单片机的智能婴儿车设计
摘 要本课题主要以基于单片机的智能婴儿车控制系统作为研究对象，选用了美国ATMEL公司研制的AT89C51单片机作为主控芯片，并运用了霍尔传感器的磁场测量功能，设计了一款能够实现婴儿车前进速度准确测量的电子系统，并能够实现超速自动刹车和报警的功能。在硬件上，以AT89C51单片机、复位电路以及时钟电路组成单片机最小系统，霍尔传感器和LM393通用比较器组成的测速系统，选择LCD1602液晶屏作为显示模块，直流电机作为婴儿车动力传动模块，并辅之以其他电路模块，实现了本系统的硬件系统。在软件上通过Keil以及Proteus两款软件对系统的程序代码进行调试和编译，经过了多次的改进和优化，本系统表现出了很高的稳定性，具有很好的实用价值，如果投向未来的智能婴儿车市场，能够极大程度地降低相关产品设计成本。
目 录
一、 引言 1
（一） 智能婴儿车的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 单片机的选择 2
（二） AT89C51单片机芯片概述 3
（三） 直流电机概述 5
（四） 直流电机使用方法 5
（五） 直流电机驱动芯片 6
（六） LCD1602型显示器介绍 6
（七） 霍尔传感器测速模块介绍 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 系统的原理方案设计 8
（二） AT89C51单片机最小系统电路设计 9
（三） 直流电机及其驱动电路设计 10
（四） LCD1602显示器电路设计 11
（五） 霍尔传感器测速模块电路设计 12
（六） 报警器模块设计 12
四、 软件系统设计 13
（一） 软件系统流程图设计 13
（二） 直流电机速度控制流程 15
（三） LCD1602显示器工作流程设计 15
（四） 霍尔传感器测速流程设计 16
（五） 超速自动刹车流程设计 17
五、 系统仿真 18
总结 21<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
br /> 参考文献 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB图 24
附录三 元件列表 25
附录四 程序 26
引言
智能婴儿车的发展背景
在微控制技术大行其道的今天，智能仪器在很多场合都得到了重要的应用，具有超速自动刹车及报警功能的智能婴儿车就是一种典型的代表。这种新型的智能系统能够实现对婴儿车的车速的自动测量，并能够根据车速做出迅速判断，在许多高档的婴儿车中都有广泛的应用。婴儿车车速测量的实现方法多种多样，比如目前技术非常成熟的GPS技术，通过微控制器的驱动，获得当前婴儿车所处位置的经纬度，从而间接的获得婴儿车行驶的总路程以及车速等数据，这种方法的特点是测量数据精确，能够获得多种数据（如经纬度、海拔高度以及室外温度等信息），然而美中不足的是当前GPS技术较为新颖，因此成本非常高，所以不能很好地将这种智能婴儿车系统得到普及。在传感器技术飞速发展之后，技术人员将霍尔传感器加以应用，设计除了能够感应霍尔效应的霍尔传感器，并通过霍尔传感器开发出了霍尔传感器测速技术，这种传感器不像GPS那样需要依赖无线通信进行数据收发，因此造价非常的低廉。在霍尔传感器得到应用后，人们首先想到的就是将霍尔传感器的测速和计数功能应用到婴儿车的控制系统中，经过技术人员的多次尝试，目前较为成熟的一种技术是在车轮的特定位置固定一块小型磁铁，并将霍尔传感器模块固定在车轮的轴上，当车轮在转动时此贴会周期性的靠近和远离霍尔传感器的探头，当此贴靠近探头时，由于霍尔效应，探头的信号输出管脚会输出一个压值较高的模拟电压；而当磁铁远离探头时，由于霍尔效应较弱，探头的输出电压值将降低。这样就产生了一个明显的现象：当小磁铁周期性的靠近和远离霍尔传感器探头时，霍尔传感器探头会周期性的输出忽大忽小的直流模拟电压，然而有了这种现象，处理器却不能直接对这种不规则忽大忽小的直流模拟电压进行测量，因此技术人员在霍尔传感器探头的后方配置了一个比较器，这样通过比较器的作用，忽大忽小的直流模拟电压就会被整形成一串波形规则的方波脉冲。通过微处理器（如单片机、DSP等）对方波脉冲的频率测量和脉冲数测量，就可以直接获得当前车轮的转速和行驶路程。这种依靠霍尔传感器技术而发展起来的婴儿车里程表控制系统，不但成本低，并且测量精度也非常的高，能够将婴儿车里程表的成本压得非常的低，使得它能够在未来的婴儿车市场上得到普遍的使用。
国内外发展现状
相关资料以及国内外文献显示，本智能婴儿车设计目前在国内外都有着大批的研究者，由于新型单片机（处理器）的性能越来越强大，32位单片机的性价比越来越高，使得设计者或者很多兴趣小组都意识到有必要以往设计的控制核心以及相关传感器，以此来提高设计的性能和功能，并降低总体成本。前不久国外的一所大学的研究此项目的兴趣小组成功地将控制系统中所有的硬件模块集成到了一块芯片上，构建了属于他们自己的片上系统，这款片上系统的问世，不但使得控制系统的稳定性因素不再受分立器件的干扰，并且极大地降低了控制系统的硬件成本，因为在开发该系统时，不需要在经过相关调试，只需要将一块小小的芯片即可。
本文主要研究内容
1、完成婴儿车超速自动刹车以及报警系统的方案设计；
2、完成AT89C51最小系统、霍尔传感器测速模块、液晶屏、直流电机模块的硬件设计；
3、完成实物制作及功能调试。
预期设计目标：
以AT89C51单片机作为控制器；
采用霍尔传感器作为婴儿车车速检测机制；
报警信号以蜂鸣器作为发声单元。
方案选择及元器件介绍
单片机的选择
方案一：选择学生群体使用最多的C51单片机作为本系统的主控核心，由于在大学期间对于C51单片机具有较为系统的学习，其内功的结构原理、模块组成以及程序编写，以及掌握了一套较为熟悉的流程，因此能够为本设计的顺利完成奠定夯实的基础。另外C51单片机内部已经集成了一个容量为4K的加密型FLASH和一个大小为128字节的RAM，足以够本系统的使用，再者C51单片机内部的两个8位定时器在经过简单的寄存器配置后，能够灵活的在本系统中提供精准的定时，为一些需要精准时基的地方提供帮助。根据C51单片机的资料显示，其P3.2和P3.3两个管脚带有中断功能，如果按键接在这两个管脚上，经过中断服务程序，能够方便的配置程序代码的运行。目前市面上C51单片机的生产厂家繁多，但是目前使用最广的是美国ATMEL公司生产的AT89C51和中国宏晶公司研制的STC89C51单片机，这两款单片机如今已经占据了C51单片机市场的主要份额，虽然生产厂家不同，然而这些C51单片机都可以相互替代，在使用上几乎没有任何区别，这也是使用C51单片机作为系统核心的另一个优点。
方案二：选用美国微芯半导体（Microchip）公司生产的PIC单片机作为主控芯片，PIC单片机的最大亮点是它以应用为出发，推出了适用于不同应用的几十种型号，这种单片机在推出时凭借着它极强的抗干扰能力迅速地在汽车领域赢得了广泛的应用，比如在汽车的点火器应用中，对单片机的要求是抗干扰能力强、芯片管脚少、管脚输出电流能力强、存储器容量小以及片内资源少，于是Microchip就推出了只有八个管脚PIC12C508单片机，这款单片机凭借着超低的成本以及极强的功能在摩托车点火器的应用中得到了一致的好评。PIC单片机的另一大优点是其极强的保密性能，一旦程序烧入进其FLASH，内部的熔断丝将迅速熔断，FLASH上的代码将不能被破解，这点是C51单片机所不具备的。在集成度方面，PIC单片机也有着很高的集成度，很多型号片内集成了大多数常用的模块，但是它的缺点是相比于普通的C51单片机，成本很高。
目 录
一、 引言 1
（一） 智能婴儿车的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 单片机的选择 2
（二） AT89C51单片机芯片概述 3
（三） 直流电机概述 5
（四） 直流电机使用方法 5
（五） 直流电机驱动芯片 6
（六） LCD1602型显示器介绍 6
（七） 霍尔传感器测速模块介绍 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 系统的原理方案设计 8
（二） AT89C51单片机最小系统电路设计 9
（三） 直流电机及其驱动电路设计 10
（四） LCD1602显示器电路设计 11
（五） 霍尔传感器测速模块电路设计 12
（六） 报警器模块设计 12
四、 软件系统设计 13
（一） 软件系统流程图设计 13
（二） 直流电机速度控制流程 15
（三） LCD1602显示器工作流程设计 15
（四） 霍尔传感器测速流程设计 16
（五） 超速自动刹车流程设计 17
五、 系统仿真 18
总结 21<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
br /> 参考文献 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB图 24
附录三 元件列表 25
附录四 程序 26
引言
智能婴儿车的发展背景
在微控制技术大行其道的今天，智能仪器在很多场合都得到了重要的应用，具有超速自动刹车及报警功能的智能婴儿车就是一种典型的代表。这种新型的智能系统能够实现对婴儿车的车速的自动测量，并能够根据车速做出迅速判断，在许多高档的婴儿车中都有广泛的应用。婴儿车车速测量的实现方法多种多样，比如目前技术非常成熟的GPS技术，通过微控制器的驱动，获得当前婴儿车所处位置的经纬度，从而间接的获得婴儿车行驶的总路程以及车速等数据，这种方法的特点是测量数据精确，能够获得多种数据（如经纬度、海拔高度以及室外温度等信息），然而美中不足的是当前GPS技术较为新颖，因此成本非常高，所以不能很好地将这种智能婴儿车系统得到普及。在传感器技术飞速发展之后，技术人员将霍尔传感器加以应用，设计除了能够感应霍尔效应的霍尔传感器，并通过霍尔传感器开发出了霍尔传感器测速技术，这种传感器不像GPS那样需要依赖无线通信进行数据收发，因此造价非常的低廉。在霍尔传感器得到应用后，人们首先想到的就是将霍尔传感器的测速和计数功能应用到婴儿车的控制系统中，经过技术人员的多次尝试，目前较为成熟的一种技术是在车轮的特定位置固定一块小型磁铁，并将霍尔传感器模块固定在车轮的轴上，当车轮在转动时此贴会周期性的靠近和远离霍尔传感器的探头，当此贴靠近探头时，由于霍尔效应，探头的信号输出管脚会输出一个压值较高的模拟电压；而当磁铁远离探头时，由于霍尔效应较弱，探头的输出电压值将降低。这样就产生了一个明显的现象：当小磁铁周期性的靠近和远离霍尔传感器探头时，霍尔传感器探头会周期性的输出忽大忽小的直流模拟电压，然而有了这种现象，处理器却不能直接对这种不规则忽大忽小的直流模拟电压进行测量，因此技术人员在霍尔传感器探头的后方配置了一个比较器，这样通过比较器的作用，忽大忽小的直流模拟电压就会被整形成一串波形规则的方波脉冲。通过微处理器（如单片机、DSP等）对方波脉冲的频率测量和脉冲数测量，就可以直接获得当前车轮的转速和行驶路程。这种依靠霍尔传感器技术而发展起来的婴儿车里程表控制系统，不但成本低，并且测量精度也非常的高，能够将婴儿车里程表的成本压得非常的低，使得它能够在未来的婴儿车市场上得到普遍的使用。
国内外发展现状
相关资料以及国内外文献显示，本智能婴儿车设计目前在国内外都有着大批的研究者，由于新型单片机（处理器）的性能越来越强大，32位单片机的性价比越来越高，使得设计者或者很多兴趣小组都意识到有必要以往设计的控制核心以及相关传感器，以此来提高设计的性能和功能，并降低总体成本。前不久国外的一所大学的研究此项目的兴趣小组成功地将控制系统中所有的硬件模块集成到了一块芯片上，构建了属于他们自己的片上系统，这款片上系统的问世，不但使得控制系统的稳定性因素不再受分立器件的干扰，并且极大地降低了控制系统的硬件成本，因为在开发该系统时，不需要在经过相关调试，只需要将一块小小的芯片即可。
本文主要研究内容
1、完成婴儿车超速自动刹车以及报警系统的方案设计；
2、完成AT89C51最小系统、霍尔传感器测速模块、液晶屏、直流电机模块的硬件设计；
3、完成实物制作及功能调试。
预期设计目标：
以AT89C51单片机作为控制器；
采用霍尔传感器作为婴儿车车速检测机制；
报警信号以蜂鸣器作为发声单元。
方案选择及元器件介绍
单片机的选择
方案一：选择学生群体使用最多的C51单片机作为本系统的主控核心，由于在大学期间对于C51单片机具有较为系统的学习，其内功的结构原理、模块组成以及程序编写，以及掌握了一套较为熟悉的流程，因此能够为本设计的顺利完成奠定夯实的基础。另外C51单片机内部已经集成了一个容量为4K的加密型FLASH和一个大小为128字节的RAM，足以够本系统的使用，再者C51单片机内部的两个8位定时器在经过简单的寄存器配置后，能够灵活的在本系统中提供精准的定时，为一些需要精准时基的地方提供帮助。根据C51单片机的资料显示，其P3.2和P3.3两个管脚带有中断功能，如果按键接在这两个管脚上，经过中断服务程序，能够方便的配置程序代码的运行。目前市面上C51单片机的生产厂家繁多，但是目前使用最广的是美国ATMEL公司生产的AT89C51和中国宏晶公司研制的STC89C51单片机，这两款单片机如今已经占据了C51单片机市场的主要份额，虽然生产厂家不同，然而这些C51单片机都可以相互替代，在使用上几乎没有任何区别，这也是使用C51单片机作为系统核心的另一个优点。
方案二：选用美国微芯半导体（Microchip）公司生产的PIC单片机作为主控芯片，PIC单片机的最大亮点是它以应用为出发，推出了适用于不同应用的几十种型号，这种单片机在推出时凭借着它极强的抗干扰能力迅速地在汽车领域赢得了广泛的应用，比如在汽车的点火器应用中，对单片机的要求是抗干扰能力强、芯片管脚少、管脚输出电流能力强、存储器容量小以及片内资源少，于是Microchip就推出了只有八个管脚PIC12C508单片机，这款单片机凭借着超低的成本以及极强的功能在摩托车点火器的应用中得到了一致的好评。PIC单片机的另一大优点是其极强的保密性能，一旦程序烧入进其FLASH，内部的熔断丝将迅速熔断，FLASH上的代码将不能被破解，这点是C51单片机所不具备的。在集成度方面，PIC单片机也有着很高的集成度，很多型号片内集成了大多数常用的模块，但是它的缺点是相比于普通的C51单片机，成本很高。
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