1 基于單片機(jī)的多功能智能小車設(shè)計(jì)論文 (電路 +程序 +論文 ) 摘 要 （ 關(guān)鍵詞 ： 智能車 單片機(jī) 金屬感 應(yīng) 器 霍爾元件 1602 智能作為現(xiàn)代的新發(fā)明，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，不需要人為的管理 ，可應(yīng)用于科學(xué)勘探等等的用途。智能電動(dòng)車就是其中的一個(gè)體現(xiàn)。 本次設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車，采用 片機(jī) 作為小車的檢測(cè)和控制核心；采用 金屬 感 應(yīng) 器 檢測(cè)路上 感應(yīng)到 的鐵片， 從而把 反饋 到的 信號(hào)送單片機(jī)， 使 單片機(jī) 按照預(yù)定的 工作模式 控 制小車在各 區(qū) 域 按預(yù)定的速度行駛， 并且單片機(jī)選擇的 工作模式 不同也可控制 小車順著 S 形鐵片行駛 ；采用 霍爾元件 測(cè)小車行駛速度；采用 1602時(shí)顯示小車行駛的時(shí)間，小車停止行駛后，輪流顯示小車行駛時(shí)間 、 行駛距離 、 平均速度以及各速度區(qū)行駛的時(shí)間。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，較容易實(shí)現(xiàn)，但具有高度的智能化、人性化 ，一定程度體現(xiàn)了智能。 2 目 錄 1 設(shè)計(jì)任務(wù) 3 求 3 2 方案比較與選擇 4 面檢測(cè)模塊 4 示模塊 5 速模塊 5 速模塊 6 式選擇模塊 7 3 程序框圖 7 4 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 9 面檢測(cè)模塊 9 示模塊 9 速模塊 9 速模塊 9 位電路模塊 9 式選擇模塊 9 5 最小系統(tǒng)圖 10 6 最終 圖 12 7 系統(tǒng)程序 13 8 致謝 46 9 參考文獻(xiàn) 47 10 附錄 48 3 1. 設(shè)計(jì)任務(wù)： 設(shè)計(jì)并 制作了一個(gè)智能電動(dòng)車， 其行駛路線滿足所需的要求。 求： 本要求： （ 1）分區(qū)控制： 如（圖 1）所示： （圖 1） 車輛從起跑線出發(fā)（出發(fā)前，車體不得超出起跑線）。 在第一個(gè)路程 CD 區(qū)（ 3 6米）以低速行駛，通過時(shí)間不低于 10s；第二個(gè)路程 D E 區(qū)（ 2 米）以高 速 行駛 ，通過時(shí)間不得 多 于 4 秒 ；第三個(gè)路程 EF 區(qū)（ 3 6 米）以低速行駛，通過時(shí)間不低于 10s。 （ 2） 小車能 自動(dòng) 記錄、顯示 行駛 時(shí)間 、 行駛距離 以及行駛速度，還能記錄每段所走的時(shí)間，從而判斷是否符合課程設(shè)計(jì)要求。（記錄顯示裝置要求安裝在車上）。 揮部分： S 型控制：如（圖 2）所示： 4 （圖 2） 車輛沿著 S 形鐵片行駛，自動(dòng)轉(zhuǎn)彎，自動(dòng)尋找正確方向和鐵片。當(dāng)離開 S 型鐵片跑道或者感應(yīng)不到鐵片一段時(shí)間的時(shí)候，小車自動(dòng)停止，并記錄行駛時(shí)間，路程，平均速度并通過 示出來。 2. 方案比較與選擇 ： 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，并且根據(jù)我們自己的需要而附加的功能，該電路的總體框圖可分為幾個(gè)基本的模塊，框圖如（圖 3）所示： （圖 3） 面檢測(cè)模塊： 采用鐵片感應(yīng)器 檢測(cè)路面上的鐵片從而給單片機(jī)中斷脈沖。原理圖 接線如（圖 4）所示： 5 （圖 4） 示模塊： 采用 1602單片機(jī)的總線模式連接。為節(jié)約電源電量并且不影響 功能，背光用單片機(jī)進(jìn)行控制，使 背光在小車行駛的過程中不亮，因?yàn)槲覀儾槐乜雌滹@示；在其它我們需要看顯示的內(nèi)容的時(shí)候 光亮。 速模塊： 案 1： 采用采用霍爾開關(guān)元器件 測(cè)輪子上的 小磁鐵從而給單片機(jī)中斷脈沖， 達(dá)到測(cè)量速度的作用 。霍爾元件具有體積小，頻率響應(yīng)寬度大，動(dòng)態(tài)特性好，對(duì)外圍電路要求簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，價(jià)格低廉等特點(diǎn)， 電源要求不高 ，安裝也較為方便。霍爾開關(guān)只對(duì)一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)起作用，抗干擾能力強(qiáng)，因此可以在車輪上安裝小磁鐵，而將霍爾器件安裝在固定軸上，通過對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)進(jìn)行車速測(cè)量。 案 2： 采用紅外傳感器進(jìn)行測(cè)速。但無論是 反射式紅外傳感器還是對(duì)射式紅外傳感器，他們對(duì)都對(duì)外圍環(huán)境要求較高，易受外部環(huán)境的影響，穩(wěn)定性不高，且價(jià)格較為昂貴。 通過對(duì)方案 1、方案 2 的比較其優(yōu)缺點(diǎn)，綜合多方面因素決定選用方 案 1，其原理圖接線如（圖5）所示： （圖 5） 6 速模塊： 案 1： 使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，成本低，加速能力強(qiáng)，但功率損耗大，特別是低速大轉(zhuǎn)距運(yùn)行時(shí)，通過電阻 熱厲害，損耗大，對(duì)于小車的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行不利。 案 2： 采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制 ,通過開關(guān)的切換對(duì)小車的速度進(jìn)行調(diào)整 缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢 ,易損壞 ,壽命較短 ,可靠性不高。 案 3： 采用由雙極性管 組成的 H 橋電路。用單片機(jī)控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H 橋電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也很高，是一種廣泛采用的調(diào)速技術(shù)。 綜合 3 種方案的優(yōu)缺點(diǎn) ，決定選擇方案 3，其電路原理圖如（圖 6）所示： （圖 6） 7 式選擇模塊： 模式選擇模塊通過一個(gè) 74而按動(dòng)按鈕來選擇小車 走動(dòng)的路型 、來選擇小車的速度是快速、中速、慢速；走 完路程小車停止后還可以通過按鈕選擇想要在 想看的信息，比如總時(shí)間、走過各段路程 的時(shí)間、平均速度、總路程等。 小車走動(dòng)的模式選擇有： （ 1） 直線型：滿足設(shè)計(jì)任務(wù)的基本要求，能穩(wěn)定的走完全程。 之后按順序循環(huán)不斷的顯示走完全程所用的時(shí)間、走完高速區(qū) 所用的時(shí)間和走完 低速區(qū)所用的時(shí)間 這三個(gè)時(shí)間 ；或者可以通過兩個(gè)按鈕以及 示的菜單選擇所要看的內(nèi)容 如平均速度、全程距離以及那三個(gè)時(shí)間 。 （ 2） S 型：滿足設(shè)計(jì)任務(wù)的發(fā)揮部分的要求，小車能自動(dòng)的感應(yīng)到在前面或在后面鐵片， 即第一次轉(zhuǎn)彎后若感應(yīng)到的是錯(cuò)誤的方向 ，則小 車會(huì)后退 自動(dòng)調(diào)整方向，沿著 走完 S 型鐵片后的一定時(shí)間里 ，小車自動(dòng)停止。之后自動(dòng) 進(jìn)入菜單由我們自己選擇要看的內(nèi)容時(shí)間、平均速度和所走的距離。 （ 3）自動(dòng)型：小車先以一定的速度走完全程，之后再以一定的速度倒退回起點(diǎn)，再調(diào)整 速度在一定的時(shí)間內(nèi)走完全程。走完后 示的內(nèi)容與直線型顯示的內(nèi)容一樣。 3. 程序框圖 ： 單片機(jī)主程序框圖、速度感應(yīng)程序框圖和鐵片感應(yīng)程序框圖分別如（圖 7）所示。 8 9 (圖 7) 10 4系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)： 面檢測(cè)模塊： 應(yīng) 用一個(gè)金屬感 應(yīng) 器，安裝在車盤下，離地略小于 或約 四毫米。當(dāng)金屬傳感器檢測(cè)到鐵片時(shí)將對(duì)單片機(jī)發(fā)送中斷信號(hào)，單片機(jī)運(yùn)行中斷，改變輸給電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓占空比來控制小車的速度 。 示模塊： 采用 1602單片機(jī)的總線模式連接。為節(jié)約電源， 背光用單片機(jī)進(jìn)行控制。 速模塊： 通過霍爾元件感應(yīng)磁鐵來產(chǎn)生脈沖 (當(dāng)霍爾元件在離磁場(chǎng)較近時(shí)輸出會(huì)是高電平，其它時(shí)候是低電平 )，一個(gè)車輪均勻放四個(gè)小磁鐵，計(jì)算一秒所得的脈沖數(shù)，從而計(jì)算出一秒小車輪子轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，再測(cè)量出小車車輪周長(zhǎng)即可計(jì)算出小車當(dāng) 前速度，累加可得到當(dāng)前路程。 速模塊： 考慮到元器件的缺少以及我們所用的電路的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電路原理圖和和小車自帶的電路的電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖一樣，所以暫時(shí)使用小車 自帶的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖。 位電路模塊： 單片機(jī)的復(fù)位電路通過手動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，復(fù)位電路圖如（圖 8）所示。 （圖 8） 式選擇模塊： 22個(gè)中斷口使用和感應(yīng)鐵片、感應(yīng)速度所使用的中斷口一樣，通過一個(gè)與非門和按鈕控制。原理圖如（圖 9）所示： （圖 9） 5最小系統(tǒng)圖： 該系統(tǒng)主要用到的是單片機(jī)，所以主要的部分是最小系統(tǒng)圖，該最小系統(tǒng)圖如（圖10）所示： 12 （圖 12） 13 6. 最終 圖： 該最小系統(tǒng)的最終 圖（包括 口以及其他的外部擴(kuò)展電路部分，考慮到最小系統(tǒng) 的 簡(jiǎn)潔 以及容易看懂，外部擴(kuò)展電路不在最小系統(tǒng)圖上顯示。 ）分別如（圖 11）、（圖 12）所 示： （圖 11） 14 （圖 12） 7系統(tǒng)程序： 按照預(yù)定的功能，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能的程序如下所示： # #* * 宏定義區(qū) * */ /* # /讀寫控制端 # /數(shù)據(jù)命令選擇端 # /執(zhí)行使能端 # /# 0 /低電平寫入 # 0 /高電平讀出 # 0 /高電平選擇數(shù)據(jù) # 0 /低電平選擇命令 15 # 0 /躍變到低電平時(shí)執(zhí)行命令 # 0 # 0 0 0 /初始化模式 # 0 /開顯示及光標(biāo)設(shè)置 #0 /關(guān)顯示 # 0 /清屏幕 # 0 /顯示光標(biāo) # /忙信號(hào) /*測(cè)速 /測(cè)距 /測(cè)時(shí)模塊 # /小車轉(zhuǎn)一輪的長(zhǎng)度為 *控速模塊 #03 /后電機(jī) #04 /后電機(jī) #01 /前電機(jī) #02 /前電機(jī) #31 /控制液晶背光 #33 *菜單選擇模塊 # 0 /0代表直線模式 # 0 /1代表 # 0 /0 代表正常速度 # 0 /1 代表低速 # 0 /2 代表高速 /* * 全局函數(shù)聲明區(qū) * */ /* / /設(shè)置寫命令模式 /設(shè)置讀命令模式 /設(shè)置寫數(shù)據(jù)模式 /寫命令 /寫數(shù)據(jù) /執(zhí)行命令 x,y); /定位顯示地址 x,y, /顯示單個(gè)字符 x,y, /顯示一段字符串 16 /延時(shí)主程序 /延時(shí)子程序 /判斷忙標(biāo)志函數(shù) /顯示時(shí)間 /顯示平均速度 /顯示路程 /*測(cè)速 /測(cè)距 /測(cè)時(shí)模塊 /所有中斷初始化 /測(cè)速中斷 /計(jì)算速度和距離 /*控速模塊 /控速中斷 /控 速單位時(shí)間中斷 /時(shí)鐘中斷初始化 /時(shí)鐘中斷初始化 /* * 全局變量區(qū) * */ 0; /測(cè)速計(jì)數(shù)脈沖 ; / /小車行走的時(shí)間 ; /判斷 ; =0 /35ms =0 /20ms ; ; 17 ; ; ; ; /區(qū)域變量 ; /第一個(gè)低速區(qū)通過時(shí)間 ; /高速區(qū)通過時(shí)間 ; /第二個(gè)低速區(qū)通過時(shí)間 ; /倒計(jì)時(shí) ; ; /模式和速度是否選擇完畢標(biāo)志 /模式選擇標(biāo)志 /速度選擇標(biāo)志 /已經(jīng)被選擇的模式標(biāo)志 0; /模式選擇是否完畢標(biāo)志 / /已經(jīng)被選中的速度方案標(biāo)志 /速度選擇是否完畢標(biāo)志 /人工選擇菜單開始標(biāo)志 /顯示選擇標(biāo)志 /返回選擇標(biāo)志 /確定 /返回鍵選擇標(biāo)志 /返回鍵啟用標(biāo)志 /平均速度顯示標(biāo)志 /總路程顯示標(biāo)志 /返回主菜單標(biāo)志 /自動(dòng)顯示標(biāo)志 /人工選擇標(biāo)志 ; 18 ; ; /5; /時(shí)間的倍數(shù) /* * 全局函數(shù)實(shí)現(xiàn)區(qū) * */ /*函數(shù) ; ; ; ; ; /單片機(jī)復(fù)位，背光開 0); /延時(shí)等待 ; /初始化 , . ); ,y 202); 00); ; /開總中斷 ; /開 ; /; /開 ; / /開始模式和速度選擇 /*模式選擇 ,); 19 , ); 0); ) , ); , ; 00); /延時(shí)消除抖動(dòng) 1) /不斷檢測(cè)中斷，直到按確定鍵或是 /如果按 /如果按確定鍵則設(shè)置模式為 /如果什么鍵都沒有按下，那么一直顯示等待 /按下了確定鍵，退出模式選擇 /按下了 示下一個(gè)菜單項(xiàng) , ); , ; 00); /延時(shí)消除抖動(dòng) ) /不斷檢測(cè)中斷，直到按確定鍵或是 /如果再一次按下 跳出 /如果按下確定鍵，則設(shè)置模式為 跳出 20 /按下了確定鍵，退出模式選擇 /再一次按下了 循環(huán)模式選擇 , ); , ; 00); /延時(shí)消除抖動(dòng) ) ; 21 0); /*速度選擇 & 0) , a ); , ); 0); ) , ); , ; 00); /延時(shí)消除抖動(dòng) ) /如果按 /如果按確定鍵則設(shè)置速度為 =0=0 /5=0=0 /4=0=0 /30=0=0 /3 /如果什么鍵都沒有按下， 那么一直顯示等待 /按下了確定鍵，退出速度選擇 22 , ); , ; 00); /延時(shí)消除抖動(dòng) ) /如果再一次按下 跳出 /如果按下確定鍵，則設(shè)置速度為 跳出 /這里沒有速度設(shè)置，因?yàn)槟J(rèn)速度就是 /按下了確定鍵，退出速度選擇 , ); , ; 00); /延時(shí)消除抖動(dòng) ) /如果再一次按下 跳出 /如果按下確定鍵，則設(shè)置速度為 跳出 =0=01=0=0 /8=0=0 /40=0=0 /523 /按下了確定鍵，退出速度選擇 /再一次按下了 循環(huán)速度選擇 /標(biāo)志模式選擇和速度選擇完畢 0); /*顯示所選擇的模式和速度方案 ,); , ); 0); ,); , ); 0); 1) ,); 24 , ); 0); ,; , ); 0); ,; , ); 0); ,; , ); 0); ; /初始化所有中斷 ,o ; , ,s); 00); ,!); 00); , . ); 25 ,02); 0) ; &0) 1) ; 26 ; ; 0) 1) ; ; 33=0) 1) ; ; ; ) 1) ; ; 1) ; ; 27 1) ; ; ; /補(bǔ)中斷路程，加上最后一次中斷缺失的路程 ; ;02=0;0); ; /行程結(jié)束，小車停止 ; /行程結(jié)束，背光開 /關(guān) /關(guān) /開 /默認(rèn)情況下直線模式會(huì)自動(dòng)顯示各個(gè)區(qū)域經(jīng)過的時(shí)間 /直線模式才顯示 ) 00); 00); ,0, ; ,1, ); ,s); ,0+0 9) /通過第一個(gè)低速區(qū)的時(shí)間超過 s ,0+0 00); 00); ,0, ); 28 ,1, ); ,s); ,0+0 9) /通過高速區(qū)的時(shí)間超過 s ,0+0 00); 00); ,0, ); ,1, ); ,s); ,0+0 9) /通過第二個(gè)低速區(qū)的時(shí)間超過 s ,0+0 *菜單選擇你想要看的內(nèi)容 路程以及平均速度 /*首先顯示主菜單，然后顯示第一個(gè)選項(xiàng) */ ,); ,to ); 00); ) , ); , ; 50); /延時(shí)消除抖動(dòng) /* 29 /*不斷檢測(cè)確定鍵和 (1) /*按下了確定鍵，顯示第一個(gè)選項(xiàng)的內(nèi)容 */ ,0,; ; ,s); /按下了確定鍵，那么