基于51单片机的智能小车设计与实现

论文总字数：17798字

摘 要

智能小车使用90C516RD 单片机作为主控芯片，配置超声波收发、红外发射接收对管、红外遥控接收头、DS18B20等传感器及电机驱动电路，实现了自主寻迹、测距、避障、温度检测报警等功能，还能够通过遥控器控制智能小车启步、停止、变速等操作，小车的工作状况可通过LCD显示。控制程序使用C51语言编写，基于keil公司的集成开发环境开发。

关键字：90C516RD ，智能小车，DS18B20，LCD1602，超声波测距，红外遥控

Abstract：The smart car use 90C516RD microcontroller as the master chip, configured ultrasonic, infrared transmitting and receiving on the tube, infrared remote control receiver, DS18B20 sensors and motor drive circuits, etc., to achieve the self-tracking, ranging, obstacle avoidance, temperature detection alarm functions , also by remote control smart car start walking, stop, speed changing, etc, the car working conditions through the LCD display. Control program using C51 language, based on integrated development environment keil company.

Keywords: 90C516RD ,smart car,DS18B20,LCD1602,ultrasonic ranging,infrared remote control

目录

1 前言 4

1.1 课题背景及意义 4

1.2 智能小车的现状以及功能 4

1.3 51单片机的介绍 4

1.4 Altium Designer6.9介绍 4

2 硬件设计 5

2.1 系统模块以及设计框图 5

2.2 小车方案的硬件采购方案 7

2.3 智能小车的原理图 7

2.4 小车系统的流程图 8

3 软件设计 8

3.1 循迹模块的设计 9

3.2 壁障模块设计 12

3.3 马达驱动模块设计 13

3.4 无线遥控模块设计 15

3.5 超声波模块的设计 17

3.7 LCD1602液晶模块的设计 22

4 智能小车的软件抗干扰技术 25

4.1 为什么需要软件抗干扰 25

4.2 数字滤波技术 25

4.3 开关量软件抗干扰技术 26

5 单片机的“看门狗”技术 26

结论 28

参考文献 30

致谢 31

1 前言

1.1 课题背景及意义

智能小车是单片机技术的综合运用，它通过传感器感知外部环境，根据程序完成事先设定的各种功能，这些技术可用于各种智能电子产品。本系统既参实现人工红外遥控操作，也能够自主运行。通过障碍物的位置来判断，小车是否执行人员的操作命令，如果操作人员向小车发出错误的指令(比如小车前方有障碍物，操作人员却要求直行)，此时单片机会根据当前小车所处的状态，屏蔽掉操作人员的指令，执行相应的自主控制程序，直到小车检测当前处于没有障碍物，可以自由通行的时候，小车关掉屏蔽，允许人员进行控制。

1.2 智能小车的现状以及功能

现在智能小车发展很快，从玩具到大型汽车行业都有实质性的成果。人们在探索，改造，认识自然的过程中也不短探索和制造替代人们一些活动的机器，智能小车可以实现人们无法达到，或者比较危险的地方替代工作人员执行一些高强度的任务。现在比较出名的是飞思卡尔智能小车更是走在智能小车的前列。基于这个现实，我设计的智能小车可以实现壁障，循迹，测温，超声波测距，LCD液晶显示，以及无线红外遥控等功能。

1.3 51单片机的介绍

90C516RD 单片机是MCS－51单片机的一种，具有低成本，低功耗，以及优越的性能^[1]。该型单片机ATMEL是公司的新一代单片机。其主要的特点是向外部接口电路扩展，来实现微控制器的完善的功能，拥有丰富的外部接口单元，如：AD，DA,PWM,以及高速I/O口等外部模块^[2]。在这一代单片机中，串行总线的使用为51单片机系统的开发更是增添许多灵活的方式。同时该型号单片机也非常方便的通过RS232和RS485实现短距离和长距离单片机与单片机，以及单片机与PC之间的通信^[3]。

1.4 Altium Designer6.9介绍

本系统的原理图及PCB绘制均在Altium Designer6.9软件上完成， Altium Designer6.9具有非常强大的功能和极高的集成开发环境，它是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统^[4]，它的功能比我们之前广泛使用的Protel 99SE要强大得多，这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案。本次小车的电路设计就是基于Altium Designer 6.9开发平台完成的。

2 硬件设计

2.1 系统模块以及设计框图

1、小车系统模块

经过系统的分析，本系统有如下几个核心的模块和功能：

(1) PWM马达驱动模块(用于控制小车的运行以及速度)

(2) 红外模块(控制小车的运行状态，以及选择小车执行那些动作)

(3) 超声波模块(用于实现小车对前方障碍物距离的检测)

(4) 4路壁障模块(用于实现小车自主避开障碍物)

(5) 4路循黑线模块(实现小车沿着黑色跑道自行移动)

(6) 温度报警模块(用检测当前温度并判断是否到警戒值)

(7) 1602液晶显示模块(动态显示当前小车的状态以及当前温度)

(8) 电源模块(给单片机和马达提供电源)

(9) 看门狗电路模块(用于单片机系统的复位)

(10) 蜂铃器模块(用于系统报警)

2、小车系统框图

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