单片机的红外遥控小车设计
目 录
一、引言 1
（一）项目研究背景及意义 1
（二）项目主要研究内容 1
（三）设计任务及要求 2
二、总体方案设计 2
（一）主控芯片的选择 2
（二）AT89C51单片机介绍 3
（三）红外遥控系统介绍 4
（四）直流电机的介绍 6
（五）系统总体结构规划 8
三、控制系统的硬件设计 8
（一）原理图设计 8
（二）51单片机最小系统 9
（三）红外遥控系统结构 11
（四）直流电机及驱动模块 12
四、系统软件设计 12
（一）主程序流程设计 13
（二）直流电机驱动流程设计 13
（三）红外遥控工作流程设计 14
总结 16
参考文献 17
致谢 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB图 20
附录三 元器件清单 21
附录四 程序 22
一、引言
（一）项目研究背景及意义
智能系统指的是在无人干预情况下可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作并且能够完成预期的目的和目标的系统，它是现代社会的新产物并且作为未来的主要发展产业。此次设计的“基于单片机的无线遥控直流电动机系统”，其分析方法、理论方案和特色创新亮点能够为智能汽车的开发与推广具有重要意义。与此同时，在中国玩具市场技术含量缺乏的背景下，智能小车能够作为玩具的发展对象为市场的空白带来巨大的弥补，从而带来巨大的经济效益。红外遥控技术以其技术计算简单、实现方便、能够实时的控制系统并且其测量精度满足 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
实用性，从而其成为控制智能车的一种重要手段。在未来智能汽车工业中，红外遥控技术的广泛使用使得其进程被大大推进。随着我国成为一个世界性的大国，在科技领域我国的地位已经不容小觑，红外遥控的研究在我国智能化汽车的产业已经提上日程，其意义深远，对中国能够跻身于世界民族之林具有重要作用。本红外遥控直流电动机系统最吸引人的亮点就是可将其安装在智能化汽车中，从而可以使得汽车在无人驾驶的时候能够通过人工远程控制。在自动化领域，此红外遥控小车能够涉足一些高温高压、有毒环境以及地下勘探等人无法触及的场合，替人们完成各种充满危险性的工作，比如在智能安装上温度、湿度、有毒气体传感器，它就可以去采集温度、湿度以及有毒气体的相关参数。
（二）项目主要研究内容
此次设计的内容为“基于单片机的红外遥控小车”，主要设计一个使用红外遥控来控制的智能小车系统，其主要能够实现通过红外线遥控器来让小车匀速、加速、减速、左转以及右转等动作。红外遥控器通过内部的编码算法将相应的按键值进行编码后通过红外发射管发射出去，当红外一体接收管在接收到红外发射管发射出的红外信号时，在其内部将进行放大、滤波、限幅以及整形等过程，从而将规则的数字信号传送给单片机进行解码。当单片机通过算法将携带键值的数字信号解码出来后，对键值进行判断，当键值对应1号键即匀速运行时，单片机输出两路占空比恒定且一致的PWM波来驱动小车的左右两个直流电机，从而使其匀速前进；当键值对应2号键即加速前进时，单片机输出两路占空比增加且一致的PWM波来驱动小车的左右两个直流电机，从而使其加速前进；当键值对应3号键即减速前进时，单片机输出两路占空比减少且一致的PWM波来驱动小车的左右两个直流电机，从而使其减速前进；当键值对应4号键即左转时，单片机输出第一路占空比大于第二路占空比的PWM波来驱动小车的左右两个直流电机，从而使其左转；当键值对应5号键即左转时，单片机输出第一路占空比小于第二路占空比的PWM波来驱动小车的左右两个直流电机，从而使其右转；当键值对应6号键即加速前进时，单片机输出两路占空比为零的PWM波来驱动小车的左右两个直流电机，从而使其停止前进；
（三）设计任务及要求
1.基本内容
设计并制作一个基于AT89C51单片机实现的智能小车控制系统。
2.具体要求
（1）通过红外线遥控器能够实现对小车的前进、转弯等操作。
（2）能够让小车匀速前进、加速前进、或者减速前进；
（3）通过LCD1602液晶显示器将小车的运行状态显示出来；
二、总体方案设计
（一）主控芯片的选择
方案一：采用DSP芯片作为控制核心，DSP处理器顾名思义就是处理数字信号的处理器，它主要是将信号从模拟域变换到数字域后，通过一系列的算法将信号进行处理，处理之后在进过DA模块将数字信号变换回模拟信号，这就是DSP处理器工作的基本流程。TI公司生产的TMS320F28335芯片性能优良，片内集成了大量的常用模块，如16路AD采样通道以及高精准的PWM输出，是工控领域的新型宠儿，然而其成本较高，对于此次的设计来说，无疑增加额外的负担，并且TMS320F28335的优秀性能用在本次设计中时大材小用。另外其开发资料片目前较少，不利于系统的开发。
方案二：采用FPGA或者CPLD芯片作为控制核心，FPGA就是可编程现场门阵列的英文名称，它是随着超大规模集成电路技术发展的一个产物，内部集成了上百万门逻辑器件，通常用VHDL或者Verilog语言对他进行描述，它是一种硬件电路。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百M的速度，是数字信号处理的首选，然而本次设计的红外遥控直流电机控制系统对于处理速度没有过高的要求，并且考虑到过高的数字信号会给整体系统带来不稳定性，使最终的设计可靠性得不到保障。
方案三：采用51单片机作为控制核心，配合片外结合直流电机驱动模块、直流电机、红外线遥控器、红外一体接收头模块、振荡电路模块以及复位电路模块等部分而构成，由于51单片机再业界内已经具备了相当成熟的开发技术并且开发资料丰富，对于完成本次毕业设计是绝对有利的，另外该方案成本低廉，模块分明并且稳定性强。
综合上述三个方案的分析，可以发现采用DSP作为主控芯片时有一种大材小用的感觉，不但其高速地处理速度得不到应用，并且其内部丰富的资源也将被浪费；而采用FPGA或者CPLD时，其上百M的主频无疑会使得保护仪的稳定性下降；而51单片机不但性能稳定，其成本也是本次设计所能接受的，因此本次设计采用方案三作为红外遥控直流电机控制系统的最终设计方案。
（二）AT89C51单片机介绍
ATMEL公司出产的AT89C51是一种带8K字节FLASH存储器 的单片机，它是一种能在低电压场合工作的高性能CMOS类型的8位处理器。它内部集成的只读存储器具有高达1000多次的可擦除性，这样好的性能使得它非常适合学生做实验。另外这种类型的单片机已经采用了高密度的非易失储存器的制造技术，AT89C51单片机的通用IO管脚能够和工业上广泛采用的MCS-51类型的指令集能够完美兼容。ATMEL公司研发的这种高效率的微控制器将FLASH和性能强大的8位CPU集成在一个芯片里使得它在嵌入式领域有着广泛的应用。常用的AT89C2051型单片机是AT89C51单片机的精简版本。基于上述的特点，在很多嵌入式场合，AT89C51单片机正在发挥着越来越多的作用。下图2-1为DIP-40封装类型AT89C51单片机的芯片引脚图：
一、引言 1
（一）项目研究背景及意义 1
（二）项目主要研究内容 1
（三）设计任务及要求 2
二、总体方案设计 2
（一）主控芯片的选择 2
（二）AT89C51单片机介绍 3
（三）红外遥控系统介绍 4
（四）直流电机的介绍 6
（五）系统总体结构规划 8
三、控制系统的硬件设计 8
（一）原理图设计 8
（二）51单片机最小系统 9
（三）红外遥控系统结构 11
（四）直流电机及驱动模块 12
四、系统软件设计 12
（一）主程序流程设计 13
（二）直流电机驱动流程设计 13
（三）红外遥控工作流程设计 14
总结 16
参考文献 17
致谢 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB图 20
附录三 元器件清单 21
附录四 程序 22
一、引言
（一）项目研究背景及意义
智能系统指的是在无人干预情况下可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作并且能够完成预期的目的和目标的系统，它是现代社会的新产物并且作为未来的主要发展产业。此次设计的“基于单片机的无线遥控直流电动机系统”，其分析方法、理论方案和特色创新亮点能够为智能汽车的开发与推广具有重要意义。与此同时，在中国玩具市场技术含量缺乏的背景下，智能小车能够作为玩具的发展对象为市场的空白带来巨大的弥补，从而带来巨大的经济效益。红外遥控技术以其技术计算简单、实现方便、能够实时的控制系统并且其测量精度满足 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
实用性，从而其成为控制智能车的一种重要手段。在未来智能汽车工业中，红外遥控技术的广泛使用使得其进程被大大推进。随着我国成为一个世界性的大国，在科技领域我国的地位已经不容小觑，红外遥控的研究在我国智能化汽车的产业已经提上日程，其意义深远，对中国能够跻身于世界民族之林具有重要作用。本红外遥控直流电动机系统最吸引人的亮点就是可将其安装在智能化汽车中，从而可以使得汽车在无人驾驶的时候能够通过人工远程控制。在自动化领域，此红外遥控小车能够涉足一些高温高压、有毒环境以及地下勘探等人无法触及的场合，替人们完成各种充满危险性的工作，比如在智能安装上温度、湿度、有毒气体传感器，它就可以去采集温度、湿度以及有毒气体的相关参数。
（二）项目主要研究内容
此次设计的内容为“基于单片机的红外遥控小车”，主要设计一个使用红外遥控来控制的智能小车系统，其主要能够实现通过红外线遥控器来让小车匀速、加速、减速、左转以及右转等动作。红外遥控器通过内部的编码算法将相应的按键值进行编码后通过红外发射管发射出去，当红外一体接收管在接收到红外发射管发射出的红外信号时，在其内部将进行放大、滤波、限幅以及整形等过程，从而将规则的数字信号传送给单片机进行解码。当单片机通过算法将携带键值的数字信号解码出来后，对键值进行判断，当键值对应1号键即匀速运行时，单片机输出两路占空比恒定且一致的PWM波来驱动小车的左右两个直流电机，从而使其匀速前进；当键值对应2号键即加速前进时，单片机输出两路占空比增加且一致的PWM波来驱动小车的左右两个直流电机，从而使其加速前进；当键值对应3号键即减速前进时，单片机输出两路占空比减少且一致的PWM波来驱动小车的左右两个直流电机，从而使其减速前进；当键值对应4号键即左转时，单片机输出第一路占空比大于第二路占空比的PWM波来驱动小车的左右两个直流电机，从而使其左转；当键值对应5号键即左转时，单片机输出第一路占空比小于第二路占空比的PWM波来驱动小车的左右两个直流电机，从而使其右转；当键值对应6号键即加速前进时，单片机输出两路占空比为零的PWM波来驱动小车的左右两个直流电机，从而使其停止前进；
（三）设计任务及要求
1.基本内容
设计并制作一个基于AT89C51单片机实现的智能小车控制系统。
2.具体要求
（1）通过红外线遥控器能够实现对小车的前进、转弯等操作。
（2）能够让小车匀速前进、加速前进、或者减速前进；
（3）通过LCD1602液晶显示器将小车的运行状态显示出来；
二、总体方案设计
（一）主控芯片的选择
方案一：采用DSP芯片作为控制核心，DSP处理器顾名思义就是处理数字信号的处理器，它主要是将信号从模拟域变换到数字域后，通过一系列的算法将信号进行处理，处理之后在进过DA模块将数字信号变换回模拟信号，这就是DSP处理器工作的基本流程。TI公司生产的TMS320F28335芯片性能优良，片内集成了大量的常用模块，如16路AD采样通道以及高精准的PWM输出，是工控领域的新型宠儿，然而其成本较高，对于此次的设计来说，无疑增加额外的负担，并且TMS320F28335的优秀性能用在本次设计中时大材小用。另外其开发资料片目前较少，不利于系统的开发。
方案二：采用FPGA或者CPLD芯片作为控制核心，FPGA就是可编程现场门阵列的英文名称，它是随着超大规模集成电路技术发展的一个产物，内部集成了上百万门逻辑器件，通常用VHDL或者Verilog语言对他进行描述，它是一种硬件电路。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百M的速度，是数字信号处理的首选，然而本次设计的红外遥控直流电机控制系统对于处理速度没有过高的要求，并且考虑到过高的数字信号会给整体系统带来不稳定性，使最终的设计可靠性得不到保障。
方案三：采用51单片机作为控制核心，配合片外结合直流电机驱动模块、直流电机、红外线遥控器、红外一体接收头模块、振荡电路模块以及复位电路模块等部分而构成，由于51单片机再业界内已经具备了相当成熟的开发技术并且开发资料丰富，对于完成本次毕业设计是绝对有利的，另外该方案成本低廉，模块分明并且稳定性强。
综合上述三个方案的分析，可以发现采用DSP作为主控芯片时有一种大材小用的感觉，不但其高速地处理速度得不到应用，并且其内部丰富的资源也将被浪费；而采用FPGA或者CPLD时，其上百M的主频无疑会使得保护仪的稳定性下降；而51单片机不但性能稳定，其成本也是本次设计所能接受的，因此本次设计采用方案三作为红外遥控直流电机控制系统的最终设计方案。
（二）AT89C51单片机介绍
ATMEL公司出产的AT89C51是一种带8K字节
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