圖，編寫程序。但是編寫后超聲波測量時(shí)值測量一次，不能一直保持測量狀態(tài)。經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)，電路焊接正常，接口正常，所以排除了硬件問題的可能性。在接下來程序的檢查中發(fā)現(xiàn)了超聲波中count()計(jì)算函數(shù)放在了while(1)函數(shù)外

32、面。 解決方案：超聲波中count()計(jì)算函數(shù)放在while(1)函數(shù)的循環(huán)內(nèi)，并且根據(jù)時(shí)序圖加上1ms的延時(shí)。該方案的實(shí)施，使得小車能夠一直保持測距的狀態(tài)，并且在LCM1602上一直持續(xù)顯示正確的數(shù)值。 4.3 小車聯(lián)調(diào) 小車的聯(lián)調(diào)是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，在此過程中，不僅僅是對(duì)平時(shí)的專業(yè)知識(shí)的考驗(yàn)，更是對(duì)自己的耐心的考驗(yàn)。小車聯(lián)調(diào)的時(shí)候遇到了很多問題：（1） 在無線電模塊調(diào)試的時(shí)候，小車執(zhí)行的動(dòng)作與發(fā)射的信號(hào)的所需要執(zhí)行的動(dòng)作不一致，要求小車往左的時(shí)候小車并沒有往左轉(zhuǎn)彎，要求小車前進(jìn)的時(shí)候小車也并沒有前進(jìn)。 解決方案：對(duì)小車的控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的IO口進(jìn)行逐一排查，找出問題為小車的IO口與程序定義的

33、有所不同。重新再程序中定義IO口后，小車就能按照無線信號(hào)發(fā)射的要求做出相應(yīng)的動(dòng)作。（2） 當(dāng)無線電模塊發(fā)射了相應(yīng)的信號(hào)后，小車執(zhí)行的動(dòng)作正確，但是有時(shí)候并沒有執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，如同“聾啞”一般不接收信號(hào)。當(dāng)按鍵多次按下后，小車才執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。解決方案：小車的“聾啞”并不是真正的“聾啞”，無線電模塊在發(fā)射信號(hào)的時(shí)候并不是每次都能發(fā)射出去，發(fā)射出去的信號(hào)小車的接收部分的無線模塊不一定能夠接收。而且，按鍵的抖動(dòng)也會(huì)對(duì)無線的發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生影響。故在程序中有按鍵按下時(shí)，發(fā)射5次信號(hào)信號(hào)，提高無線模塊的信號(hào)發(fā)射次數(shù)，并且在按鍵程序中加入10ms的去抖程序。實(shí)施該方案后小車對(duì)信號(hào)的接受靈敏度大幅度提高，能夠準(zhǔn)

34、確快速的做出相應(yīng)的信號(hào)所要求的動(dòng)作。 4.4 調(diào)試的總結(jié)通過這次設(shè)計(jì)，掌握51單片機(jī)的原理，了解簡單傳感器組成原理，初步掌握傳感器的調(diào)整及測試方法，提高動(dòng)手能力和排除故障的能力。同時(shí)通過本課題設(shè)計(jì)與裝配、調(diào)試，提高自己的動(dòng)手能力，鞏固已學(xué)的理論知識(shí)，建立單片機(jī)理論和實(shí)踐的結(jié)合，了解傳感器各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算定時(shí)計(jì)數(shù)的各個(gè)單元電路。初步掌握傳感器的調(diào)整及測試方法。提高動(dòng)手能力和排除故障的能力。調(diào)試期間要多向同學(xué)老師請(qǐng)教，有問題就該虛心請(qǐng)教。 經(jīng)過多次的反復(fù)測試與分析，可以對(duì)電路的原理及功能更加熟悉，同時(shí)提高了設(shè)計(jì)能力與對(duì)電路的分析能力，同時(shí)在軟件的編程方面得到更高

35、的提高，對(duì)編程能力得到加強(qiáng)，同時(shí)對(duì)所學(xué)的知識(shí)得到很大的提高與鞏固。參考文獻(xiàn)1 徐國華.移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢J.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2001,(03):1102-1103,1150.2 彭宏業(yè),段哲民編著.小型舞蹈機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.國外電子元器件.2005,(04):56-65.3 陳南主編.定位控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.西安科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2003.4譚浩強(qiáng)C語言程序設(shè)計(jì)M北京：清華大學(xué)出版社，19985蘇衛(wèi)東，任思聰?shù)葴乜叵鋽?shù)學(xué)模型的建立及其自適應(yīng)PID控制J中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào)，1995年,(3):4.6萬福君. MCS-51單片機(jī)原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用M. 北京：清華大學(xué)出版社，200

36、8.7 彭宏業(yè),段哲民編著.小型舞蹈機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.國外電子元器件.2005,(4).8 劉甘娜等編著.IBM-PC微機(jī)原理及接口技術(shù)J.西安：西安電子科技大學(xué)出版社,1998.9孫廣清便攜式溫度傳感標(biāo)定裝置D西北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.10 鮑麗星，陳曉爭一種高精度信號(hào)源的設(shè)計(jì)J南京航空航天大學(xué)，2008，16(4)：588-59011 黨宏社.智能車輛系統(tǒng)發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)概述J公路交通科技，2002.(4)12 林敏.簡易數(shù)字化語音存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)J.儀表技術(shù)，2008，28（9）:13-18.13 余祖俊.微機(jī)監(jiān)測與控制應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)， 北方交通大學(xué)出版社，2001.1214

37、 溫志明.運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)分析與應(yīng)用J，國防工業(yè)出版社，2008.215 WANG SH X,WU G N,JIANG W,et al.The principle and illumination applies of light emitting diodeJ.Light and Lighting， 2006，14（5）：21-23.16I.M Filanvsky,H.Baltes.CMOS Schmit Trigger DesignJ.IEEE Transactioms on Circuits and System-Fundamental Theory andApplications.1994

38、,41(1):46-49.致 謝 在作品完成之際，我們要特別感謝XXX老師的熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。在我們作品制作的過程中，老師們給了我們很多耐心的指導(dǎo)和啟發(fā)，不僅讓我學(xué)到了專業(yè)知識(shí)，還讓我學(xué)到了很多做人的道理。特別是他們廣博的學(xué)識(shí)、深厚的學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和一絲不茍的工作作風(fēng)使我們終生受益，在此表示真誠地感謝。 在作品的制作過程中，也得到了許多同學(xué)的寶貴建議，在此一并致以誠摯的謝意。感謝所有關(guān)心、支持、幫助過我們的朋友。 最后，向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)審并提出寶貴意見的各位領(lǐng)導(dǎo)老師表示衷心地感謝！由于自身水平有限，設(shè)計(jì)中一定存在很多不足之處，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。附錄附件1 L298

39、N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊附件2 小車側(cè)視圖附件3 小車俯視圖附件4 小車的遙控部分附件5 小車最終硬件圖附件6 程序清單1.遙控部分程序#include <reg52.h>#include <intrins.h>typedef unsigned char uchar;typedef unsigned char uint;/*NRF24L01端口定義*sbit MISO=P10;sbit MOSI=P11;sbitSCK =P12;sbitCE =P13;sbitCSN=P14;sbitIRQ=P15;/*按鍵*sbitKEY1=P20;sbitKEY2=P21;sbitKEY3=

40、P22;sbitKEY4=P23;sbitKEY5=P24;/*NRF24L01*#define TX_ADR_WIDTH 5 / 5 uints TX address width#define RX_ADR_WIDTH 5 / 5 uints RX address width#define TX_PLOAD_WIDTH 20 / 20 uints TX payload#define RX_PLOAD_WIDTH 20 / 20 uints TX payloaduint const TX_ADDRESSTX_ADR_WIDTH= 0x34,0x43,0x10,0x10,0x01;/本地地址ui

41、nt const RX_ADDRESSRX_ADR_WIDTH= 0x34,0x43,0x10,0x10,0x01;/接收地址uchar TxBuf20; / /*NRF24L01寄存器指令*#define READ_REG 0x00 / 讀寄存器指令#define WRITE_REG 0x20 / 寫寄存器指令#define RD_RX_PLOAD 0x61 / 讀取接收數(shù)據(jù)指令#define WR_TX_PLOAD 0xA0 / 寫待發(fā)數(shù)據(jù)指令#define FLUSH_TX 0xE1 / 沖洗發(fā)送 FIFO指令#define FLUSH_RX 0xE2 / 沖洗接收 FIFO指令#def

42、ine REUSE_TX_PL 0xE3 / 定義重復(fù)裝載數(shù)據(jù)指令#define NOP 0xFF / 保留/*SPI(nRF24L01)寄存器地址*#define CONFIG 0x00 / 配置收發(fā)狀態(tài)，CRC校驗(yàn)?zāi)Ｊ揭约笆瞻l(fā)狀態(tài)響應(yīng)方式#define EN_AA 0x01 / 自動(dòng)應(yīng)答功能設(shè)置#define EN_RXADDR 0x02 / 可用信道設(shè)置#define SETUP_AW 0x03 / 收發(fā)地址寬度設(shè)置#define SETUP_RETR 0x04 / 自動(dòng)重發(fā)功能設(shè)置#define RF_CH 0x05 / 工作頻率設(shè)置#define RF_SETUP 0x06 / 發(fā)射

43、速率、功耗功能設(shè)置#define STATUS 0x07 / 狀態(tài)寄存器#define OBSERVE_TX 0x08 / 發(fā)送監(jiān)測功能#define CD 0x09 / 地址檢測 #define RX_ADDR_P0 0x0A / 頻道0接收數(shù)據(jù)地址#define RX_ADDR_P1 0x0B / 頻道1接收數(shù)據(jù)地址#define RX_ADDR_P2 0x0C / 頻道2接收數(shù)據(jù)地址#define RX_ADDR_P3 0x0D / 頻道3接收數(shù)據(jù)地址#define RX_ADDR_P4 0x0E / 頻道4接收數(shù)據(jù)地址#define RX_ADDR_P5 0x0F / 頻道5接收數(shù)據(jù)地

44、址#define TX_ADDR 0x10 / 發(fā)送地址寄存器#define RX_PW_P0 0x11 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define RX_PW_P1 0x12 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define RX_PW_P2 0x13 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define RX_PW_P3 0x14 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define RX_PW_P4 0x15 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define RX_PW_P5 0x16 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define FIFO_STATUS 0x17 / FIFO棧入棧出狀態(tài)寄存器設(shè)置/*void Delay(unsi

45、gned int s);void inerDelay_us(unsigned char n);void init_NRF24L01(void);uint SPI_RW(uint uchar);uchar SPI_Read(uchar reg);void SetRX_Mode(void);uint SPI_RW_Reg(uchar reg, uchar value);uint SPI_Read_Buf(uchar reg, uchar *pBuf, uchar uchars);uint SPI_Write_Buf(uchar reg, uchar *pBuf, uchar uchars);uns

46、igned char nRF24L01_RxPacket(unsigned char* rx_buf);void nRF24L01_TxPacket(unsigned char * tx_buf);/*長延時(shí)*void Delay(unsigned int s)unsigned int i;for(i=0; i<s; i+);for(i=0; i<s; i+);/*uint bdata sta; /狀態(tài)標(biāo)志sbitRX_DR=sta6;sbitTX_DS=sta5;sbitMAX_RT=sta4;/*/*延時(shí)函數(shù)/*/void inerDelay_us(unsigned char

47、n)for(;n>0;n-)_nop_();/*/*NRF24L01初始化/*/void init_NRF24L01(void) inerDelay_us(100); CE=0; / chip enable CSN=1; / Spi disable SCK=0; / Spi clock line init highSPI_Write_Buf(WRITE_REG + TX_ADDR, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH); / 寫本地地址SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, RX_ADDRESS, RX_ADR_WIDTH); / 寫接收端地址SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0x01); / 頻道0自動(dòng)ACK應(yīng)答允許SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x01);