单片机的红外循迹小车设计
摘 要本课题选用了“基于AT89C51单片机的红外循迹小车控制系统”作为研究对象，选用了ATMEL公司推出的AT89C51单片机作为核心部件，设计了一个能够实现导引线检测、路线判断、直流电机控制以及显示控制等功能的智能系统。这款控制系统的实现主要依靠了51单片机强大的控制作用，通过输入输出各种形式的电平信号来对红外对管、直流电机以及LCD1602液晶屏等模块的控制，从而将各模块的功能融为一体，设计了一款能够实现红外循迹、液晶显示等功能的电子系统。本文在硬件和软件两个层面上对红外循迹小车控制系统进行了分别设计，在软件上通过原理图以及在软件上通过流程图的形式对整个控制系统的设计思路以及设计过程进行了阐述。经过了大量的测试和验证，本文所设计的系统能够达到很高的性能指标，非常适合将其推向红外循迹小车系统的市场之中，并且具有取代现有相关产品的实力。
目录
一、 引言
（一） 智能小车系统发展背景介绍
（二） 国内外发展现状
（三） 本文主要研究内容
二、 方案选择及元器件介绍
（一） 主控器件的选择
（二） AT89C51单片机介绍
（三） 红外对管传感器模块介绍
（四） LCD1602显示器概述
（五） 小型直流电机介绍
三、 硬件系统设计
（一） 红外循迹小车系统的硬件结构框图设计
（二） 最小系统设计
1. 时钟电路设计
2. 复位电路设计
（三） 导引线检测电路设计
（四） 显示器电路设计
（五） 车轮传动电机驱动电路设计
四、 软件系统设计
（一） 红外循迹小车系统的软件工作流程设计
（二） 红外对管工作流程设计
（三） 显示器工作流程设计
（四） 车轮传动电机工作流程图设计
总 结
参考文献
致 谢
附录一 原理图
附录二 程序
引言
智能小车系统发展背景介绍
所谓
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
的“智能小车系统”是指系统内部被植入了一定程度的数据检测、处理等过程，使其具有处理功能，达到一定程度上的智能意义，它已经不再是传统意义上的小车系统了，设计人员将程序代码嵌入到其内部的智能控制芯片中，通过控制芯片对传感器、驱动器的操作，从而实现系统的自动运行，实现智能小车系统对控制指令的接收、处理、路线识别、外部环境条件的检测、显示、报警或者其他无线通信等功能，这在很大程度上颠覆了人们对于小车系统的想象，它的出现是人类社会进入智能时代或者芯时代的一个典型特征，本文将对这种智能小车系统控制系统的发展背景、国内外发展现状以及本文设计内容做详细介绍。智能小车系统的出现得益于半导体技术的飞速发展与成熟，在半导体技术成熟之前，无论是模拟电子技术还是数字电子技术，都只能停留在理论阶段，很多中设想都得不到实现，因此电子技术长时间停留在举足不前的状态。随着二十世纪中期人类对硅锗等半导体特性特性的发现，科学家迅速意识到该发现将在很快的时间内将人类社会带入一个崭新的时代，果然如科学家所料，许许多多的半导体器件很快出现在人类社会的各个角落，将这种半导体器件应用在许多已存的电子线路中，科学家发现有了半导体器件的加入，电子线路已经不仅仅是普通的电子线路了，它具有了许许多多不可思议的特性，如对电压、电流的放大、衰减、单向导通等，这些特性的实现使得许多电子线路出现了很多“智能特性”。本文介绍的这种智能小车系统也得益于半导体器件的出现，通常这种智能系统中的核心部件是一种被称为单片机、DSP、ARM或者FPGA等控制器的芯片，这些芯片在外型上通常有数十个甚至上百个引脚，芯片内部电路通过对这些引脚的高低电平变换，从而实现负责的控制功能，智能小车系统就是通过这个特性实现的——主控芯片通过输入输出不同的高低电平或者连续变化的电压，来改变芯片外部模块的状态，如集成超声波传感器实现障碍物检测、红外对管传感器实现路线识别、Wifi模块/蓝牙实现智能无线控制、显示器、报警器以及无线数据收发模块等，通过这些模块的有序配合，从而实现功能强大并且具有实际应用意义的智能小车控制系统。智能小车系统的出现在一定程度上推进了人类社会前进的脚步，它在一定程度上突破了人们对传统小车的想象，通过实现无线数据收发、控制等新型功能来打破传统的智能小车系统，因此设计出性能更高、功能更强的智能小车系统控制系统是非常必要的。
国内外发展现状
目前国内外对于智能小车系统的研究可谓是处于一种如火如荼的状态，许许多多国内外的研究所、企业机构以及高校实验室都有对于智能小车系统的研究小组，这不仅仅体现了人们对于智能概念的向往和“痴迷”，更体现了智能小车系统带给人类社会的便利和“财富”。前不久美国加州大学的一个实验小组向世界宣布了他们的最新研究成果——能够实现小车组灵活控制的智能系统，将30个小车组成一个智能小车组，通过无线通信协议将这些小车形成一个庞大的有序工作群体，通过管理员对操纵界面的控制，为每个小车发送任务报文，小车组能够高效准确的完成各自的任务，这款系统突破了现有的智能小车系统所能实现的性能指标，将其应用在航空航天领域，能够大大促进人类的科学发展脚步；在国内，东部沿海高校也推出了类似的智能小车系统控制系统，但是距离组建庞大智能车群体指标还有一小段距离。
本文主要研究内容
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的红外循迹小车控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。在论文的结构安排上，文章的第一章主要通过到图书馆以及互联网查阅资料对红外循迹小车控制系统的发展背景进行了简要的阐述文章第二章快速确定了红外循迹小车控制系统的主控核心单片机即51单片机，该核心确立后，通过查阅大量资料，选择出了单片机外围模块所要使用的型号，并对其性能特点进行了简要介绍；论文的第三章是红外循迹小车控制系统的硬件设计章节，在这一部分，本人将详细描述控制系统的硬件结构以及各个模块电路的设计过程；论文的第四章是软件设计章节，在这一部分，我打算通过流程图形式对程序的设计过程进行详细的分析；论文的第五章将对本文所设计的系统进行系统仿真，以此来验证系统的可行性和实用性，下列为本多功能小车将要实现的功能：
1）能实现51单片机最小系统的设计，实现对直流电机模块、红外对管、液晶屏等模块的驱动；
2）能实现51单片机对液晶屏的驱动，实现对多功能小车运行状态的小时以及其他参数的显示；
3）通过红外对管对导线路线的不断检测，将检测数据发送给51单片机，通过单片机对左右两轮直流电机的控制，实现红外循迹功能以及定点停车功能。
方案选择及元器件介绍
主控器件的选择
主控器件的选择对于设计一款自动控制系统来说是最关键的一部分，该器件的控制性能、处理速度以及内部资源模块将在很大程度上决定了控制系统的软硬件结构以及开发成本，另外不同类型的主控器件要求开发者具备不同的开发功底，下面就对单片机以及FPGA这两款性能卓越的微处理器进行介绍和分析，从中选择出一款具体型号的芯片来作为本控制系统的控制芯片。
目录
一、 引言
（一） 智能小车系统发展背景介绍
（二） 国内外发展现状
（三） 本文主要研究内容
二、 方案选择及元器件介绍
（一） 主控器件的选择
（二） AT89C51单片机介绍
（三） 红外对管传感器模块介绍
（四） LCD1602显示器概述
（五） 小型直流电机介绍
三、 硬件系统设计
（一） 红外循迹小车系统的硬件结构框图设计
（二） 最小系统设计
1. 时钟电路设计
2. 复位电路设计
（三） 导引线检测电路设计
（四） 显示器电路设计
（五） 车轮传动电机驱动电路设计
四、 软件系统设计
（一） 红外循迹小车系统的软件工作流程设计
（二） 红外对管工作流程设计
（三） 显示器工作流程设计
（四） 车轮传动电机工作流程图设计
总 结
参考文献
致 谢
附录一 原理图
附录二 程序
引言
智能小车系统发展背景介绍
所谓
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
的“智能小车系统”是指系统内部被植入了一定程度的数据检测、处理等过程，使其具有处理功能，达到一定程度上的智能意义，它已经不再是传统意义上的小车系统了，设计人员将程序代码嵌入到其内部的智能控制芯片中，通过控制芯片对传感器、驱动器的操作，从而实现系统的自动运行，实现智能小车系统对控制指令的接收、处理、路线识别、外部环境条件的检测、显示、报警或者其他无线通信等功能，这在很大程度上颠覆了人们对于小车系统的想象，它的出现是人类社会进入智能时代或者芯时代的一个典型特征，本文将对这种智能小车系统控制系统的发展背景、国内外发展现状以及本文设计内容做详细介绍。智能小车系统的出现得益于半导体技术的飞速发展与成熟，在半导体技术成熟之前，无论是模拟电子技术还是数字电子技术，都只能停留在理论阶段，很多中设想都得不到实现，因此电子技术长时间停留在举足不前的状态。随着二十世纪中期人类对硅锗等半导体特性特性的发现，科学家迅速意识到该发现将在很快的时间内将人类社会带入一个崭新的时代，果然如科学家所料，许许多多的半导体器件很快出现在人类社会的各个角落，将这种半导体器件应用在许多已存的电子线路中，科学家发现有了半导体器件的加入，电子线路已经不仅仅是普通的电子线路了，它具有了许许多多不可思议的特性，如对电压、电流的放大、衰减、单向导通等，这些特性的实现使得许多电子线路出现了很多“智能特性”。本文介绍的这种智能小车系统也得益于半导体器件的出现，通常这种智能系统中的核心部件是一种被称为单片机、DSP、ARM或者FPGA等控制器的芯片，这些芯片在外型上通常有数十个甚至上百个引脚，芯片内部电路通过对这些引脚的高低电平变换，从而实现负责的控制功能，智能小车系统就是通过这个特性实现的——主控芯片通过输入输出不同的高低电平或者连续变化的电压，来改变芯片外部模块的状态，如集成超声波传感器实现障碍物检测、红外对管传感器实现路线识别、Wifi模块/蓝牙实现智能无线控制、显示器、报警器以及无线数据收发模块等，通过这些模块的有序配合，从而实现功能强大并且具有实际应用意义的智能小车控制系统。智能小车系统的出现在一定程度上推进了人类社会前进的脚步，它在一定程度上突破了人们对传统小车的想象，通过实现无线数据收发、控制等新型功能来打破传统的智能小车系统，因此设计出性能更高、功能更强的智能小车系统控制系统是非常必要的。
国内外发展现状
目前国内外对于智能小车系统的研究可谓是处于一种如火如荼的状态，许许多多国内外的研究所、企业机构以及高校实验室都有对于智能小车系统的研究小组，这不仅仅体现了人们对于智能概念的向往和“痴迷”，更体现了智能小车系统带给人类社会的便利和“财富”。前不久美国加州大学的一个实验小组向世界宣布了他们的最新研究成果——能够实现小车组灵活控制的智能系统，将30个小车组成一个智能小车组，通过无线通信协议将这些小车形成一个庞大的有序工作群体，通过管理员对操纵界面的控制，为每个小车发送任务报文，小车组能够高效准确的完成各自的任务，这款系统突破了现有的智能小车系统所能实现的性能指标，将其应用在航空航天领域，能够大大促进人类的科学发展脚步；在国内，东部沿海高校也推出了类似的智能小车系统控制系统，但是距离组建庞大智能车群体指标还有一小段距离。
本文主要研究内容
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的红外循迹小车控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。在论文的结构安排上，文章的第一章主要通过到图书馆以及互联网查阅资料对红外循迹小车控制系统的发展背景进行了简要的阐述文章第二章快速确定了红外循迹小车控制系统的主控核心单片机即51单片机，该核心确立后，通过查阅大量资料，选择出了单片机外围模块所要使用的型号，并对其性能特点进行了简要介绍；论文的第三章是红外循迹小车控制系统的硬件设计章节，在这一部分，本人将详细描述控制系统的硬件结构以及各个模块电路的设计过程；论文的第四章是软件设计章节，在这一部分，我打算通过流程图形式对程序的设计过程进行详细的分析；论文的第五章将对本文所设计的系统进行系统仿真，以此来验证系统的可行性和实用性，下列为本多功能小车将要实现的功能：
1）能实现51单片机最小系统的设计，实现对直流电机模块、红外对管、液晶屏等模块的驱动；
2）能实现51单片机对液晶屏的驱动，实现对多功能小车运行状态的小时以及其他参数的显示；
3）通过红外对管对导线路线的不断检测，将检测数据发送给51单片机，通过单片机对左右两轮直流电机的控制，实现红外循迹功能以及定点停车功能。
方案选择及元器件介绍
主控器件的选择
主控器件的选择对于设计一款自动控制系统来说是最关键的一部分，该器件的控制性能、处理速度以及内部资源模块将在很大程度上决定了控制系统的软硬件结构以及开发成本，另外不同类型的主控器件要求开发者具备不同的开发功底，下面就对单片机以及FPGA这两款性能卓越的微处理器进行介绍和分析，从中选择出一款具体型号的芯片来作为本控制系统的控制芯片。
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