毕业设计（论文）-多功能智能小车制作

毕业设计（论文）-多功能智能小车制作 毕业设计(论文)-多功能智能小车制作 江西现代职业技术学院 毕业设计论文 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目多功能智能小车制作 姓 名 学 院 信息工程学院 专 业 电子信息工程技术 班 级 指导 教师 提交 时间 论文题目摘要CHOMS工艺功耗低该设计具有实际意义可以应用于考古机器人医疗器械等许多方面尤其是在足球机器人研究方面具有很好的发展前景在考古方面也应用到了超声波传感器进行检测所以本设计与实际相结合现实意义很强 机器人要实现自动避障功能就必须要感知障碍物感知障碍物相给一个视觉功能障碍物AT89C52为核心的控制板可以达到其基本功能再辅加由红外漫反射式光电开关组成的避障电路电源电路电机驱动电路12864中文液晶显示电路就可以完善整个设计 关键词 Abstract This design uses relatively advanced 89C51 as the control core 89C51 adopts CHOMS technology low power consumption The design has practical significance can be applied to archaeology robot medical instrument and so on many aspects Especially in soccer robot research has very good prospects for development in an archaeological context is also applied to the ultrasonic sensor to detect So the design and practice of combining strong practical significanceThe robot to realize automatic obstacle avoidance function must be perceived barriers perceived barriers to a functional vision robot Intelligent obstacle avoidance based on infrared sensor system use infrared sensors to achieve the obstacle detection We will choose the most basic search obstacle avoidance calculate the trolley walking distance function as the design goalThrough the design of the car carrier combined with a AT89C52 as the core control board can achieve the basic function and add the infrared diffuse reflection type photoelectric switch obstacle avoidance circuit power supply circuit a motor drive circuit the 12864 Chinese liquid crystal display circuit can improve the whole design Keywords intelligent obstacle avoidance car single chip microcomputer LCD screen 目录 摘 要 2 Abstract 3 目 录 4一作品设计 6 1智能小车的作用和意义 7 2智能小车的现状 8 二硬件设计 9 一电源部分9 1LM7805简介 11 1LM7805稳压电路 13 二单片机的选择17 1主要优势18 2振荡器特性18 389S51相对于89C51增加的新功能 18 4芯片擦除 19 三功能引脚介绍22 1 各引脚功能简单介绍23 四最小应用设计25 三 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 比较与论证27 一控制模块的选择方案27 二电机的选择方案27 三直流电机驱动方案28 四传感部分30 一红外传感器30 1红外传感器的概述 30 2传感器的市场前景 32 红外发射管32三红外接收管34 1红外接收管的简介34 2红外接收管的使用35 四光电耦合35 1光电耦合的工作原理37 2具体应用45 五选取原则47 六光电耦合的作用47 七控制电路图49 五程序设计50 作品外观照片 64 结束语 67 致 谢68 参考文献 69 一作品设计 制作一智能小车给小车通上电后有必要可以手动按下复位开关在液晶上可以显示小车最初的基本信息按下启动开关小车开始向前运动小车前头装有高大约10厘米的红外发射与接收装置通过这个装置来探测前方有无障碍当发出的红外线遇到障碍时红外线被反射回来并被红外接收管接收并把信传递给单片机系统单片机做出反应并发出转弯的命令通过12864中文液晶显示出来人就可以看到小车遇到了障碍当小车第一次遇到障碍时单片机发出向左90度转弯的命令如这时前方无障碍小车继续前进小车底部安装3对光电耦合器传感器通过按键使 小车进入寻记功能同时12864中文液晶显示出来当小车底部左边的传感器检测到白线时小车右转当小车底部右边的传感器检测到白线时小车左转当小车底部中间的传感器检测到黑线时小车左右转直到传感器一直在白线上小车这样一直寻记下去同时小车车轮上安装一个光电耦合器来检测车轮上的黑白线计算小车行左的距离而且在12864上时时显示并通过液晶显示小车在运行中的情况按下停止开关小车停止工作参考小车外形如图1 图1 小车外形图 1 1智能小车的意义和作用 自第一台工业机器人诞生以来机器人的发展已经遍及机械电子冶金交通宇航国防等领域近年来机器人的智能水平不断提高并且迅速地改变着人们的生活方式人们在不断探讨改造认识自然的过程中制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想 随着科学技术的发展机器人的感觉传感器种类越来越多其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件视觉的典型应用领域为自主式智能导航系统对于视觉的各种技术而言图像处理技术已相当发达而基于图像的理解技术还很落后机器视觉需要通过大量的运算也只能识别一些结构化环境简单的目标视觉传感器的核心器件是摄像管或CCD目前的CCD已能做到自动聚焦但CCD传感器的价格体积和使用方式上并不占优势因此在不要求清晰图像只需要粗略感觉的系统中考虑使用接近觉传感器是一种实用有效的方法 机器人要实现自动导引功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物感知导引线相当给机器人一个视觉功能避障控制系统是基于自动导引小车AVGauto-guide vehicle系统基于它的智能小车实现自动识别路线判断并自动避开障碍选择正确的行进路线使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作 该智能小车可以作为机器人的典 型代表它可以分为三大组成部分传感器检测部分执行部分CPU机器人要实现自动避障功能还可以扩展循迹等功能感知导引线和障碍物可以实现小车自动识别路线选择正确的行进路线并检测到障碍物自动躲避基于上述要求传感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像只要求粗略感知即可所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当智能小车的执行部分是由直流电机来充当的主要控制小车的行进方向和速度单片机驱动直流电机一般有两种方案第一勿需占用单片机资源直接选择有PWM功能的单片机这样可以实现精确调速第二可以由软件模拟PWM输出调制需要占用单片机资源难以精确调速但单片机型号的选择余地较大考虑到实际情况本文选择第二种方案CPU使用STC89C52单片机配合软件编程实现 2智能小车的现状 现智能小车发展很快从智能玩具到其它各行业都有实质成果其基本可实现循迹避障检测贴片寻光入库避崖等基本功能这几节的电子设计大赛智能小车又在向声控系统发展比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列我此次的设计主要实现循迹避障这两个功能 二硬件设计 一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容一是系统扩展即单片机内部的功能单元如ROM、RAM、IO口、定时记数器、中断系统等能量不能满足应用系统的要求时必须在片外进行扩展选择适当的芯片设计相应的电路二是系统配置既按照系统功能要求配置外围设备如键盘显示器、打印机、AD、DA转换器等要设计合适的接口电路 一电源部分 电源电路如图2 所示 图2 电源电路 2 小车采用9V的直流电供电省去了整流桥电路和滤波电路通过三端稳压集成电路LM7805得到系统工作的5V的直流电压接一个发光二极管指示电源有无正常工作电源接通时指示灯亮负极接一个1N4007二极管防止电源插反时烧坏LM7805 LM7805是常用的三端稳压集成电路能提供DC 5V的输出电压内含过流和过载保护电路只有三条引脚分别是输入端接地端和输出端1脚输入2脚接地3脚输出这种芯片极易发热当输出电流较大时7805应配上散热板TO- 220 的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 封装也有lm9013样子的TO-92封装三端稳压集成电路lm7805电子产品中常见的三端稳压集成电路有正电压输出的lm78 ×× 系列和负电压输出的lm79××系列顾名思义三端IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出分别是输入端接地端和输出端它的样子象是普通的三极管TO- 220 的标准封装也有lm9013样子的TO-92封装 LM7905封装5 LM7905内部电路图6 图中的引脚号标注方法是按照引脚电位从高到底的顺序标注的这样标注便于记忆引脚?为最高电位?脚为最低电位?脚居中从图中可以看出不论正压还是负压?脚均为输出端对于lm78正压系列输入是最高电位自然是?脚地端为最低电位即?脚如附图所示对与lm79负压系列输入为最低电位自然是?脚而地端为最高电位即?脚如上图所示 LM7805系列集成稳压器的典型应用电路图是一个输出正5V直流电 LM7805引脚正确的顺序1脚接输入2脚接地3脚接输出lm7805典型应 用 LM7805稳压电路7 2 Lm7805稳压电路 LM7805系列集成稳压器的典型应用电路如下图所示这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路IC采用集成稳压器7805C1C2分别为输入端和输出端滤波电容RL为负载电阻当输出电较大时7805应配上散热板下图为提高输出电压的应用电路稳压二极管VD1串接在78XX稳压器2脚与地之间可使输出电压Uo得到一定的提高输出电压Uo为稳压器输出电压与稳压二极管VC1稳压值之和VD2是输出保护二极管一旦输出电压低于VD1稳压值时VD2导通将输出电流旁路保护7800稳压器输出级不被损坏 7805电参数10 二 单片机的选择 对于单片机的选择可以考虑使用8031与8051系列由于8031没有内部RAM系统又需要大量内存存储数据因而不适用AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低功耗高性能 CMOS8 位单片机片内含 4kbytes 的可编程的 Flash 只 读程序存储器兼容标准 8051 指令系统及引脚它集 Flash 程序存储器既可在线编程ISP也可用传统方法进行编程所以低价位 AT89C51单片机可为提供许多高性价比的应用场合可灵活应用于各种控制领域对于简单的测温系统已经足够单片机AT89C51 具有低电压供电和体积小等特点四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电主要特性如下图-1所示 ?与MCS-51 兼容 ?4K字节可编程闪烁存储器 ?寿命1000写擦循环 ?数据保留时间10年 ?全静态工作0Hz-24Hz ?三级程序存储器锁定 ?1288位内部RAM ?32可编程IO线 ?两个16位定时器计数器 ?5个中断源 AT89C51单片机引脚图11 ?可编程串行通道 ?低功耗的闲置和掉电模式 ?片内振荡器和时钟电路 1主要优势 1?与MCS-51 兼容 2?4K字节可编程闪烁存储器 3寿命1000写擦循环 4数据保留时间10年 5?全静态工作0Hz-24Hz 6?三级程序存储器锁定 7?1288位内部RAM 8?32可编程IO线 9?两个16位定时器计数器 10?5个中断源 11?可编程串行通道 12?低功耗的闲置和掉电模式 13?片内振荡器和时钟电路 2振荡器特性 XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出该反向放大器可以配置为片内振荡器石晶振荡和陶瓷振荡均可采用如采用外部时钟源驱动器件XTAL2应不接有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度 3 89S51相对于89C51增加的新功能 -- 新增加很多功能性能有了较大提升价格却基本不变甚至比89C51更低 -- ISP在线编程功能这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离是一个强大易用的功能 -- 工作频率为33MHz大家都知道89C51的极限工作频率只有24M就是说S51具有更高工作频率从而具有了更快的计算速度 -- 具有双工UART串行通道 -- 内部集成看门狗计时器不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路 -- 双数据指示器 -- 电源关闭标识 -- 全新的加密算法这使得对于89S51的解密变为不可能程序的保密性大大加强这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯 -- 兼容性方面向下完全兼容51全部字系列产品比如805189C51等等早期MCS-51兼容产品也就是说所有教科书网络教程上的程序不论教科书上采用的单片机是8051还是89C51还是MCS-51等等在89S51上一样可以照常运行这就是所谓的向下兼容 4芯片擦除 整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成在芯片擦操作中代码阵列全被写1且在任何非空存储字节被重复编程以前该操作必须被执行此外AT89C51设有稳态逻辑可以在低到零频率的条件下静态逻辑支持两种软件可选的掉电模式在闲置模式下CPU停止工作但RAM定时器计数器串口和中断系统仍在工作在掉电模式下保存RAM的内容并且冻结振荡器禁止所用其他芯片功能直到下一个硬件复位为止串口通讯单片机的结构和特殊寄存器这是你编写软件的关键至于串口通信需要用到那些特殊功能寄存器呢它们是SCONTCONTMODSCON等各代表什么含义呢 SBUF数据缓冲寄存器这是一个可以直接寻址的串行口专用寄存器有朋友这样问起过 为何在串行口收发中都只是使用到同一个寄存器SBUF而不是收发各用一个寄存器实际上SBUF 包含了两个独立的寄存器一个是发送寄存另一个是接收寄存器但它们都共同使用同一个寻址地址,99HCPU 在读SBUF 时会指到接收寄存器在写时会指到发送寄存器而且接收寄存器是双缓冲寄存器这样可以避免接收中断没有及时的被响应数据没有被取走下一帧数据已到来而造成的数据重叠问题发送器则不需要用到双缓冲一般情况下我们在写发送程序时也不必用到发送中断去外理发送数据操作SBUF寄存器的方法则很简单只要把这个99H 地址用关键字sfr定义为一个变量就可以对其进行读写操作了如sfr SBUF 0x99当然你也可以用其它的名称通常在标准的reg51h 或at89x51h 等头文件中已对其做了定义只要用include 引用就可以了 SCON 串行口控制寄存器通常在芯片或设备中为了监视或控制接口状态都会引用到接口控制寄存器SCON 就是51 芯片的串行口控制寄存器它的寻址地址是98H是一个可以位寻址的寄存器作用就是监视和控制51 芯片串行口的工作状态51 芯片的串口可以工作在几个不同的工作模式下其工作模式的设置就是使用SCON 寄存器它的各个位的具体定义如下 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0SM1 为串行口工作模式设置位这样两位可以对应进行四种模式的设置串行口工作模式设置SM0 SM1 模式功能波特率 0 0 0 同步移位寄存器 fosc12 0 1 1 8位UART 可变 1 0 2 9位UART fosc32 或fosc64 1 1 3 9位UART 可变 在这里只 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 最常用的模式1其它的模式也就一一略过有兴趣的朋友可以找相关的硬件资料查看表中的fosc 代表振荡器的频率也就是晶振的频率UART 为 Universal Asynchronous Receiver的英文缩写 SM2 在模式2模式3 中为多处理机通信使能位在模式0 中要求该位为0 REM 为允许接收位REM 置1 时串口允许接收置0 时禁止 接收REM 是由软件置位或清零如果在一个电路中接收和发送引脚P30P31 都和上位机相连在软件上有串口中断处理程序当要求在处理某个子程序时不允许串口被上位机来的控制字符产生中断那么可以在这个子程序的开始处加入REM 0 来禁止接收在子程序结束处加入REM 1 再次打开串口接收大家也可以用上面的实际源码加入REM 0 来进行实验 TB8 发送数据位8在模式2 和3 是要发送的第9 位该位可以用软件根据需要置位或清除通常这位在通信讯味中做奇偶位在多处理机通信中这一位则用于表示是地址帧还是数据帧 RB8 接收数据位8在模式2 和3 是已接收数据的第9 位该位可能是奇偶位地址数据标识位在模式0 中RB8 为保留位没有被使用在模式1 中当SM2 0RB8 是已接收数据的停止位 TI 发送中断标识位在模式0发送完第8 位数据时由硬件置位其它模式中则是在发送停止位之初由硬件置位TI 置位后申请中断CPU 响应中断后发送下一帧数据在任何模式下TI 都必须由软件来清除也就是说在数据写入到SBUF 后硬件发送数据中断响应如中断打开这时TI 1表明发送已完成TI 不会由硬件清除所以这时必须用软件对其清零 RI 接收中断标识位在模式0接收第8 位结束时由硬件置位其它模式中则是在接收停止位的半中间由硬件置位RI 1申请中断要求CPU 取走数据但在模式1 中SM2 1时当未收到有效的停止位则不会对RI 置位同样RI 也必须要靠软件清除常用的串口模式1 是传输10 个位的1 位起始位为08 位数据位低位在先1 位停止位为1它的波特率是可变的其速率是取决于定时器1 或定时器2 的定时值溢出速率AT89C51 和AT89C2051 等51 系列芯片只有两个定时器定时器0 和定时器1而定时器2是89C52 系列芯片才有的波特率在使用串口做通讯时一个很重要的参数就是波特率只有上下位机的波特率一样时才可以进行正常通讯波特率是指串行端口每秒内可以传输的波 特位数有一些初学的朋友认为波特率是指每秒传输的字行数如标准9600 会被误认为每秒种可以传送9600个字节而实际上它是指每秒可以传送9600 个二进位而一个字节要8 个二进位如用串口模式1 来传输那么加上起始位和停止位每个数据字节就要占用10 个二进位9600 波特率用模式1 传输时每秒传输的字节数是9600?10 960 字节51 芯片的串口工作模式0的波特率是固定的为fosc12以一个12M 的晶振来计算那么它的波特率可以达到1M模式2 的波特率是固定在fosc64 或fosc32具体用那一种就取决于PCON 寄存器中的SMOD位如SMOD 为0波特率为focs64SMOD 为1波特率为focs32模式1 和模式3 的波特率是可变的取决于定时器1 或252 芯片的溢出速率那么我们怎么去计算这两个模 式的波特率设置时相关的寄存器的值呢可以用以下的公式去计算 波特率 2SMOD?32×定时器1 溢出速率 上式中如设置了PCON 寄存器中的SMOD 位为1 时就可以把波特率提升2 倍通常会使用定时器1 工作在定时器工作模式2 下这时定时值中的TL1 做为计数TH1 做为自动重装值 这个定时模式下定时器溢出后TH1 的值会自动装载到TL1再次开始计数这样可以不用软件去干预使得定时更准确在这个定时模式2 下定时器1 溢出速率的计算公式如下 溢出速率 计数速率 256,TH1 上式中的计数速率与所使用的晶体振荡器频率有关在51 芯片中定时器启动后会在每一个机器周期使定时寄存器TH 的值增加一一个机器周期等于十二个振荡周期所以可以得知51 芯片的计数速率为晶体振荡器频率的112一个12M 的晶振用在51 芯片上那么51 的计数速率就为1M通常用110592M 晶体是为了得到标准的无误差的波特率那么为何呢计算一下就知道了如我们要得到9600 的波特率晶振为110592M 和12M定时器1 为模式2SMOD 设为1分别看看那所要求的TH1 为何值代入公式 110592M 9600 2?32 × 110592M12 256-TH1 TH1 250 12M 9600 2?32 × 12M12 256-TH1 TH1?24949 上面的计算可以看出使用12M 晶体的时候计算出来的TH1 不为整数而TH1 的值只能取整数这样它就会有一定的误差存在不能产生精确的9600 波特率当然一定的误差是可以在使用中被接受的就算使用110592M 的晶体振荡器也会因晶体本身所存在的误差使波特率产生误差但晶体本身的误差对波特率的影响是十分之小的可以忽略不计 三 AT89C51 引脚功能介绍 AT89C51 单片机为40 引脚双列直插式封装其引脚排列和逻辑符号如图11所示 1各引脚功能简单介绍如下 ?VCC供电电压 ?GND接地 ?P0口P0口为一个8位漏级开路双向IO口每个管脚可吸收8TTL门电流当P1口的管脚写1时被定义为高阻输入P0能够用于外部程序数据存储器它可以被定义为数据地址的第八位在FLASH编程时P0口作为原码输入口当FLASH进行校验时P0输出原码此时P0外部电位必须被拉高 ?P1口P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向IO口P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流P1口管脚写入1后电位被内部上拉为高可用作输入P1口被外部下拉为低电平时将输出电流这是由于内部上拉的缘故在FLASH编程和校验时P1口作为第八位地址接收 ?P2口P2口为一个内部上拉电阻的8位双向IO口P2口缓冲器可接收输出4个TTL门电流当P2口被写1时其管脚电位被内部上拉电阻拉高且作为输入作为输入时P2口的管脚电位被外部拉低将输出电流这是由于内部上拉的缘故P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时P2口输出地址的高八位在给出地址1时它利用内部上拉的优势当对外部八位地址数据存储器进行读写时P2口输出其特殊功能寄存器的内容P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号 ?P3口P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向IO口可接收输出4个TTL门电流当P3口写入1后它们被内部上拉为高电平并用作输入作为输入时由于外部下拉为低电平P3口将输出电流 ILL 也是由于上拉的缘故P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口 P30 RXD 串行输入口 P31 TXD 串行输出口 P32 INT0 外部中断0 P33 INT1 外部中断1 P34 T0 记时器0外部输入 P35 T1 记时器1外部输入 P36 WR 外部数据存储器写选通 P37 RD 外部数据存储器读选通 同时P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号 ?RST复位输入当振荡器复位器件时要保持RST脚两个机器周期的高平时间 ?ALE PROG 当访问外部存储器时地址锁存允许的输出电平用于锁存地址 的地位字节在FLASH编程期间此引脚用于输入编程脉冲在平时ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号此频率为振荡器频率的16因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的然而要注意的是每当用作外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0此时 ALE只有在执行MOVXMOVC指令时ALE才起作用另外该引脚被略微拉高如果微处理器在外部执行状态ALE禁止置位无效 ?PSEN外部程序存储器的选通信号在由外部程序存储器取址期间每个机器周期PSEN两次有效但在访问内部部数据存储器时这两次有效的PSEN信号将不出现 ?EAVPP当EA保持低电平时访问外部ROM注意加密方式1时EA将内部锁定为RESET当EA端保持高电平时访问内部ROM在FLASH编程期间此引脚也用于施加12V编程电源 VPP ?XTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 ?XTAL2来自反向振荡器的输出 四最小应用系统设计 单片机最小系统或者称为最小应用系统是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统对51系列单片机来说最小系统一般应该包括单片机晶振电路复位电路按键输入显示输出等 应用89C5152单片机设计并制作一个单片机最小系统达到如下基本要求 1具有上电复位和手动复位功能 2使用单片机片内程序存储器 3具有基本的人机交互接口按键输入LED显示功能 4具有一定的可扩展性单片机IO口可方便地与其他电路板连接 89C51是片内有ROMEPROM的单片机因此这种芯片构成的最小系统简单可靠用89C51单片机构成最小应用系统时只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可 89C51单片机最小系统所示如图3由于集成度的限制最小应用系统只能用作一些小型的控制单元其应用特点 有可供用户使用的大量IO口线 内部存储器容量有限 应用系统开发具有特殊性 最小应用12 三方案比较与论证 一控制模块的选择方案 方案一采用FPGA为系统的控制器FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能模块大密度高它将所有器件集成在一块芯片上减少了体积提高了稳定性并且可应用EDA软件仿真调试易于进行功能控制FPGA采用并行的输入输出方式提高了系统的处理速度适合作为大规模实时系统的控制核心通过输入模块将参数输入给FPGAFPGA通过程序设计控制直流电机运动但是由于本设计对数据处理的时间要求不高FPGA的高速处理的优势得不到充分体现并且由于其集成度高使其成本偏高同时由于芯片的引脚较多实物硬件电路板布线复杂加重了电路设计和实际焊接的工作 方案采用AT89C51单片机进行控制本设计需要使用的软件资源比较简单只需要完成数控部分键盘输入以及显示输出功能采用AT89C51进行控制比较简单但是51单片机资源有限控制输入输出需要外接8279之类的芯片进行IO扩展 采用AT89C51单片机能将相当一部分外围器件结合到一起使用方便抗干扰性能提高方案一采用直流电机控制的运动由于存在机械触点直流电机容易产生噪声 方案二采用步进电机控制的运动选择方案一使用多个功率放大器件驱动电机 通过使用不同的放大电路和不同参数的器件可以达到不同的放大的要求放大后能够得到较大的功率但是由于使用的是四相的步进电机就需要对四路信号分别进行放大由于放大电路很难做到完全一致当电机的功率较大时运行起来会不稳定而且电路的制作也比较复杂 方案二使用L298N芯片驱动电机 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是一款能承受高压大电流的全桥型直流步进电机驱动器同过对输入引脚的高低不同电压使步进电机能正反转让电机根据89C52单片机的控制信号的输出来控制L298N四个输入脚的电压从而达到我们所要达到的功能 1其引脚排列如图 L298N引脚排列图2电机驱动AB的控制逻辑如下表所示 图14 L298N简介 L298是ST公司生产的一种高电压大电流电机驱动芯片该芯片的主要特点是工作电压高最高工作电压可达46V输出电流大瞬间峰值电流可达3A持续工作电 流为2A内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器可以用来驱动直流电动机和步进电动机继电器线圈等感性负载采用标准TTL逻辑电平信号控制具有两个使能控制端在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端使内部逻辑电路部分在低电压下工作可以外接检测电阻将变化量反馈给控制电路 四 传感部分 一红外传感器 这个小车运用了2只红外发射管970nm和一只红外接收管构成红外传感系统来检测前方左前方和右前方的障碍检测距离范围为10,80cm红外避障传感器利用红外信号遇到障碍物反射的原理进行有无障碍物的检测红外传感器具有一对红外信号发射与接收管电路如图15 传感电路15 1红外传感器概述1待测目标 目前全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势有关专家指出传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化竞争也将日益激烈新技术的发展将重新定义未来的传感器市场比如无线传感器光纤传感器智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大产生或放大高频功率的静电控制电子管有时也称振荡管用于音频或开关电路中的发射管称调制管发射管是无线电广播通信电视发射设备和工业高频设备中的主要电子器件发射四极管的放大作用和输出输入电路间的隔离效果优于三极管应用最广工业高频振荡器普遍采用三极管五极管多用在小功率范围中接收管在电子行业已经广泛应用最常用的就是红外线 接收管是配对红外线接收管使用的大多采用无色透明树脂封装或黑色淡蓝色树脂封装三种形式无色透明树脂封装的管子可以透过树脂材料观察管芯下有一个浅盘它是用磷化镓磷砷化镓材料制成体积小正向驱动接收光电信号接收管的使用接收管在工作过程中其各项参数均不得超过极限值因此在代换选型时应当注意原装管子的型号和参数不可随意更换另外也不可任意变更接收管的限流电阻由于红外光波长的范围相当宽故发射管必须与接收管配对使用否则将影响遥控的灵敏度甚至造成失控因此在代换选型时要务必关注其所辐射红外光信号的波长参数 光电耦合器optical coupler英文缩写为OC亦称光电隔离器简称光耦光耦合器以光为媒介传输电信号它对输入输出电信号有良好的隔离作用所以它在各种电路中得到广泛的应用目前它已成为种类最多用途最广的光电器件之一光耦合器一般由三部分组成光的发射光的接收及信号放大输入的电信号驱动发光二极管LED使之发出一定波长的光被光探测器接收而产生光电流再经过进一步放大后输出这就完成了电光电的转换从而起到输入输出隔离的作用由于光耦合器输入输出间互相隔离电信号传输具有单向性等特点因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力 显示了一个典型的光电耦合器驱动电路在该例中右边的5V副边输出将会被左边原边电路的脉宽调制器控制 比较器A1将ZDl 结点A 的参考电压和通过分压电路R7和R8的输出电压进行比较因而控制Q2的导通状态可以定义发光二极管D1的电流和通过光耦合在光敏晶体管Q1的集电极电流然后Q1定义脉冲宽度和输出电压补偿任何使输出电压改变的倾向 随着光电耦合器的使用时间增加和传输比即增益的下降为了防止控制失灵给Q2提供充足的驱动电流裕量是很有必要的 光电耦合器的种类较多常见有光电二极管型光电三极管型光敏电阻型光控晶闸管型光电达林顿型集成电路型等外形有金属圆壳封装塑封双列直插等基本工作特性以光敏三极管为例 光电耦合开关电路图19 对于开关电路往往要求控制电路和开关电路之间要有很好的电隔离这对于一般的电子开关来说是很难做到的但采用光电耦合器就很容易实现了图19中a所示电路就是用光电耦合器组成的简单开关电路 在图19中当无脉冲信号输入时三极管BG处于截止状态发光二极管无电流流过不发光则ab两端电阻非常大相当于开关断开当输入端加有脉冲信号时BG导通发光二极管发光则ab两端电阻变得很小相当于开关接通故称无信号时开关不通为常开状态 图19中b所示电路则为带闭状态因为无信号输入时虽BG截止但发光二极管有电流通过而发光使ab两端处于导通状态相当于开关接通当有信号输入时BG导通由于BG的集电结压降在0(3V以下远小于发光二极管的正向导通电压所以发光二极管无电流流过不发光则ab两端电阻极大相当于开关断开故称常闭式 可见开关ab端在电路中不受电位高低的限制但在使用中应满足a端电位为正b端为负并使Uab 3V为好同时还应注意Uab应小于光电三极管的BVceo 依据图19的原理光电耦合器可以组成如图20中ab等多种形式 图2 图20 图2中a为单刀双掷开关电路其中外接二极管D的作用是保证输入正脉冲信号时oa组接通ob组关断图中b为双刀双掷开关电路无输入信号时BG截止ob与od组断开oa与oc组接通BG导通即有信号输入时ob与od组接通而oa与oc组断开它们适于自动控制和遥控设备中使用在进行具体应用时因CMOS集成电路在低电平时的电流只有1,2mA难以直接驱动所接的负载故一般需加一级三极管放大电路来驱动 图21 图21中a所示电路为光耦合器构成的可控硅开关电路可控硅SCR的触发电压取自电阻R其大小由通过光电三极管的电流决定直接由输入电压控制该电路简单控制端与输出端有可靠的电隔离 图21中b所示电路为控制负载为纯电阻如白炽灯泡的开关电路图中R1的阻值由下式确定R1 V1(2A1(2A为双向开关的额定电流当主电网电压为220V时V 2220 308V则R1 3081(2 250Ω(所以可控硅SCR的规格应依R1的大小进行选择 当开关电路的负载为感性负载如电动机等则由于流过感性负载线圈的电流与电压的相位不同需增加相应元件方能保证开关电路的正常工作如图22所示 图中双向可控硅SCR的触发电流是由R3与C的不同数值而决定的 表461 IGR3及三者关系表 IG Ma R3 kΩ C μF 152401 301202 500803 图22的开关电路特别适于遥控时选用 用于双稳态输出的光耦合电路22 图23中a所示电路为光电耦合器控制的双稳态输出开关电路它的特点是由于光电耦合开关接在两管的发射极回路上故能有效地解决输出与负载间的隔离问题 图23a 图 23 b 图23中b所示电路为光电耦合开关的施密特电路当输入电压U1为低电平时光电三极管Ce间呈高电阻BG1导通BG2截止则输出电压U0为低电平当输入电压U1大于鉴幅值时光电三极管ce间呈低电阻则BG1截止BG2导通输出的电压U0为高电平调节电阻R3即改变鉴幅电平 21-43电平转换电路 电平转换电路24 对于不同电平的转换电路或输入输出电路的电位需要分开时采用光电耦合器就显得十分方便了 中图23的a与b图示电路就是5V电源的TTL集成电路与15V电源的HTL集成电路相互连接进行电平转换的基本电路 图a中TTL门电路导通时即输出低电平发光二极管导通光电三极管输出高电平TTL门电路截止时发光二极管截止光电三极管输出低电平 图b中则是利用TTL截止输出高电平发光二极管导通光电三极管输出低电平TTL导通输出低电平发光二极管截止光电三极管输出高电平 21-44高压稳压电路 高压稳压电路25 串联型稳压电路比较放大管需选用耐压高的三极管若利用光电耦合器的输入与输出间绝缘良好的特点便可实现高压控制 图23中的a与b所示的电路就是利用光电耦合器的高压稳压电路 图a中当输出电压因某种原因导致升高时则BG5的偏压增加发光二极管的正向电流增大使光电三极管集电结电压减小即引起调整管BG1发射结电压下降其集电结电压上升从而使原来升高的输出电压减小保持输出电压的稳定BG3管为限流保护电路光电耦合器是工作在放大状态的图b的工作原理与图a相同 22具体应用 22-1组成开关电路 图19电路中当输入信号ui为低电平时晶体管V1处于截止状态光电耦合器B1中发光二极管的电流近似为零输出端Q11Q12间的电阻很大相当于开关断开当ui为高电平时v1导通B1中发光二极管发光Q11Q12间的电阻变小相当于开关接通(该电路因Ui为低电平时开关不通故为高电平导通状态(同理图2电路中因无信号 Ui为低电平 时开关导通故为低电平导通状态( 2(组成逻辑电路 图21电路为与门逻辑电路其逻辑表达式为P A(B图中两只光敏管串联只有当输入逻辑电平A 1B 1时输出P 1(同理还可以组成或门与非门或非门等逻辑电路( 3(组成隔离耦合电路 电路如图22所示(这是一个典型的交流耦合放大电路(适当选取发光回路限流电阻Rl使B4的电流传输比为一常数即可保证该电路的线性放大作用 4(组成高压稳压电路 电路如图25所示(驱动管需采用耐压较高的晶体管 图中驱动管为3DG27 当输出电压增大时V55 的偏压增加B5中发光二极管的正向电流增大使光敏管极间电压减小调整管be结偏压降低而内阻增大使输出电压降低而保持输出电压的稳定( 5组成门厅照明灯自动控制电路电路如图6所示A是四组模拟电子开关S1S4S1S2S3并联可增加驱动功率及抗干扰能力用于延时电路当其接通电源后经R4B6驱动VTVT直接控制门厅照明灯HS4与外接光敏电阻Rl等构成环境光线检测电路当门关闭时安装在门框上的常闭型干簧管KD受到门上磁铁作用其触点断开S1S2S3处于数据开状态晚间主人回家打开门磁铁远离KDKD触点闭合此时9V电源整流后经R1向C1充电C1两端电压很快上升到9V整流电压经S1S2S3和R4使B6内发光管发光从而触发双向可控硅导通VT亦导通H点亮实现自动照明控制作用房门关闭后磁铁控制KD触点断开9V电源停止对C1充电电路进入延时状态C1开始对R3放电经一段时间延迟后C1两端电压逐渐下降到S1S2S3的开启电压15v 以下S1S2S3恢复断开状态导致B6截止VT亦截止H熄来实现延时关灯功能 照明灯自动控制开关26 五选取原则 在设计光耦光电隔离电路时必须正确选择光耦合器的型号及参数选取原则如下 1 由于光电耦合器为信号单向传输器件而电路中数据的传输是双向的电路板的尺寸要求一定结合电路设计的实际要求就要选择单芯片集成多路光耦的器件 2 光耦合器的电流传输比 CTR 的允许范围是不小于500因为当CTR 500时光耦中的LED就需要较大的工作电流 50 mA 才能保证信号在长线传输中不发生错误这会增大光耦的功耗 3 光电耦合器的传输速度也是选取光耦必须遵循的原则之一光耦开关速度过慢无法对输入电平做出正确反应会影响电路的正常工作 4 推荐采用线性光耦其特点是CTR值能够在一定范围内做线性调整设计中由于电路输入输出均是一种高低电平信号故此电路工作在非线性状态而在线性应用中因为信号不失真的传输所以应根据动态工作的要求设置合适的静态工作点使电路工作在线性状态 通常情况下单芯片集成多路光耦的器件速度都比较慢而速度快的器件大多都是单路的大量的隔离器件需要占用很大布板面积也使得设计的成本大大增加在设计中受电路板尺寸传输速度设计成本等因素限制无法选用速度上非常占优势的单路光耦器件在此选用TOSHIBA公司的TLP521-4 图27 图28 当输入端加电信号时发光器发出光线照射在受光器上受光器接受光线后导通产生光电流从输出端输出从而实现了电-光-电的转换 普通光电耦合器只能传输数字信号开关信号不适合传输模拟信号线性光电耦合器是一种新型的光电隔离器件能够传输连续变化的模拟电压或电流信号这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号从而使光敏晶体管的导通程度也不同输出的电压或电流也随之不同 七控制电路图 控制电路图29 五程序设计 一主程序 include include define uchar unsigned char define uint unsigned int sbit IN1 P00 直流电机 sbit IN2 P01 sbit IN3 P02 sbit IN4 P03 sbit ENA P04 sbit ENB P05 sbit p1 P30 红外传感 sbit p2 P31 sbit p3 P32 sbit p4 P33 sbit p5 P34 sbit jie P06 躲避 sbit fas P07 bit fs 0 sbit rs P15 12864中文屏 sbit rw P16 sbit en P17 sbit key1 P10 按键 sbit key2 P11 sbit key3 P12 void delay uint i 延时程序 int ab for a ia 0a-- for b 110b 0b-- void delay1 uint z int iy for i 0i zi for y 0y 19y void xiangqian 向前 delay1 100 ENA 1 IN1 1 IN2 0 ENB 1 IN3 1 IN4 0 void zuozhuan 左转弯 delay1 100 ENA 1 IN1 0 IN2 1 ENB 1 IN3 1 IN4 0 void zuozhuan1 左转弯 delay1 10 ENA 1 IN1 0 IN2 1 ENB 1 IN3 1 IN4 0 void youzhuan 右转弯 delay1 100 ENA 1 IN1 1 IN2 0 ENB 1 IN3 0 IN4 1 void youzhuan1 右转弯 delay1 10 ENA 1 IN1 1 IN2 0 ENB 1 IN3 0 IN4 1 void houtui 后退 delay 100 ENA 1 IN1 0 IN2 1 ENB 1 IN3 0 IN4 1 void xunji 寻迹总 if p1 0 zuozhuan1 delay 150 if p2 0 zuozhuan delay1 50 if p4 0 youzhuan1 delay 150 if p5 0 youzhuan delay1 50 xiangqian void time TMOD 0x01 TH0 65536-1315 256 TL0 65536-1315 256 EA 1 ET0 1 TR0 1 void timer0 interrupt 1 TH0 65536-1315 256 TL0 65536-1315 256 fs fs fas fs void lcd_com uchar com 写指令 rs 0 rw 0 en 0 P2 com delay1 5 en 1 delay1 5 en 0 void lcd_data uchar date 写数据 rs 1 rw 0 en 0 P2 date delay1 5 en 1 delay1 5 en 0 void lcd_init lcd_com 0x30 基本指令集 lcd_com 0x0C 整体显示 lcd_com 0x01 清屏地址指针向00H lcd_com 0x06 光标右移 void lcd char ser register i 0 while ser[i] 0 lcd_data ser[i] i void main static int a 0 static int b 0 int ji lcd_init lcd_com 0x80 lcd " 1 作品功能" lcd_com 0x90 lcd " 2 作品信息" lcd_com 0x88 lcd " 欢迎您的到来" lcd_com 0x98 lcd " 祝您参观愉快 " delay1 100 while 1 if key1 0 delay 5 if key1 0 a while key1 delay 5 while key1 if a 1 lcd_com 0x80 lcd "?" if a 2 lcd_com 0x80 lcd " " lcd_com 0x90 lcd "?" if a 3 lcd_com 0x90 lcd " " lcd_com 0x88 lcd "?" if a 4 lcd_com 0x88 lcd " " lcd_com 0x98 lcd "?" if a 5 a 1 lcd_com 0x98 lcd " " lcd_com 0x80 lcd "?" if a 1key2 0 delay 5 if a 1key2 0 b 1 while key2 delay 5 while key2 if a 2key2 0 delay 5 if a 2key2 0 b 2 while key2 delay 5 while key2 if b 1 lcd_com 0x80 lcd " 1 寻迹功能 " lcd_com 0x90 lcd " 2 躲避功能 " lcd_com 0x88 lcd " 3 中文显示 " lcd_com 0x98 lcd " 4 小车检测 " delay1 100 if a 1key3 0 delay 5 if a 1key3 0 P0 0x00 P1 0xff while 1 xunji lcd_com 0x80 lcd "load " lcd_com 0x90 lcd "智能寻迹小车" lcd_com 0x88 lcd "小车运行良好" lcd_com 0x98 lcd "谢谢您的观赏 " delay1 100 while key3 delay 5 while key3 if a 2key3 0 delay 5 if a 2key3 0 time while 1 if jie 1 for j 0j 5j houtui for i 5i 0i-- zuozhuan lcd_com 0x80 lcd "load " lcd_com 0x90 lcd "智能躲避小车" lcd_com 0x88 lcd "小车运行良好" lcd_com 0x98 lcd "谢谢您的观赏 " delay1 100 if jie 0 xiangqian while key3 delay 5 while key3 if a 4key3 0 delay 5 if a 4key3 0 while 1 lcd_com 0x80 lcd "lord " lcd_com 0x90 lcd "智能检测白线" lcd_com 0x88 lcd "小车运行良好" lcd_com 0x98 lcd "谢谢您的观赏 " delay1 100 if b 2 lcd_com 0x80 lcd " 简易智能小车" lcd_com 0x90 lcd " 指导徐路老师 lcd_com 0x88 lcd " 设计王林华" lcd_com 0x98 lcd " 多谢您的观赏" delay1 100 六作品外形照片 小车寻记图30 小车防撞31 中文显示32 结束语 历时1个半月的设计过程中我首先边查资料边在实验室焊接小车的线路板在焊接过程中我感觉到即使是一个简单的电路要想很轻松的焊好也不是很容易的事情有时是虚焊的原因有时可能是阻值选错在焊接显示电路时我就错将100欧的电阻焊成了1千欧这使我深深感受到理论与实际间的差距通过这样的设计提高了我的动手能力每天在实验室除了焊接线路板还可以上机编程使我软件调试知识也提高了 本设计采用的是AT89C51单片机这主要是因为该单片机的稳定性比较好还可以采用其它系列的单片机比如采用陵阳单片机就可以简化编程但其稳定性不是很好 历时1个半月的毕业设计已经告一段落经过自己不断的搜索努力以及老师的耐心指导和热情帮助本设计已经基本完成在这段时间里老师严谨的治学态度和热忱的工作作风令我十分钦佩她的指导使我受益非浅同时本系创新实验室的开放也为我的设计提供了实习场地在此对老师表示深深的感谢 通过这次毕业设计使我深刻地认识到学好专业知识的重要性也理解了理论联系实际的含义并且检验了大学三年的学习成果虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练但是我将在以后的工作和学习中继续努力不断完善这1个半月的设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程为今后的发展打下了良好的基础 由于自身水平有限设计中一定存在很多不足之处敬请各位老师批评指正 致 谢 在做这次设计期间感谢老师老师的指导 在此我还要感谢在一起生活的全体同学 感谢我的室友们从遥远的家来到这个陌生的城市里是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情维系着寝室那份家的融洽正是由于你们的帮助和支持我才能克服一个一个的困难和疑惑直至本文的顺利完成 参 考 文 献 [1] 何立民单片机应用系统设计北京航天航空大学出版社2005 [2] 李广弟单片机基础北京北京航空航天大学出版社2001 [3] 何希才新型实用电子电路400例电子工业出版社2000 [4] 赵负图传感器集成电路 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 第一版化学工业出版社2004 [5] 陈伯时电力拖动自动控制系统第二版北京机械工业出版社2000 [6] 张毅刚彭喜元新编MCS-51单片机应用设计哈尔滨工业大学出版社2003 ---- -