单片机智能控制小车的系统设计
单片机智能控制小车的系统设计[20200123191022]
日期： 2012年10月20日 【摘要】
随着自动化生产的日益发展，机械手、机器人、自动化生产线都得到了大力开发，本次设计是为自动化生产线设计一款自动送料的智能小车。采用ATMEL公司中的AT89S51单片机为控制核心，在最小系统的基础上，通过对外围传感器信号和控制按键的检测。对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试，并最终完成软件和硬件的融合，从而实现使智能小车可以按照设定轨迹实现合理运动。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】AT89S51单片机、智能小车、步进电机、自动循迹等。
引言 1
一、系统设计 2
（一）设计要求 2
（二）总体设计方案 2
二、单元硬件电路设计 5
（一）电源电路模块 5
（二）光电寻迹模块 5
（三）时钟及复位电路 6
（四）按键控制模块设计 8
（五）LCD显示电路 8
（六）步进电机驱动设计电路 9
三、 系统软件设计 9
（一）主程序流程图 9
（二）步进电机方向及速度控制程序流程图 10
四、 系统调试 10
（一）硬件调试 10
（二）软件调试 11
附录 11
总结 14
参考文献 15
谢辞 16
引言
随着科技的发展，现如今的工业加工也越来越先进了，从原来的手动加工，在到半自动化的加工，最后到现在的全自动加工。随着时间的发展，全自动化将会是全世界最受欢迎的。自动化加工为加工带来了许多方便，也减少了一些安全事故。有些企业已经把自动化运用于工业上，比如说用机械手来夹取零件，这样可以减少人生事故的发生；有些企业把自动小车应用于工业自动加工上，自动小车可以为企业减少运输时间，这样就提高了效率；有的企业甚至全自动化无人操作，这样不仅减少了人力，更带来了经济效益。自动化将是未来的趋势。
如今在生产过程中已经出现许多自动化的机器如：机器人、自动小车、机械手臂等自动化机器。自动化生产方式带来了许多优点，如：效率高、速度快、人力资源少、安全性能高等优点。
本次设计是为自动化生产线配套设计一款智能送料小车，根据工厂实际情况，确定如下方案：小车从配料仓库出发到1号工位，由工位上的机械手取走物料，放置半成品，在到2号工位，再到3号工位，最后带成品回到仓库，循环运动。小车必须沿着黑色路线运行。期间接受工位的相应和暂停信号。
设计在原有小车基础上，采用ATMEL公司中的AT89S51单片机。以AT89S51单片机为控制核心，以反射式光电传感器检测小车要行走的路线，控制小车的自动寻迹，利用感应控制来实现对小车的启动、停止进行控制。
一、系统设计
（一）设计要求
为加工车间设计自动化生产线上的自动送料小车。该车间有三个工位和一个仓库，本设计要达到的要求如下：从仓库中取出材料运到1号工位，运到时小车自动停下，机械手取出材料，机械手再把1号工位加工好的零件放进小车内，小车感应后在运动到2号工位，到达2号工位后小车停止，机械手取出零件再把2号加工好的零件放入小车内，小车感应后运动到3号工位，到达3号工位后小车停止，机械手取出零件再把3号的零件放入小车，小车感应后运动到仓库，到达仓库小车停止，机械手取出加工好的零件再把材料放入小车内。小车需要依次循环运动。运动路线如图1-1。
图1-1工作路线
（二）总体设计方案
1、系统总体设计方案
要求设计并制作一个以单片机为控制核心的智能小车。采用步进电动机作动力，小车具有沿地面黑白线自动寻迹功能，操作者可以通过按钮启动小车可以能按照预定的要求自动运行。本系统采用AT89S51单片机为核心控制芯片，包括自动寻迹电路、电机驱动电路等。可以在小车车身装上LED显示小车的运行状况并通过汇编完成智能小车的监控装置。总体设计框图，如图1-2所示。
图1-2 步进电机驱动智能小车总体结构框图
2、基本模块设计方案
（1）车体设计
在已有的小车上，经过反复考虑论证，我们制定了左右两轮分别驱动，后万向轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同直流电机进行驱动，车体前面装一个万向轮。这样，当两个直流电机转向相反同时转速相同时就能实现电动车的原地旋转，这样可以轻松的实现小车坐标不变的90度和180度的转弯。
在安装时我们保证两个驱动电机同轴。当小车前进时，左右两驱动轮与后万向轮形成了三点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳，可以避免出现后轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心的偏移，前万向轮起支撑作用。
（2）单片机芯片的选择
选择AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器。该件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。单片机最小系统电路图如图1-3
图1-3单片机最小系统电路
单片机端口分配如下：
P0.0-P0.7端口分配给步进电机驱动板的控制端；
P1.0-P1.7端口分配给液晶显示器的数据端；
P3.5-P3.7端口分配给液晶显示器的控制端；
P2.0-P2.2端口分配给三路光电寻迹检测电路的信号端；
P3.0-P3.3端口分配给四个按键的控制端；
P2.6-P2.7端口分配给步进电机驱动电路板中的两块驱动芯片L298N的使能端。
(3)电机的选择
对于智能小车来说，其驱动轮的驱动电机的选择就显得十分重要。由于要实现对寻迹路线的准确定位和精确测量，我们综合考虑以下方案。
采用步进电机作为本系统的驱动电机。因为其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有许多优点，但步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。经综合比较考虑，我们放弃了此方案。
(4)电机驱动模块
由于自动小车采用了前面使用万向轮，两个后轮各一个电机驱动的驱动方式，所以可使电动车旋转360度，这样即使前后方都碰到障碍物的时候，电动车也可以通过在原地不断旋转的方式找到避免撞击障碍物的线路。
利用LM298及其外部辅助电路和电机构成驱动电路。单片机控制口接两个LM298的八个输入控制端。两个L298的八个输出端接步进电机。
二、单元硬件电路设计
（一）电源电路模块
在本设计中，我选用一个简单的电源电路，该电源模块提供了+7.2V、+5V，也可为其他电路系统供电，达到有效的利用。220V的交流电压通过整流桥，经过滤波，再通过LM2940C集成稳压管得到稳定的+7.2V的直流稳压电源，在通过LM2940C集成稳压管得到稳定的+5V的直流稳压电源。电路原理图如图2-1所示：
图2-1电源电路
日期： 2012年10月20日 【摘要】
随着自动化生产的日益发展，机械手、机器人、自动化生产线都得到了大力开发，本次设计是为自动化生产线设计一款自动送料的智能小车。采用ATMEL公司中的AT89S51单片机为控制核心，在最小系统的基础上，通过对外围传感器信号和控制按键的检测。对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试，并最终完成软件和硬件的融合，从而实现使智能小车可以按照设定轨迹实现合理运动。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】AT89S51单片机、智能小车、步进电机、自动循迹等。
引言 1
一、系统设计 2
（一）设计要求 2
（二）总体设计方案 2
二、单元硬件电路设计 5
（一）电源电路模块 5
（二）光电寻迹模块 5
（三）时钟及复位电路 6
（四）按键控制模块设计 8
（五）LCD显示电路 8
（六）步进电机驱动设计电路 9
三、 系统软件设计 9
（一）主程序流程图 9
（二）步进电机方向及速度控制程序流程图 10
四、 系统调试 10
（一）硬件调试 10
（二）软件调试 11
附录 11
总结 14
参考文献 15
谢辞 16
引言
随着科技的发展，现如今的工业加工也越来越先进了，从原来的手动加工，在到半自动化的加工，最后到现在的全自动加工。随着时间的发展，全自动化将会是全世界最受欢迎的。自动化加工为加工带来了许多方便，也减少了一些安全事故。有些企业已经把自动化运用于工业上，比如说用机械手来夹取零件，这样可以减少人生事故的发生；有些企业把自动小车应用于工业自动加工上，自动小车可以为企业减少运输时间，这样就提高了效率；有的企业甚至全自动化无人操作，这样不仅减少了人力，更带来了经济效益。自动化将是未来的趋势。
如今在生产过程中已经出现许多自动化的机器如：机器人、自动小车、机械手臂等自动化机器。自动化生产方式带来了许多优点，如：效率高、速度快、人力资源少、安全性能高等优点。
本次设计是为自动化生产线配套设计一款智能送料小车，根据工厂实际情况，确定如下方案：小车从配料仓库出发到1号工位，由工位上的机械手取走物料，放置半成品，在到2号工位，再到3号工位，最后带成品回到仓库，循环运动。小车必须沿着黑色路线运行。期间接受工位的相应和暂停信号。
设计在原有小车基础上，采用ATMEL公司中的AT89S51单片机。以AT89S51单片机为控制核心，以反射式光电传感器检测小车要行走的路线，控制小车的自动寻迹，利用感应控制来实现对小车的启动、停止进行控制。
一、系统设计
（一）设计要求
为加工车间设计自动化生产线上的自动送料小车。该车间有三个工位和一个仓库，本设计要达到的要求如下：从仓库中取出材料运到1号工位，运到时小车自动停下，机械手取出材料，机械手再把1号工位加工好的零件放进小车内，小车感应后在运动到2号工位，到达2号工位后小车停止，机械手取出零件再把2号加工好的零件放入小车内，小车感应后运动到3号工位，到达3号工位后小车停止，机械手取出零件再把3号的零件放入小车，小车感应后运动到仓库，到达仓库小车停止，机械手取出加工好的零件再把材料放入小车内。小车需要依次循环运动。运动路线如图1-1。
图1-1工作路线
（二）总体设计方案
1、系统总体设计方案
要求设计并制作一个以单片机为控制核心的智能小车。采用步进电动机作动力，小车具有沿地面黑白线自动寻迹功能，操作者可以通过按钮启动小车可以能按照预定的要求自动运行。本系统采用AT89S51单片机为核心控制芯片，包括自动寻迹电路、电机驱动电路等。可以在小车车身装上LED显示小车的运行状况并通过汇编完成智能小车的监控装置。总体设计框图，如图1-2所示。
图1-2 步进电机驱动智能小车总体结构框图
2、基本模块设计方案
（1）车体设计
在已有的小车上，经过反复考虑论证，我们制定了左右两轮分别驱动，后万向轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同直流电机进行驱动，车体前面装一个万向轮。这样，当两个直流电机转向相反同时转速相同时就能实现电动车的原地旋转，这样可以轻松的实现小车坐标不变的90度和180度的转弯。
在安装时我们保证两个驱动电机同轴。当小车前进时，左右两驱动轮与后万向轮形成了三点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳，可以避免出现后轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心的偏移，前万向轮起支撑作用。
（2）单片机芯片的选择
选择AT89S51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器。该件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。单片机最小系统电路图如图1-3
图1-3单片机最小系统电路
单片机端口分配如下：
P0.0-P0.7端口分配给步进电机驱动板的控制端；
P1.0-P1.7端口分配给液晶显示器的数据端；
P3.5-P3.7端口分配给液晶显示器的控制端；
P2.0-P2.2端口分配给三路光电寻迹检测电路的信号端；
P3.0-P3.3端口分配给四个按键的控制端；
P2.6-P2.7端口分配给步进电机驱动电路板中的两块驱动芯片L298N的使能端。
(3)电机的选择
对于智能小车来说，其驱动轮的驱动电机的选择就显得十分重要。由于要实现对寻迹路线的准确定位和精确测量，我们综合考虑以下方案。
采用步进电机作为本系统的驱动电机。因为其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有许多优点，但步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。经综合比较考虑，我们放弃了此方案。
(4)电机驱动模块
由于自动小车采用了前面使用万向轮，两个后轮各一个电机驱动的驱动方式，所以可使电动车旋转360度，这样即使前后方都碰到障碍物的时候，电动车也可以通过在原地不断旋转的方式找到避免撞击障碍物的线路。
利用LM298及其外部辅助电路和电机构成驱动电路。单片机控制口接两个LM298的八个输入控制端。两个L298的八个输出端接步进电机。
二、单元硬件电路设计
（一）电源电路模块
在本设计中，我选用一个简单的电源电路，该电源模块提供了+7.2V、+5V，也可为其他电路系统供电，达到有效的利用。220V的交流电压通过整流桥，经过滤波，再通过LM2940C集成稳压管得到稳定的+7.2V的直流稳压电源，在通过LM2940C集成稳压管得到稳定的+5V的直流稳压电源。电路原理图如图2-1所示：
图2-1电源电路
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/mjsk/1987.html
