单片机的多功能小车的设计
【摘要】随着科技的发展智能设备越来越普及化，设备要求的功能也越来越多，而市面上大多的产品功能相对不够集中，多功能智能小车控制系统指的是以单片机芯片作为控制器并结合其他功能模块的自动控制系统，它的出现和普及可以大大改变了人们的生活方式。本次设计了一款能够实现红外循迹、超声波探障、寻光停车功能的电子系统。在硬件用了目前在大学教学和市场上最受欢迎的51单片机作为控制器芯片，在其片外配置了光敏传感器、超声波传感器以及红外对管传感器等功能模块；该设计操控智能，性能高，功能强，市场绝对占优。
目 录
引言 1
（一）研究背景 1
（二）国内外发展现状 1
一、系统组成 2
二、单片机的介绍 3
三、硬件系统设计 4
（一）最小系统设计 4
（二）寻光电路 5
（三）避障电路 6
（四）导引线检测电路 7
（五）显示器电路 9
（六）直流电机驱动电路 10
四、软件系统设计 11
（一）主程序设计 11
（二）寻光子程序设计 13
（三）避障子程序设计 13
（四）红外对管子程序设计 14
（五）显示器子程序设计 15
（六）直流电机子程序设计 17
五、实物的制作与调试 17
（一）实物制作 17
（二）实物的调试 18
结束语 19
参考文献 20
附录一 原理图 21
附录二 元件列表 22
附录三 实物图 23
附录四 源程序 24
致谢 30
引言
（一）研究背景
所谓的“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
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
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，本文将对这种智能化小车控制系统的发展影响、海内外发展近况及本设计的内容做详细讲解。智能小车系统的出现得益于半导体应用的飞速崛起与技术成熟，在半导体技术成熟之前，无论是模拟还是数字电子技术，都只能停留在理论阶段，很多的设想不能够实现，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，这写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，，如超声波传感模块实现障碍物检测、红外对管传感模块实现线路识别、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，以便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。
（二）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奈的状态，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。
一、系统组成
多功能小车的系统设计，主要包括到对单片机最小的系统搭建以及外围其他模块的电路配置等，并最终将各个模块进行连接，使其形成一个信号传递有序并能够稳定工作的系统。下图的系统原理框图首先对本系统的各个模块进行分割，将其以一个个独立模块的形式呈现出来，通过箭头朝向表达了各模块之间的工作关系以及模块之间的连接关系等，下面对各模块的作用进行简要讲解。
首先需要说明的是51单片机芯片、复位电路以及时钟电路三个模块，这三个模块的有机组合构成了智能小车控制系统的单片机最小系统，之所以称为最小系统，是因为笔者消耗了很少的器件就使得51单片机能够正常工作（下文将对单片机最小系统进行详细讲解）；光敏主要用于实现对周为环境的光线强度检测，用于实现小车的寻光功能；超声波传感器用来发射和接收信号，实现对周围一些遮挡物体的检测从而实现车子的避障功能；按键模块主要由机械按键组成，用于实现对小车参数的设置；红外对管被安置在小车左右两侧各一个，用于实现对黑色行驶导引线的检测，从而实现小车的自动前进行驶；L298N模块是用于实现对STC89C51单片机输出的PWM波的功率放大，实现对控制左右两轮直流电机；液晶显示模块采用了LCD1602屏幕，通过这款具有32个字符显示能力的液晶屏对系统中的相关参数进行呈现。
图1智能小车硬件框图
二、单片机的介绍
下图所示芯片就是本系统将要使用到51单片机的芯片，这款单片机是一款历史较为悠久的8位控制器（所谓8位则是指其内部CPU在处理一次数据时，能够同时对八位二进制数据进行处理），在数据处理能力上，虽然相对于现在的16位以及32位单片机来说，其处理速度相差甚远，但是它的内部结构以及处理稳定度还是很值得肯定的。
下面对这款单片机的内部资源以及处理性能进行简要介绍，首先需要着重介绍是STC89C51单片机的代码存储能力，这款单片机采用了FLASH作为代码存储介质，因此属于一种较为典型的FLASH型器件，用户能够通过简单的下载线缆进行快速地程序代码烧写（下载），无需专用的复杂设备。其内部的FLASH模块具有4K字节的空间，即有足够的能力来存放中小型控制系统的程序代码，不需要配置另外的程序代码存放芯片；STC89C51单片机的另一个存储设备是RAM，这种结构的存储设备对于数据的存储是临时性的，但是STC89C51内部CPU对它的数据读写速度是FLASH的数十倍，因此许多频繁使用到的数据要存放到RAM中，RAM的大小也直接影响到单片机的数据处理速度，STC89C51芯片中集成的RAM大小为512字节，相对于其他一些低端单片机来说，它的空间大小具有足够的优势。
目 录
引言 1
（一）研究背景 1
（二）国内外发展现状 1
一、系统组成 2
二、单片机的介绍 3
三、硬件系统设计 4
（一）最小系统设计 4
（二）寻光电路 5
（三）避障电路 6
（四）导引线检测电路 7
（五）显示器电路 9
（六）直流电机驱动电路 10
四、软件系统设计 11
（一）主程序设计 11
（二）寻光子程序设计 13
（三）避障子程序设计 13
（四）红外对管子程序设计 14
（五）显示器子程序设计 15
（六）直流电机子程序设计 17
五、实物的制作与调试 17
（一）实物制作 17
（二）实物的调试 18
结束语 19
参考文献 20
附录一 原理图 21
附录二 元件列表 22
附录三 实物图 23
附录四 源程序 24
致谢 30
引言
（一）研究背景
所谓的“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
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
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，本文将对这种智能化小车控制系统的发展影响、海内外发展近况及本设计的内容做详细讲解。智能小车系统的出现得益于半导体应用的飞速崛起与技术成熟，在半导体技术成熟之前，无论是模拟还是数字电子技术，都只能停留在理论阶段，很多的设想不能够实现，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，这写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，，如超声波传感模块实现障碍物检测、红外对管传感模块实现线路识别、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，以便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。
（二）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奈的状态，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。
一、系统组成
多功能小车的系统设计，主要包括到对单片机最小的系统搭建以及外围其他模块的电路配置等，并最终将各个模块进行连接，使其形成一个信号传递有序并能够稳定工作的系统。下图的系统原理框图首先对本系统的各个模块进行分割，将其以一个个独立模块的形式呈现出来，通过箭头朝向表达了各模块之间的工作关系以及模块之间的连接关系等，下面对各模块的作用进行简要讲解。
首先需要说明的是51单片机芯片、复位电路以及时钟电路三个模块，这三个模块的有机组合构成了智能小车控制系统的单片机最小系统，之所以称为最小系统，是因为笔者消耗了很少的器件就使得51单片机能够正常工作（下文将对单片机最小系统进行详细讲解）；光敏主要用于实现对周为环境的光线强度检测，用于实现小车的寻光功能；超声波传感器用来发射和接收信号，实现对周围一些遮挡物体的检测从而实现车子的避障功能；按键模块主要由机械按键组成，用于实现对小车参数的设置；红外对管被安置在小车左右两侧各一个，用于实现对黑色行驶导引线的检测，从而实现小车的自动前进行驶；L298N模块是用于实现对STC89C51单片机输出的PWM波的功率放大，实现对控制左右两轮直流电机；液晶显示模块采用了LCD1602屏幕，通过这款具有32个字符显示能力的液晶屏对系统中的相关参数进行呈现。
图1智能小车硬件框图
二、单片机的介绍
下图所示芯片就是本系统将要使用到51单片机的芯片，这款单片机是一款历史较为悠久的8位控制器（所谓8位则是指其内部CPU在处理一次数据时，能够同时对八位二进制数据进行处理），在数据处理能力上，虽然相对于现在的16位以及32位单片机来说，其处理速度相差甚远，但是它的内部结构以及处理稳定度还是很值得肯定的。
下面对这款单片机的内部资源以及处理性能进行简要介绍，首先需要着重介绍是STC89C51单片机的代码存储能力，这款单片机采用了FLASH作为代码存储介质，因此属于一种较为典型的FLASH型器件，用户能够通过简单的下载线缆进行快速地程序代码烧写（下载），无需专用的复杂设备。其内部的FLASH模块具有4K字节的空间，即有足够的能力来存放中小型控制系统的程序代码，不需要配置另外的程序代码存放芯片；STC89C51单片机的另一个存储设备是RAM，这种结构的存储设备对于数据的存储是临时性的，但是STC89C51内部CPU对它的数据读写速度是FLASH的数十倍，因此许多频繁使用到的数据要存放到RAM中，RAM的大小也直接影响到单片机的数据处理速度，STC89C51芯片中集成的RAM大小为512字节，相对于其他一些低端单片机来说，它的空间大小具有足够的优势。
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