基于STC89C52RC单片机的智能小车的设计
基于STC89C52RC单片机的智能小车的设计[20200128193913]
摘 要
本设计下的智能小车，有手动控制和自动控制两种模式。手动控制模式下通过电脑对小车发送遥控指令，来控制小车的方向。自动模式下小车通过自身的超声波模块来辨别障碍物，并能够有效地避开障碍物。同时小车会不断地采集外界温度，并且反馈到电脑上。
设计中主要以单片机STC89C52RC为核心芯片控制整个电路。小车选用直流电机，并且采用L289N芯片对其进行驱动。温度采集选用了比较普及的18B20温度芯片。系统采用NRF24L01芯片构成小车与电脑之间的无线传输电路，由于多数笔记本电脑没有传统的9针串口，遂用CP2102芯片将USB转成串口，以达到单片机与电脑之间的通信。最后用VB在电脑上建立串口通信界面，用以总控制及信息显示。
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关键字:单片机,超声波,避障小车,串口通信
引 言 1
一 、总体设计方案 2
（一）设计要求 2
（二）系统设计方案 2
（三）总体设计 2
二、硬件的选择与组成 3
（一）单片机的选择 3
（二）避障模块 4
（三）电机驱动模块 5
（四）无线模块 6
（五）温度采集电路 8
（六）USB转串口芯片CP2102 9
三、软件程序流程图 10
（一）主流程图 10
（二）超声波流程图 11
（三）驱动模块流程图 12
（四）温度模块流程图 14
（五）无线模块流程图 17
（六）CP2102串口驱动 18
四、VB串口界面设计 18
（一）VB简介 18
（二）VB串口设计 19
总结 20
致谢 21
参考文献 22
附录一：下位机小车电路原理图 23
附录二：下位机数据收发电路原理图 24
附录四：下位机数据收发PCB 26
附录五：上位机VB程序 27
附录六：下位机数据收发程序 29
附录七：下位机小车程序 31
附录八：设计实物图 36
附录九：元器件清单 36
引 言
现代，人们对环境信息重视与日俱增，采集的方法也越来越多，然而，人力总归是有限的，在一些狭隘窄小的环境中，或者可能会存在危险的环境中，倘若人们自己去采集信息，是不容易的也是不安全的。所以，各种智能化自动化检测仪器屡见不鲜，为了简单模拟这种智能化自动化采集信息的方法，本设计遂设计了一款集手动自动控制，信息采集与反馈为一身的智能小车。
智能小车是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统，随着计算机科学的发展，可以通过单片机控制来实现对其行驶方向、启动、停止以及速度的控制，并且操作人员可以通过上位机控制智能小车来改变它的行驶方式。因此智能车可以解决一些特殊环境下人力无法完成的任务。
本课题所设计的利用单片机控制的智能小车，系统采用单片机为控制核心，利用自制小车或玩具小车进行小车的模拟，采用超声波避障模块进行障碍物的检测，单片机控制避障模块发射和接收，通过相应的程序处理，判断障碍物的位置。根据检测情况由单片机控制电机驱动模块，控制小车电机的正反转实现小车的转向，启动等相应动作，来实现避开障碍物。同时也可以通过上位机实现对其控制，即手动控制。并且，智能小车还可以采集外界信息并反馈到上位机。软件采用所学的C语言来实现，实用性大，上位机软件编辑采用VB来实现，比较简单。
一 、总体设计方案
（一）设计要求
1、手动模式下，利用串口界面控制小车前进方向。
2、自动模式下，在小车行驶过程中，100ms启动一次超波模块，对前方路况进行检测，当障碍物小于15cm时，小车自动左转。
3、实时采集外界温度。
4、实现无线传输。
（二）系统设计方案
根据设计要求，为了便于调试和改进，采用模块化设计。系统可分为：微控制器、避障模块、电机驱动模块、温度模块、USB转串口模块，上位机。系统框图如图1所示。
图1 系统框图
（三）总体设计
对于主控芯片STC89C52RC，本设计需要5V电源，考虑到单片机电压在3V到5.5V之间，为简便起见，遂采用3节1.5V干电池所代替。电机采用6V电压驱动，用4节1.5V干电池代替。设计采用两种模式，手动模式下，利用上位机软件实现对小车的控制。自动模式下，小车通过超声波模块自动辨别障碍物。超声波避障模块，采用购买的现成的超生波发射接收模块，通过单片机控制超声波模块去小车行驶道路上的障碍物进行检测，然后单片机通过处理反馈的信息，判断障碍物的距离，进而发出指令控制驱动模块，控制小车实现转向，达到避障的目的。温度测量，选用市面上最常用的18B20温度芯片，精度高，使用简单。无线传输模块，采用购买的现成NEF24L01无线传输模块。由于多数笔记本电脑没有传统的9针串口，遂用CP2102芯片将USB转成串口，以达到单片机与电脑之间的通信。
二、硬件的选择与组成
（一）单片机的选择
1、单片机的选择
市面上有很多可供选择的单片机，但是作为性价比较高实用性较强的的51型单片机之一的宏晶89C系列单片机是学生使用较为普遍的的单片机之一，所以在此本设计选用宏晶89C52RC单片机，作为主控芯片。
2、STC89C52简介
STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。STC89C52拥有4个I/O口P0，P1，P2，P3，和3个16位定时器，8K的程序存储空间足够我们一般编程使用。其引脚图如图2所示。
图2 STC89C52 引脚图
3、STC89C52最小系统电路
STC89C52单片机的引脚排序和一般的89C51相同，其最小系统也十分简单，单片机的复位只需要在复位脚上有持续两个周期的高电平即可。其时钟电路也是有一个11.0529MHZ的晶振并联两个30pF的瓷片电容，然后分别连接到单片机的时钟引脚X1，X2。复位、时钟以及89C52电路原理图如图3所示。
图3 89C51最小系统电路图
（二）避障模块
1、避障模块的选择
方案一：
采用红外避障。红外避障的基本原理是发光管发出红外光，光敏接收管接收前方物体反射光，据此判断前方是否有障碍物。根据反射光的强弱可以判断物体的距离，原理是接收管接收的光强随反射物体的距离而变化，距离近则反射光强，距离远则反射光弱。
方案二：
采用超声波避障。超声波彼长的基本原理是采用超声波反射的原理，声波在传输的过程中遇到障碍物返回，超声波模块有一个超声波发射探头和一个接收探头，在避障时，超声波模块发出超声波，然后再计算其与接收到超声波的时间间隔差，从而判断障碍物与本身的距离，其计算公式是S=340*T/2。
经比较，方案一探测距离比较短，且易受外界干扰。方案二超声波检测障碍物的精度高，反映灵敏，受外界干扰小，计算简单、易于做到实时控制。所以，本设计选择第二种方案。
2、HC-SR04的工作原理及电路连接
本设计采用所购买的HC-SR04模块，实物图如图4所示。该模块可提供2cm-450cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达到3cm，模块包括超生波发射器，接收器与控制电路。HC-SR04工作原理如下：
1、采用IO口TRIG触发测距，给至少给10us的高电平；
2、模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；
3、有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。
摘 要
本设计下的智能小车，有手动控制和自动控制两种模式。手动控制模式下通过电脑对小车发送遥控指令，来控制小车的方向。自动模式下小车通过自身的超声波模块来辨别障碍物，并能够有效地避开障碍物。同时小车会不断地采集外界温度，并且反馈到电脑上。
设计中主要以单片机STC89C52RC为核心芯片控制整个电路。小车选用直流电机，并且采用L289N芯片对其进行驱动。温度采集选用了比较普及的18B20温度芯片。系统采用NRF24L01芯片构成小车与电脑之间的无线传输电路，由于多数笔记本电脑没有传统的9针串口，遂用CP2102芯片将USB转成串口，以达到单片机与电脑之间的通信。最后用VB在电脑上建立串口通信界面，用以总控制及信息显示。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机,超声波,避障小车,串口通信
引 言 1
一 、总体设计方案 2
（一）设计要求 2
（二）系统设计方案 2
（三）总体设计 2
二、硬件的选择与组成 3
（一）单片机的选择 3
（二）避障模块 4
（三）电机驱动模块 5
（四）无线模块 6
（五）温度采集电路 8
（六）USB转串口芯片CP2102 9
三、软件程序流程图 10
（一）主流程图 10
（二）超声波流程图 11
（三）驱动模块流程图 12
（四）温度模块流程图 14
（五）无线模块流程图 17
（六）CP2102串口驱动 18
四、VB串口界面设计 18
（一）VB简介 18
（二）VB串口设计 19
总结 20
致谢 21
参考文献 22
附录一：下位机小车电路原理图 23
附录二：下位机数据收发电路原理图 24
附录四：下位机数据收发PCB 26
附录五：上位机VB程序 27
附录六：下位机数据收发程序 29
附录七：下位机小车程序 31
附录八：设计实物图 36
附录九：元器件清单 36
引 言
现代，人们对环境信息重视与日俱增，采集的方法也越来越多，然而，人力总归是有限的，在一些狭隘窄小的环境中，或者可能会存在危险的环境中，倘若人们自己去采集信息，是不容易的也是不安全的。所以，各种智能化自动化检测仪器屡见不鲜，为了简单模拟这种智能化自动化采集信息的方法，本设计遂设计了一款集手动自动控制，信息采集与反馈为一身的智能小车。
智能小车是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统，随着计算机科学的发展，可以通过单片机控制来实现对其行驶方向、启动、停止以及速度的控制，并且操作人员可以通过上位机控制智能小车来改变它的行驶方式。因此智能车可以解决一些特殊环境下人力无法完成的任务。
本课题所设计的利用单片机控制的智能小车，系统采用单片机为控制核心，利用自制小车或玩具小车进行小车的模拟，采用超声波避障模块进行障碍物的检测，单片机控制避障模块发射和接收，通过相应的程序处理，判断障碍物的位置。根据检测情况由单片机控制电机驱动模块，控制小车电机的正反转实现小车的转向，启动等相应动作，来实现避开障碍物。同时也可以通过上位机实现对其控制，即手动控制。并且，智能小车还可以采集外界信息并反馈到上位机。软件采用所学的C语言来实现，实用性大，上位机软件编辑采用VB来实现，比较简单。
一 、总体设计方案
（一）设计要求
1、手动模式下，利用串口界面控制小车前进方向。
2、自动模式下，在小车行驶过程中，100ms启动一次超波模块，对前方路况进行检测，当障碍物小于15cm时，小车自动左转。
3、实时采集外界温度。
4、实现无线传输。
（二）系统设计方案
根据设计要求，为了便于调试和改进，采用模块化设计。系统可分为：微控制器、避障模块、电机驱动模块、温度模块、USB转串口模块，上位机。系统框图如图1所示。
图1 系统框图
（三）总体设计
对于主控芯片STC89C52RC，本设计需要5V电源，考虑到单片机电压在3V到5.5V之间，为简便起见，遂采用3节1.5V干电池所代替。电机采用6V电压驱动，用4节1.5V干电池代替。设计采用两种模式，手动模式下，利用上位机软件实现对小车的控制。自动模式下，小车通过超声波模块自动辨别障碍物。超声波避障模块，采用购买的现成的超生波发射接收模块，通过单片机控制超声波模块去小车行驶道路上的障碍物进行检测，然后单片机通过处理反馈的信息，判断障碍物的距离，进而发出指令控制驱动模块，控制小车实现转向，达到避障的目的。温度测量，选用市面上最常用的18B20温度芯片，精度高，使用简单。无线传输模块，采用购买的现成NEF24L01无线传输模块。由于多数笔记本电脑没有传统的9针串口，遂用CP2102芯片将USB转成串口，以达到单片机与电脑之间的通信。
二、硬件的选择与组成
（一）单片机的选择
1、单片机的选择
市面上有很多可供选择的单片机，但是作为性价比较高实用性较强的的51型单片机之一的宏晶89C系列单片机是学生使用较为普遍的的单片机之一，所以在此本设计选用宏晶89C52RC单片机，作为主控芯片。
2、STC89C52简介
STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。STC89C52拥有4个I/O口P0，P1，P2，P3，和3个16位定时器，8K的程序存储空间足够我们一般编程使用。其引脚图如图2所示。
图2 STC89C52 引脚图
3、STC89C52最小系统电路
STC89C52单片机的引脚排序和一般的89C51相同，其最小系统也十分简单，单片机的复位只需要在复位脚上有持续两个周期的高电平即可。其时钟电路也是有一个11.0529MHZ的晶振并联两个30pF的瓷片电容，然后分别连接到单片机的时钟引脚X1，X2。复位、时钟以及89C52电路原理图如图3所示。
图3 89C51最小系统电路图
（二）避障模块
1、避障模块的选择
方案一：
采用红外避障。红外避障的基本原理是发光管发出红外光，光敏接收管接收前方物体反射光，据此判断前方是否有障碍物。根据反射光的强弱可以判断物体的距离，原理是接收管接收的光强随反射物体的距离而变化，距离近则反射光强，距离远则反射光弱。
方案二：
采用超声波避障。超声波彼长的基本原理是采用超声波反射的原理，声波在传输的过程中遇到障碍物返回，超声波模块有一个超声波发射探头和一个接收探头，在避障时，超声波模块发出超声波，然后再计算其与接收到超声波的时间间隔差，从而判断障碍物与本身的距离，其计算公式是S=340*T/2。
经比较，方案一探测距离比较短，且易受外界干扰。方案二超声波检测障碍物的精度高，反映灵敏，受外界干扰小，计算简单、易于做到实时控制。所以，本设计选择第二种方案。
2、HC-SR04的工作原理及电路连接
本设计采用所购买的HC-SR04模块，实物图如图4所示。该模块可提供2cm-450cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达到3cm，模块包括超生波发射器，接收器与控制电路。HC-SR04工作原理如下：
1、采用IO口TRIG触发测距，给至少给10us的高电平；
2、模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；
3、有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。
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