89C52单片机自动避障智能直升飞机设计
89C52单片机自动避障智能直升飞机设计[20200128194452]
【摘要】 4
一、方案设计与论证 6
（一）主控芯片的选择 6
（二）直流电机驱动芯片的选择 6
（三）测距传感器的选择 6
（四）直流调速系统 6
（五）系统设计框图 7
二、硬件设计 8
（一）最小应用系统设计 9
1．时钟电路 10
2．复位电路 10
（二）直流电机驱动模块的设计 11
（三）检测障碍物的超声波模块设计 12
1．超声波发生器 12
2．压电式超声波发生器原理 12
3．超声波测距原理 12
4．超声波在本设计中的原理分析 13
三、软件设计 13
（一）超声波避障部分软件设计 14
1.超声波测距部分程序分析 15
（二）直流电机驱动部分软件设计 15
1.直流电机控制部程序分析 16
（三）软件抗干扰技术 16
1．数字滤波技术 16
2．开关量的软件抗干扰技术 17
3．指令冗余技术 17
4．软件陷阱技术 18
5．程序区 18
四、仿真数据分析及结论 18
（一）仿真数据分析 18
1．单片机控制直流电机遇障运转仿真 19
2．超声波测距 19
五、结论 19
六、致谢 20
七、参考文献 20
附录1： 22
附录2： 26
【摘要】
本课题主要是进一步了解和学习单片机应用技术，对此有更深的了解，并且通过单片机应用技术这个软件平台对单片机系统进行仿真设计与研究。
本系统采用89C52单片机为控制核心，利用超声波传感器检测障碍，然后把数据传送给单片机，当超声波检测到距离飞机前方50CM有障碍物时单片机就发出指令让飞机左转45度角，走20CM。如果前方50CM没有障碍物就直飞。如此通过超声波不断的循环检测周边环境的情况进行自动避障。该系统在驱动方面采用L298驱动直流无刷电机带动玩具遥控直升飞机运行。并且，用PWM系统调速,控制玩具遥控直升飞机前进的速度。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】89C52,PWM调速,电动直升机,超声波测距
引言 5
【Abstract】
The main task is to further understand and learn SCM application technology, have deeper understanding, and through the SCM application technology the software platform for single chip microcomputer system simulation design and research.
This system adopts 89C52 single chip microcomputer as the control core, the use of ultrasonic sensors detect obstacles, and then transmits the data to the microcomputer, when the ultrasonic detection to the distance from the plane in front of 50CM barrier chip sends instructions to the plane to the left angle of 45 degrees, go to 20CM. If there 50CM no obstacles to. So through ultrasonic continuous detection of circulating peripheral environment situation automatic obstacle avoidance. The system in the drive using L298 drive brushless DC motor drives the toy RC helicopter operation. And, with the PWM system control, control remote control toy helicopter forward speed.
【Key words】 89C52, PWM speed, electric helicopters, ultrasonic ranging
引言
随着航空工业的迅速发展，关于直升飞机的研究也就越来越受人关注。本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。设计的自动避障系统应该能够自动避障功能，能够实现最短距离达到指定位置终止飞行，控飞行速度。
根据题目的要求，本设计在现有玩具直升机的基础上，超声波传感器，实现对遥控直升飞机的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对遥控直升飞机的智能控制。
这种方案能实现对遥控直升飞机的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。本设计采用MCS-51系列中的89C52单片机。以89C52为控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，控制遥控直升飞机的自动避障，快慢速飞行，以及自动终止飞行。89C52是一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。它是第三代单片机的代表。
第三代单片机包括了Intel公司发展MCS-51系列的新一代产品，如8xC152﹑80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8xC451﹑8xC452,还包括了Philips﹑Siemens﹑ADM﹑Fujutsu﹑OKI﹑Harria-Metra﹑ATMEL等公司以80C51为核心推出的大量各具特色﹑与80C51兼容的单片机。新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩展，以实现Microcomputer完善的控制功能为己任，将一些外部接口功能单元如A/D﹑PWM﹑PCA(可编程计数器阵列)﹑WDT(监视定时器)﹑高速I/O口﹑计数器的捕获/比较逻辑等。这一代单片机中，在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线，为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。Philips公司还为这一代单片机80C51系列89xC52单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线——CAN(Controller Area Network BUS)。新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了良好的基础。
本设计就采用了比较先进的89C52为控制核心，采用专用电机驱动芯片L298，用超声波为探测传感器。该设计具有实际意义，可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面。在考古方面也应用到了超声波传感器进行检测。所以本设计现实意义很强。
一、方案设计与论证
根据题目的要求，确定如下方案： 在现有的玩具遥控直升飞机的基础上，加装超声波模块检测遥控直升飞机周边障碍物的实时情况。然后，超声波把数据回馈给遥控直升飞机，单片机发送相应的指令实现对遥控直升飞机的自动避障、运行状况的实时测量，从而达到利用单片机对遥控直升飞机的智能控制，自动避障的目的。
这种方案能实现对遥控直升飞机的运行状态进行实时控制，通过控制遥控直升飞机的适当速度，克服高速中无法灵活、高精度的控制遥控直升飞机。可基本满足对系统的各项要求。
（一）主控芯片的选择
能够实现本系统的主控芯片现在市场上有很多种类，如，MCS-51系列单片机AT89C52，AVR单片机 ，还有ARM等等。相对其他的主控芯片而言MCS-51系列单片机具有一下几点优势：
1．首先AT89C52单片机完全能够很好的完成本设计的所有功能。
2．AT89C52的外围电路简单，控制方便。
3．AT89C52价格相对其他控制芯片而言要便宜很多。
综合以上几点我在最终设计的时候选择了MCS-51系列单片机AT89C52来完成本设计。
（二）直流电机驱动芯片的选择
对于直流电机驱动芯片的选择首先我们要考虑它的输出功率能不能很好的驱动遥控直升机的两个直流电机。然后，考虑它的外围电路是否简单。还有就是考虑它的价格是否相对比较便宜。综合这些我最终选择我以前用过的我们大家都比较熟悉的电机驱动芯片L298。
（三）测距传感器的选择
随着科技的进步，传感器领域也相应得到了空前的发展。其在我们的各个领域应用的十分的广泛。对于本系统在传感器的选择上，在超声波传感器，红外传感器，激光传感器这三种的选择中不知道选择哪种更好。经过老师和几个专业人士的分析，考虑到对于传感器的选择上关键要它的抗干扰性，还有就是它的反应是否灵敏以及它的实用性。最后，经过实验得出红外传感器感应距离太短最多只有50CM，激光价格太昂贵不实用。所以最终选择了超声波传感器。
（四）直流调速系统
方案1：静止可控整流器。简称V-M系统。
方案2：脉宽调速系统。
V-M系统是当今直流调速系统的主要形式。它可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型，可实现平滑调速。V-M系统的缺点是晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。它的另一个缺点是运行条件要求高，维护运行麻烦。最后，当系统处于低速运行时，系统的功率因数很低，并产生较大的谐波电流危害附近的用电设备[5]。
采用晶闸管的直流斩波器基本原理与整流电路不同的是，在这里晶闸管不受相位控制，而是工作在开关状态。当晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上，当晶闸管关断时，直流电源与电动机断开，电动机经二极管续流，两端电压接近于零。脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），简称PWM。脉冲周期不变，只改变晶闸管的导通时间，即通过改变脉冲宽度来进行直流调速[3]。
与V-M系统相比，PWM调速系统有下列优点：
1．由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统的低速运行平稳，调速范围较宽，可达1：10000左右。由于电流波形比V-M系统好，在相同的平均电流下，电动机的损耗和发热都比较小。
【摘要】 4
一、方案设计与论证 6
（一）主控芯片的选择 6
（二）直流电机驱动芯片的选择 6
（三）测距传感器的选择 6
（四）直流调速系统 6
（五）系统设计框图 7
二、硬件设计 8
（一）最小应用系统设计 9
1．时钟电路 10
2．复位电路 10
（二）直流电机驱动模块的设计 11
（三）检测障碍物的超声波模块设计 12
1．超声波发生器 12
2．压电式超声波发生器原理 12
3．超声波测距原理 12
4．超声波在本设计中的原理分析 13
三、软件设计 13
（一）超声波避障部分软件设计 14
1.超声波测距部分程序分析 15
（二）直流电机驱动部分软件设计 15
1.直流电机控制部程序分析 16
（三）软件抗干扰技术 16
1．数字滤波技术 16
2．开关量的软件抗干扰技术 17
3．指令冗余技术 17
4．软件陷阱技术 18
5．程序区 18
四、仿真数据分析及结论 18
（一）仿真数据分析 18
1．单片机控制直流电机遇障运转仿真 19
2．超声波测距 19
五、结论 19
六、致谢 20
七、参考文献 20
附录1： 22
附录2： 26
【摘要】
本课题主要是进一步了解和学习单片机应用技术，对此有更深的了解，并且通过单片机应用技术这个软件平台对单片机系统进行仿真设计与研究。
本系统采用89C52单片机为控制核心，利用超声波传感器检测障碍，然后把数据传送给单片机，当超声波检测到距离飞机前方50CM有障碍物时单片机就发出指令让飞机左转45度角，走20CM。如果前方50CM没有障碍物就直飞。如此通过超声波不断的循环检测周边环境的情况进行自动避障。该系统在驱动方面采用L298驱动直流无刷电机带动玩具遥控直升飞机运行。并且，用PWM系统调速,控制玩具遥控直升飞机前进的速度。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】89C52,PWM调速,电动直升机,超声波测距
引言 5
【Abstract】
The main task is to further understand and learn SCM application technology, have deeper understanding, and through the SCM application technology the software platform for single chip microcomputer system simulation design and research.
This system adopts 89C52 single chip microcomputer as the control core, the use of ultrasonic sensors detect obstacles, and then transmits the data to the microcomputer, when the ultrasonic detection to the distance from the plane in front of 50CM barrier chip sends instructions to the plane to the left angle of 45 degrees, go to 20CM. If there 50CM no obstacles to. So through ultrasonic continuous detection of circulating peripheral environment situation automatic obstacle avoidance. The system in the drive using L298 drive brushless DC motor drives the toy RC helicopter operation. And, with the PWM system control, control remote control toy helicopter forward speed.
【Key words】 89C52, PWM speed, electric helicopters, ultrasonic ranging
引言
随着航空工业的迅速发展，关于直升飞机的研究也就越来越受人关注。本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。设计的自动避障系统应该能够自动避障功能，能够实现最短距离达到指定位置终止飞行，控飞行速度。
根据题目的要求，本设计在现有玩具直升机的基础上，超声波传感器，实现对遥控直升飞机的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对遥控直升飞机的智能控制。
这种方案能实现对遥控直升飞机的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。本设计采用MCS-51系列中的89C52单片机。以89C52为控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，控制遥控直升飞机的自动避障，快慢速飞行，以及自动终止飞行。89C52是一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。它是第三代单片机的代表。
第三代单片机包括了Intel公司发展MCS-51系列的新一代产品，如8xC152﹑80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8xC451﹑8xC452,还包括了Philips﹑Siemens﹑ADM﹑Fujutsu﹑OKI﹑Harria-Metra﹑ATMEL等公司以80C51为核心推出的大量各具特色﹑与80C51兼容的单片机。新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩展，以实现Microcomputer完善的控制功能为己任，将一些外部接口功能单元如A/D﹑PWM﹑PCA(可编程计数器阵列)﹑WDT(监视定时器)﹑高速I/O口﹑计数器的捕获/比较逻辑等。这一代单片机中，在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线，为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。Philips公司还为这一代单片机80C51系列89xC52单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线——CAN(Controller Area Network BUS)。新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了良好的基础。
本设计就采用了比较先进的89C52为控制核心，采用专用电机驱动芯片L298，用超声波为探测传感器。该设计具有实际意义，可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面。在考古方面也应用到了超声波传感器进行检测。所以本设计现实意义很强。
一、方案设计与论证
根据题目的要求，确定如下方案： 在现有的玩具遥控直升飞机的基础上，加装超声波模块检测遥控直升飞机周边障碍物的实时情况。然后，超声波把数据回馈给遥控直升飞机，单片机发送相应的指令实现对遥控直升飞机的自动避障、运行状况的实时测量，从而达到利用单片机对遥控直升飞机的智能控制，自动避障的目的。
这种方案能实现对遥控直升飞机的运行状态进行实时控制，通过控制遥控直升飞机的适当速度，克服高速中无法灵活、高精度的控制遥控直升飞机。可基本满足对系统的各项要求。
（一）主控芯片的选择
能够实现本系统的主控芯片现在市场上有很多种类，如，MCS-51系列单片机AT89C52，AVR单片机 ，还有ARM等等。相对其他的主控芯片而言MCS-51系列单片机具有一下几点优势：
1．首先AT89C52单片机完全能够很好的完成本设计的所有功能。
2．AT89C52的外围电路简单，控制方便。
3．AT89C52价格相对其他控制芯片而言要便宜很多。
综合以上几点我在最终设计的时候选择了MCS-51系列单片机AT89C52来完成本设计。
（二）直流电机驱动芯片的选择
对于直流电机驱动芯片的选择首先我们要考虑它的输出功率能不能很好的驱动遥控直升机的两个直流电机。然后，考虑它的外围电路是否简单。还有就是考虑它的价格是否相对比较便宜。综合这些我最终选择我以前用过的我们大家都比较熟悉的电机驱动芯片L298。
（三）测距传感器的选择
随着科技的进步，传感器领域也相应得到了空前的发展。其在我们的各个领域应用的十分的广泛。对于本系统在传感器的选择上，在超声波传感器，红外传感器，激光传感器这三种的选择中不知道选择哪种更好。经过老师和几个专业人士的分析，考虑到对于传感器的选择上关键要它的抗干扰性，还有就是它的反应是否灵敏以及它的实用性。最后，经过实验得出红外传感器感应距离太短最多只有50CM，激光价格太昂贵不实用。所以最终选择了超声波传感器。
（四）直流调速系统
方案1：静止可控整流器。简称V-M系统。
方案2：脉宽调速系统。
V-M系统是当今直流调速系统的主要形式。它可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型，可实现平滑调速。V-M系统的缺点是晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。它的另一个缺点是运行条件要求高，维护运行麻烦。最后，当系统处于低速运行时，系统的功率因数很低，并产生较大的谐波电流危害附近的用电设备[5]。
采用晶闸管的直流斩波器基本原理与整流电路不同的是，在这里晶闸管不受相位控制，而是工作在开关状态。当晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上，当晶闸管关断时，直流电源与电动机断开，电动机经二极管续流，两端电压接近于零。脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），简称PWM。脉冲周期不变，只改变晶闸管的导通时间，即通过改变脉冲宽度来进行直流调速[3]。
与V-M系统相比，PWM调速系统有下列优点：
1．由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统的低速运行平稳，调速范围较宽，可达1：10000左右。由于电流波形比V-M系统好，在相同的平均电流下，电动机的损耗和发热都比较小。
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