红外遥控玩具车的设计_毕业论文(编辑修改稿)

红外遥控玩具车的设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

值。 本章小结 本章主要讲述红外遥控小车所应用的技术目前的发展背景，阐明这次设计的目的，概括这次设计的主要任务及要求，并表述了红外遥控小车所代表的时代意义。 第 2 章 总体方案设计 3 第 2 章 总体方案设计 系统原理框图 按照设计要求，系统可以分为以下几个基本功能模块：无线遥控模块、显示模块、避障模块、循迹模块、显示 模块、电机驱动模块以及报警模块等。 将系统拆分成以上的这些基本功能模块后，再根据各个模块所要完成的功能分别去设计，也就是按照 “逐步求精 ”的思想去设计本系统，这将使设计工作细化，也有助于制定进度安排。 根据设计内容及要求将各个模块系统组架起来，画出系统原理框图，见图 21。 图 21 系统原理框图 主要功能模块方案设计与论证 本章节主要介绍的是主控模块、电机驱动模块、循迹模块、避障模块、遥控发射模块和电源模块的方案设计与论证，选出最适宜的方案。 主 控 系 统 电机驱动模块 遥控接收模块 循迹模块 避障模块 显示模块 遥控发射模块 遥控器芯片 复位模块 时钟振荡模块 电源模块 报警模块 吉林建筑工程学院电子信息科学与技术专业毕业论文 4 主控系统方案设计与论证 根据设计要求，我认为此设计属于多输入量的复杂程序控制问题。 据此，拟定了以下两种方案并进行了综合的比较论证，具体如下： 方案一： 选用一片 CPLD（如 EPM7128LC8415）作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。 CPLD 具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可利用 VHDL 语言进行编写开发。 但 CPLD 在控制上较单片机有较大的劣势。 同时， CPLD 的处理速度非常快，而小车的行进速度不可能太高，那么对系统处理信息的要求也就不会太高，在这一点上， MCU 就已经可以 胜任了。 若采用该方案，必将在控制上遇到许许多多不必要增加的难题。 为此，我们不采用该种方案，进而提出了第二种设想。 方案二： 采用单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车，以实现其既定的性能指标。 充分分析我们的系统，其关键在于实现小车的自动控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势 控制简单、方便、快捷。 这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。 因此，这种方案是一种较为理想的方案。 针对本设计特点 多开关量输入的复杂程序控制系统，需要擅长处理 多开关量的标准单片机，而不能用精简 I/O 口和程序存储器的小体积单片机， D/A、 A/D功能也不必选用。 根据这些分析 ,我选定了 AT89C51 单片机作为本设计的主控装置， 51 单片机具有功能强大的位操作指令， I/O 口均可按位寻址，程序空间多达8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是 51 单片机价格非常低廉。 电机驱动模块方案设计与论证 方案一： 采用继电器对电动机的开或关进行控制 ,通过开关的切换对小车的速度进行调整 .此方案的优点是电路较为简单 ,缺点是继电器的响应时间慢 ,易损坏 ,寿命较短 ,可靠性不高。 方案二 ： 采用电阻网络或数字电位器调节电动机的分压，从而达到分压的目的。 但电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。 更主要的问题在于一般的电动机电阻很小，但电流很大，分压不仅回降低效率，而且实现很困难。 方案三： 采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。 线性型驱动的电 第 2 章 总体方案设计 5 路结构和原理简单，加速能力强，采用由达林顿管组成的 H 型桥式电路 (如图22)。 用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，精确调整电动机转速。 这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高， H 型桥式电路保证了简 单的实现转速和方向的控制，电子管的开关速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的 PWM 调速技术。 现市面上有很多此种芯片，我选用了L298N。 这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。 因此决定采用使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。 9 0 1 38 0 5 08 0 5 08 5 5 08 5 5 01k4 1 4 84 1 4 84 1 4 84 1 4 81k9 0 1 31k1kP W M 1P W M 2 图 22 H 桥式电路 显示模块方案设计与论证 方案一： 采用数码管静态显示，一个锁存器对应一个数码管。 此方案虽然软件设计比较简单，但是硬件设计相对复杂，并且用数 码管进行状态显示很不直观。 方案二： 采用数码管动态显示，利用视觉暂留效应，通过对数码管进行不停的扫描来产生视觉效果。 这样硬件设计简单，但软件设计复杂，并且要占用太多 CPU 时吉林建筑工程学院电子信息科学与技术专业毕业论文 6 间。 对于本系统来说，由于 CPU 任务多，时间资源有限，此方案反而会使系统变得复杂而且难以调试。 并且用数码管显示不直观。 方案三： 为了能直观的显示出小车的各种状态，这里使用 LCD 液晶屏显示这样不仅能直观的显示出小车的运动状态，而且能显示小车的运动模式。 软件部分可以直接调用液晶屏对应的显示子程序，汉字代码可以在汉字显示字库里查询，直观方便。 综上方案，方案三直观方便， 是我设计 最佳的状态显示方案。 循迹模块方案设计与论证 方案一： 采用简易光电传感器结合外围电路探测，但实际效果并不理想，对行驶过程中的稳定性要求很高，且误测几率较大、易受光线环境和路面介质影响。 在使用过程极易出现问题，而且容易因为 该部件造成整个系统的不稳定。 故最终未采用该方案。 方案二： 采用 2 只红外对管，分别置于小车车身前轨道的两侧，根据两只光电开关接受到白线与黑线的情况来控制小车转向来调整车向，测试表明，只要合理安装好两只光电开关的位置就可以很好的实现循迹的功 能。 只不过如果小车运动速度 过快，由于惯性的缘故， 左右只有一级方向控制传感器的情况下， 不能很好地实现循迹功能， 有可能跨国黑线，导致整个设计所要求的功能不能很好地实现， 故未采纳此方案。 方案三： 采用同时在底盘装设 4 只红外对管，进行两级方向纠正控制，提高其循迹的可靠性。 这 4 个红外探测器的具体位置如图 23 所示。 图中循迹传感器共安装 4个，全部在一条直线上。 其中 R1 与 L1 为第一级方向控制传感器， R2 与 L2 为第二级方向控制传感器。 小车行走时，始终保持黑线在 R1 和 L1 这两个第一级传感器之间，当小车偏离黑线时，第 一级传感器一旦探测到有黑线，单片机就会按照预先编定的程序发送指令给小车的控制系统，控制系统再对小车路径予以纠正。 若小车回到了轨道上，即 4 个探测器都只检测到白纸，则小车会继续行走；若小车由于惯性过大依旧偏离轨道，越出了第一级两个传感器的探测范围，这时第二级动作，再次对小车的运动进行纠正，使之回到正确轨道上去。 可以看出，第二级方向传感器实际是第一级的后备保护，从而提高了小车循迹的可靠性。 通过比较，我选择第三种方案来实现循迹 功能。 第 2 章 总体方案设计 7 图 23 小车底面仰视图 避障模块方案设计与论证 方案一： 采用一只红外对管置于小车中央。 其安装简易，也可以检测到障碍物的存在，但难以确定小车在水平方向上是否会与障碍物相撞，也不易让小车做出精确的转向反应。 方案二： 采用二只红外对管分别置于小车的前端两侧，方向与小车前进方向平行，对小车与障碍物相对距离和方位能作出较为准确的判别和及时反应。 但此方案过于依赖硬件、成本较高、缺乏创造性，而且置于小车左方的红外对管用到的几率很小，所以 最终未采用。 方案三： 采用超声波传感器置于小车右侧，方向与小车前进方向平行，当前方出现障碍物时，超声波传感器会收到信号，并将传给单片机，检测距离调整在 20cm 内，即只有在 20cm 之内有障碍时小车才会做出避让动作，在这个范围之外的障碍小车不予处理。 方案四： 采用一只红外对管置于小车右侧。 通过测试此种方案就能很好的实现小车避开障碍物，且充分的利用资源而不浪费。 通过比较，我采用方案三。 R2 L1 R1 L2 吉林建筑工程学院电子信息科学与技术专业毕业论文 8 电源模块方案设计与论证 方案一： 采用实验室有线电源通过稳压芯片供电，其优点是可稳定的提供 5V 电压，但占用资源 过大。 方案二： 采用 4 支 电池单电源供电，但 6V 的电压太小不能同时给单片机与与电机供电。 方案三： 采用 8 支 电池双电源分别给单片机与电机供电可解决方案二的问题且能让小车完成其功能。 所以，我选择了方案三来实现供电。 红外线模块方案设计与论证 由于在遥控端的按键数目有多个，而红外通道传输的只能是由 0、 1组成的串行代码，所以需要在发射端对按键进行 “并 串 ”编码，在接收端相应的要进行 “串 并 ”解码。 码的波特率在收、发两端应该是一致的。 方案一： 将红外码调制成 38KHZ 的脉冲信号通过红 外发射二极管将红外码发出。 不过这些工作都由一块集成电路完成，自己需要做的是搭建外围电路，当选定一种型号的发射 IC 后只要按照它的说明书上的典型电路搭建就可以了。 开始时参照了《电子制作》上的一篇论文，使用的是 NEC 的 upd6121，但是后来发现这种芯片不是很好买到，即所谓的市场货源不充足，这是电子制作必须考虑的问题，所以放弃了这款芯片，改选 HOTEK 的 HT6221，他们的性能及其外围电路几乎相同。 方案二： 采用台湾瑞昱公司生产的专用于遥控车模的 CMOS 大规模集成电路TX2/RX2，该编解码芯片具有 5 种控制 功能，使用方便。 TX2 的 11 脚和 12脚之间接的电阻决定振荡频率； 3 脚接地； 10 脚接 35V 电源； 14 脚、 1 脚、 4脚、 5 脚、 6 脚分别为 5 路发射控制端； 9 脚为发射指示端，当有按键按下时 LED1发光提示； 7 脚为带载波的编码信号输出端，即编码信号已经内调制到 38KHZ的载波上，该脚的信号通过一个 NPN 型三极管放大后可直接驱动红外发射二极管发射信号； 8 脚为不带载波的编码信号输出端。 接收电路 RX2 的 4 脚和 5 脚之间接的电阻阻值要和 TX2 的 11 脚、 12 脚间的电阻阻值接近，相差在 20%之第 2 章 总体方案设计 9 内方可正确的解码，本设计中这两个 电阻都选用 150KΩ； 2 脚接地； 13 脚接 35V电源； 3 脚接输入信号，由一体化红外接收头 1838 输出的信号需要加一个反向器才是正确的编码信号； 6 脚、 7 脚、 10 脚、 11 脚、 12 脚为 5 路遥控命令的输出端，分别和 TX2 的 5 路输入端的状态相对应。 另外，为了方便操作，可以将TX2 的 5 路功能扩展成 9 功能，即在遥控发射端可以接 9 个按键。 这是通过对原先的 5 路输入进行组合得到的。 通过比较，两种方案都可实现无线遥控功能，不过方案二成本较高，所以选取方案一作为本次设计最终方案。 本章小结 本章将系统拆分成了若干个功 能模块，并且对系统关键部分进行了方案的分析与选择。 设计中采用一片 AT89C51 单片机来实现所有功能，在软件方面通过对结构的特殊设计，基本上实现了多任务并发运行，并且通过软件的分层结构将功能实现和具体的硬件分离开，这将给后续的各模块软件的设计带来方便。 吉林建筑工程学院电子信息科学与技术专业毕业论文 10 第 3 章 硬件设计 主控 系统 本 设计采用芯片 AT89C51 为主控芯片，下面开始介绍其结构特性和引脚功能。 AT89C51 简介 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。 AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。 该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51 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 AT89C51 是一种高效微控制器， AT89C2051 是它的一种精简版本。 AT89C51单 片机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。 AT89C51 单片机见图 31。 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0。