（完整版）基于51单⽚机的智能车设计与实现⽬录
摘要............................................................................................ 错误!未定义书签。Abstract .......................................................................................... 错误!未定义书签。
1. 引⾔ (1)
1.1 选题背景 (2)
1.2设计⽬标 (2)
2. 设计⽅案 (3)
2.1 电机驱动⽅案 (3)
2.3主控芯⽚的选择 (8)
3.1 设计原理 (9)
3.2 系统电源电路 (10)
3.3单⽚机最⼩系统电路 (11)
3.3.1复位电路 (11)
3.3.2震荡电路 (12)
3.4系统显⽰电路 (12)
3.5外围传感器电路 (13)水库闸门
3.6 按键电路设计与实现 (13)
4. 系统软件设计 (14)
4.1 主程序控制流程 (14)
4.2 ⽆线遥控控制实现 (15)
4.3 智能避障、智能循迹的实现 (16)
4.4 测速功能实现 (16)
5. 系统组装调试 (17)
5.1硬件组装调试 (17)
伺服缸5.2 软件设计与调试 (17)
5.3 系统组装实物 (18)
6. 结论 (18)
致谢 (20)
附录1 遥控⼦系统电路原理图 (21)
附录2 车载⼦系统电路原理图 (22)
1
1. 引⾔
1.1选题背景
智能机器⼈是能够在道路和野外连续地实时⾃主运动的机器⼈，是当今科技研究领域的热点，体现了信息科学与⼈⼯智能技术的最新成果。现代机器⼈⼰经不仅仅在⼯业制造⽅⾯，⽽且在军事、民⽤、科学研究等许多⽅⾯得到了⼴泛的应⽤。全国电⼦⼤赛和省内电⼦⼤赛⼏乎每次都有智能⼩车、机器⼈这⽅⾯的题⽬，全国各⾼校也都很重视该题⽬的研究。可见其研究意义很⼤。本设计就是在这样的背景下提出的，指导教师和设计者都已经有充分的准备。
1.2设计⽬标
本设计是在不影响系统功能实现的前提下以经济实⽤的⾓度出发，采⽤MCS-51系列中的STC89C51单⽚机，以STC89C51为控制核⼼，结合PT2262和PT2272⽆线数据传输模块，L298N电机驱动模块以及其他传感器模块⽽设计出的智能⼩车控制系统。
数控机床数据采集该系统由硬件部分与软件部分组成。其中硬件部分由电源输⼊模块、直流电机动⼒模块、电机驱动模块、单⽚机控制系统模块、显⽰系统模块、以及两个障碍检测传感器、两个循迹传感器、两个测速传感器组成。软件部分由遥控部分和车载部分组成，遥控部分主要为车载部分发送数据命令，车载部分接收遥控命令做出相应的动作，同时根据不同命令分别实现⾃动避障、循迹、测速，状态显⽰功能。系统从控制⾓度分为半⾃动和全⾃动。
全⾃动控制和半⾃动控制功能由遥控器功能键切换，所有动作将由状态显⽰LCD1602显⽰。
全⾃动控制：车载部分根据⽆线数据传输模块传输的数据进⼊遥控模式、避障模式或者循迹模式，各种模式下LCD1602显⽰系统会显⽰当前状态以及当前智能⼩车⾏驶速度。系统如果进⼊避障模式或者循迹模式便进⼊了全⾃动控制模式，系统会根据现实中遇到的情形与系统预设的情形对应，情形匹配后⾃动做出对应的动作。
半⾃动控制：遥控系统由按键动作对应发出⽆线数据，车载系统接收数据，根据数据以及约定好的数据对应命令实现智能车的前进、后退、原地左转、原地右转动作，这样便实现了半⾃动控制功能。半⾃动控制功能能够增强系统的适应性，并且能够处理紧急危险情况。
2
本设计结构简单，较容易实现，但具有⾼度的智能化、⼈性化，在⼀定程度体现了智能。
2. 设计⽅案
2.1电机驱动⽅案
⽅案⼀：三极管控制直流电机
手提式割草机
采⽤传统的功率三极管作为功率放⼤器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，成本低，加速能⼒强，但功率损耗⼤，特别是低速⼤转距运⾏时，通过电阻R的电流⼤，发热厉害，损耗⼤。
⽅案⼆：继电器控制直流电机
采⽤继电器对电动机的开或关进⾏控制，通过开关的切换对⼩车的速度进⾏调整。此⽅案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢，易损坏，寿命较短，可靠性不⾼。升降柱cncame
⽅案三：采⽤专⽤芯⽚L298N作为电机驱动芯⽚。
恒压恒流桥式2A驱动芯⽚L298N，L298是SGS公司的产品，⽐较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部包含4通道逻辑驱动电路。可以⽅便的驱动两个直流电机，或⼀个两相步进电机。
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可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4.5～7 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2.5～46 V。输出电流可达2.5 A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接⼊电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4
之间可分别接电动机，EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。
综述，⽅案三的调速⽅式有调速特性优良、调整平滑、调速范围⼴、过载能⼒⼤，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的⽆级快速启动、制动和反转，根据需要此次设计采⽤此⽅案。
2.2遥控控制⽅案
⽅案⼀：红外遥控⽅案
3
通常要根据编码⽅案来进⾏软件解码，红外遥控器将遥控信号(⼆进制脉冲码)调制在38KHz的载波上，经缓冲放⼤后送⾄红外
发光⼆极管，转化为红外信号发射出去。⼆进制脉冲码的形式有多种，其中最为常⽤的是PWM码（脉冲宽度调制码）。前者以宽脉冲表⽰1，窄脉冲表⽰0。后者脉冲宽度⼀样，但是码位的宽度不⼀样，码位宽的代表1，码位窄的代表0。以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表⽰⼆进制的“0”以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表⽰⼆进制的“1”如图2-1所⽰。
图2-1 指令脉冲图
遥控编码脉冲信号由引导码、系统码、系统反码、功能码、功能反码等信号组成。引导码也叫起始码，由宽度为9ms的低电平和宽度为4.5ms的⾼电平组成（不同的红外家⽤设备在⾼低电平的宽度上有⼀定区别），⽤来标志遥控编码脉
冲信号的开始。如图2-2所⽰。
图2-2 信号引导码图
系统码也叫识别码，它⽤来指⽰遥控系统的种类，以区别其它遥控系统，防⽌各遥控系统的误动作功能码也叫指令码，它代表了相应的控制功能，接收机中的可根据功能码的数值完成各种功能操作。系统反码与功能反码分别是系统码与功能码的反码反码的加⼊是为了能在接收端校对传输过程中数据是否产⽣差错。脉冲位置表⽰的“0”和“1”组成的32位⼆进制码前16位控制指令，控制不同的红外遥控设备。⽽不同的红外家⽤电器⼜有不同的脉冲调控⽅式，后16位分别是8位的功能码和8位的功能反码。串⾏数据码时序图如2-3所⽰。
位0位1
0.56ms0.56ms
9ms
4.5ms
4
5
图2-3串⾏数据码时序图
将要发送的指令脉冲编码信号调制在38KHz 的载波上，可以增加信号的抗⼲扰能⼒，提⾼信号传输效率。信号调制时序如2-4所⽰。
图2-4 信号调制图
红外解码就与编码反操作，由红外遥控接收头检测到红外信号到来时，进⾏延时等待引导码9ms 的⾼电平通过，并同时判断在9ms 中是否有低电平出现，如果有则退出解码程序认为这可能不是要接收的
编码。9ms 如果正常通过则再等待4.5ms 的低电平，并同时判断在4.5ms 中是否有⾼电平出现，如果有则退出解码程序认为这可能不是要接收的编码。紧接着将根据以脉宽为
0.565ms 、间隔0.56ms 、周期为 1.125ms 的组合表⽰⼆进制的“0”和以脉宽为0.565ms 、间隔
1.685ms 、周期为
2.25ms 的组合表⽰⼆进制的“1”的编码规则来接收系统码、系统反码，当系统码、系统反码接收完成后将其进⾏或操作，如果为0xff 则认为是正确接收，否则退出解码程序，如果正确则与遥控器的系统码进⾏⽐较，如果相同则表⽰正确接收到指定遥控器信号，否则认为接收到的可能是别的遥控器信号。最后接收功能码、功能反码，接收完成后将其进⾏或操作，如果为0xff 则认为是正确接收，否则退出解码程序，如果正确则执⾏遥控器的中断处理程序，判断进⾏何种后续指令操作。
使⽤此⽅案编写遥控器解码程序，并通过实验板的数码管对功能码进⾏显⽰，获得遥控器的各按键对应的键值，在本设计中遥控处理程序通过可以⽐较是否接收到相应键值进⾏判断执⾏遥控指令。
⽅案⼆：⽆线数据传输
本系统⽆线数据传输采⽤PT2262和PT2272收发模块实现。PT2262/2272芯⽚说明如下：
PT2262/2272是⼀种COMS ⼯艺制造的低功耗低价位通⽤编解码电路，PT2261/2272最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（悬空，接⾼电平，接低电平），任意组合可提供531441地址吗，PT2262最多可有6位（D0-D5
）数
6
据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚串⾏输出，可⽤于⽆线遥控发射电路。
编码芯⽚PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成⼀个完整的码字，解码芯⽚PT2272接收到信号后，其地址码经过两次⽐较核对后，VT 脚才输出⾼电平，与此同时相应的数据脚也是输出⾼电平，如果发送端⼀直按住按键，编码芯⽚也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHZ 的⾼频发射电路不⼯作，当有按键按下时，PT
2262得电⼯作，其17脚输出经调制的串⾏数据信号，当17脚为⾼电平期间315MHz 的⾼频发射电路起振并发射等幅⾼频信号，当17脚为低电频期间315MHz 的⾼频发射电路停⽌震荡，所以⾼频发射电路完全受控于PT2262的17
脚输出的数字信号，从⽽对⾼频电路完成幅度键控（ASK 调制）相当于调制度为100%的调幅。PT2262/2272引脚图如图2-5图2-6所⽰：
图2-5 PT2262引脚图图2-6 PT2272引脚图
PT2262/2272引脚说明表2-1 和表2-2所⽰：表2-1 PT2262引脚说明
名称
引脚说明 A0-A11
1-8 10-13 地址管脚 D0-D5
7-8 10-13 数据输出端 TE
14 编码启动端 OSC1
16 振荡电路输⼊端 Dout
17 编码输出端 VCC
18 电源正极 VSS
9 电源负极
7
表2-2 PT2272引脚说明
PT2272解码芯⽚有不同的后缀，表⽰不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L 表⽰锁存输出，数据只要成功接收就能⼀直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发⽣变化时改变。M 表⽰⾮锁存输出，数据脚输出的电平是瞬间时的⽽且和发射端是否发射相对应，可以⽤于类似电动的控制。后缀的6和4表⽰有⼏路并⾏的控制通道，当采⽤4路并⾏数据时（PT2272-M4），对应的地址编码应该是8位，如果采⽤6路的并⾏数据时（PT2272-M6），对应的地址编码应该是6位。
PT2262/2272⽆线数据收发组合理论上讲可以达到531441种组合，但是16种数据组合就可以满⾜本系统需求，所以我们采⽤市场上常见的T1000BSI ⽆线发射模块和R03DS ⽆线接收模块。该模块可配合收发16种任意组合4位⼆进制数据，⽆线发射和⽆线接收模块经典电路如图2-7和图2-8所⽰：
图 2-7 T1000BSI ⽆线发射模块经典电路名称
风动旗杆引脚说明 A0-A11
1-8 10-13 地址管脚 D0-D5
7-8 10-13 数据或地址管脚 DIN
14 数据信号输⼊端 OSC2
15 振荡电阻振荡器输出端 OSC1
16 振荡电路输⼊端 VT
17 编码有效确认 VCC
18 电源正端 VSS 9 电源负端
图2-8 ⽆线接收模块经典电路
红外⽆线数据传输的优点是成本低，38KHZ载波容易实现调试，硬件设计简单，但是有发射端和接收端之间不能有障碍物相隔，遥控距离短等缺点。⽽⽆线数据传输距理论上在300⽶左右，发射接收频率固定在315MHZ，在隔墙的情况下也可以正常收发数据，但是315MHZ发射接收频率载波不容易调试实现，但是市场上315MHZ⽆线收发模块早已成熟，成本低廉。所以综合⽅案⼀⽅案⼆我们选择⽆线收发模块作为实现本系统的数据传输功能。
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