基于at89c52智能吸尘器控制系统设计

基于at89c52智能吸尘器控制系统设计内容摘要：

时时间长，稳定性能也高。 从上面方案上选择，我选择最后一个方案。 最终方案 1. Atmel 公司的 AT89C52 单片机作为主控制器 2. 采用光敏电阻组成光敏探测器 3. 采用超声波传感器组成超声波避障器 4. 采用应变式传感器来作垃圾桶检测装置 5. 采用步进电机作为该系统的驱动电机 6. 采用专用芯片 L298N 作为电机驱动芯片 7. 采用 静态扫描显示，并用七段译码芯 片 CD4511 驱动译码显示 8. 采用 3 节 可充电式锂电池作为主电源，再经 LDC TV 技术中的 DCDC 处理电路对电压进行转换处理 NE555 时基振荡电路作系统的延时时钟电路 第二章 硬件的实现及单 元 电路的设计 微控制器模块的设计 Atmel 公司的 AT89C52 是一个低功耗，高性能的 51 内核的 CMOS 8 位单片机，片内含8k 空间的可反复擦些 1000 次的 Flash 只读存储器，具有 256 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM）， 32 个 IO 口， 3 个 16 位可编程定时计数器。 并且，该系列的 51 单片机可以不用烧写器而直接用串口或并口就可以向单片机中下载程序。 另外，自己所设计的 51 最小系统板操作简单，使用方便。 并且，下载线也可以自己制作。 本系统的功能比较大，用到的 I/O 口也多，因此，为了满足要求，我采用了一块 I/O扩展芯片 8255 来扩展 AT89C52 单片机的 I/O 口。 下面 图 21 是 51 系统与 I/O 扩展芯片的电路图： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 0 J un 20 0 8 S he e t o f F i l e : C : \ D oc um e n t s a nd S e t t i ng s \ A dm i n i s t r a t o r \ 桌面 \ 智能吸尘器控制系统 \ 智能吸尘器控制系统 .d dbD r a w n B y :C 40 22 2p FC 40 32 2p FX 40 11 2M H ZR 40 11 0KC 40 1 1 0μ FK 40 1P P P P P P P P1.0P1.1VSSXTAL2XTAL1PSENA L EEAR S TP P3.7P3.5P3.4P3.3P3.2P3.1P3.0P P P P P P P P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P V C CP3.6P1.2U 40 1A T 8 9C 52R 40 2 1MUas_D_1Uas_D_2IR_D_1IR_D_2IR_D_3PS_DN O / O F FT / O F FA D D _M I NA D D _W H E HP O W E R _ O N / O F FD1D2D3D4D5D6D7PA0PA1VSSRDWRCSA0A1R S E TP B 5PC7PC5PC4PC3PC2PC1PC0P B 7P B 6P B 4P B 3P B 2P B 1P B 0PA7PA6PA5PA4PA3D0V C CPC6PA2U 40 28 52 2RDWRCSA1A0A1A0CSL E D _AL E D _BL E D _CL E D _BL E D 1L E D 2L E D 3EAA L EI N T 0I N T 1P S E NV C C M C UF B 4 01+ 5VV C C M C UAMP_INRDWRCPP or t RP or t R 1P or t R 2P or t R 3P or t R 4PortL4PortL3PortL2PortL1PortLCP ON/OFF 图 21 AT89C52 单片与的 I/O 接口电路 光电对管 寻迹 电路的设计 按上面方案比较的要求，我设计了两种光电对管寻迹电路，并且对这两种电路再次进行比较、分析与调试。 选 出最佳的电路。 光电 对 管 寻迹 电路的设计分析 本系统的寻迹电路是由光电对管对外部环境的采集转换， 在通过信号处理电路后在送入单片进行处理。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 3 J u n 2 00 8 S he e t o f F i l e : G : \ 2 00 8 年毕业论文 \林谦谦 \ 1 . 智能吸尘器控制系统（毕业论文） \ 1 0. 设计与论文 \智能吸尘器控制系统 .d dbD r a w n B y :R 20 21 0kI R _DR P R 22 0R 20 3 47R 20 41kV T 2 01R 20 1 1 50V C C I R V C C I RV C C I RI R _D _ 1F B 2 01V C C 5 V C C I R 图 22 光电对管检测电路 A 图 22 所示电路中， R201 电阻是 起限流电阻的作用， 当光电对管 RPR200 中的发光二极管发射出光线后，如果 有光反射回来时，光电对管 RPR200 中的三极管 接收到反射光，导通， R202 电阻 的上端变为高电平，此时 VT201 饱和导通，三极管 VT201 的 集电极输出低电平。 如果 没有光反射回来时，光电对管 RPR200 中的三极管 接收不到反射， 不导通， R202 电阻 的上端 的电压很小，为低电平，此时 VT201 处于 截至 状态 ，其三极管 VT201 的 集电极输出高电平。 另外， 三极管 VT201 在该电路中起到滤波整形的作用。 经试验和示波器验证，该电路工作性能一般， 不是很完善， 输出还有杂散干扰波的成分。 如果输出加施密特触发器就可以实现良好的输出波形。 但是，此电路的供电电源的 压降 较大。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 3 J u n 2 00 8 S he e t o f F i l e : G : \ 2 00 8 年毕业论文 \ 林谦谦 \ 1 . 智能吸尘器控制系统（毕业论文） \ 1 0. 设计与论文 \ 智能吸尘器控制系统 .d dbD r a w n B y :R 20 11 50R 20 25 .1kR 20 45 .1KI R _DR P R 22 0T P _ R 2 03 1 0KU 20 1 L M 3 93 / AV C C I RI R + 1 2V C C I RI R _D _ 1YU 20 2A7 4F 041V C C I RF B 2 01V C C 5 V C C I RF B 2 02D 12 I R + 1 2 图 23 光电对管检测电路 B 图 23 所示电路中，是采用一个比较器来和 光电对管 构成的寻迹电路。 电路中的 可调电阻 R3 可以调节比较器的门限电压。 当 光电对管 RPR220 不工作时， 光电 对管 RPR220 中的接收管截至，＋ 5V 电压经过 R202 分压后输入比较器 U201 的同向输入端，经过比较器比较，同向输入端的电压大于反向输入端的电压，所以比较器 U201 的输出端将是一个高电平输出。 反之， 光电对管 RPR220 工作， 光电对管 RPR220 中的接收管导通，把输入比较的同向输入端的电压拉地掉，此时，比较器的同向输入端的电压小于反向输入端的是电压，所以比较器 U201 的输出端将是一个低电平输出。 经试验 和 经示波器 的验证 ， 比较器 输出波形相当规则，可以直接 供 单片机查询使用。 另外， 经试验验证 ， 给此电路供电的 电源的压 降较小。 因此我选择此电路作为我 的 寻迹电路。 为了让光电对管接收到反射光时送给单片的电平是高电平，而接收不到时接收到时送给单片机的电平为低电平。 我在这个寻迹电路送出的控制电平加个反向器就可实现。 这样，一可隐定寻迹电路送的的电平，二还可以在寻迹电路出异常时送给单片的信号与光电对管接收不到反射光的输出信号保持一致，以便于篇程。 寻迹光电对管的安装 在寻迹传感器的设计中，我 在 吸尘器的吸尘口与车体底盘之间的中端 装有 一 个传感器，用来起到寻迹的作用。 靠后一点的车体底盘两边成对称装上两 个传感器， 作为 场地边 界 的 检 测，这样可以防止 吸尘器 冲出场地。 超声波避障电路的设计 超声波 传感器 的 基本原理 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。 超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。 超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。 超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。 超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发 射超声波，也可以接收超声波。 小功率超声探头多作探测作用。 它 的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。 构成晶片的材料可以有许多种。 晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，使用前必须预先了解它的性能。 超声波传感器的主要性能指标 ： （ 1）工作频率。 工作频率就是压电晶片的共振频率。 当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。 （ 2）工作温度。 由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而 不产生失效。 医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。 （ 3）灵敏度。 主要取决于制造晶片本身。 机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。 超声波传感的表准工作频率一般是 30KHZ、 40KHZ、 70KHZ 这三种，一般常用的是 40KHZ。 所以本系统就是采用 40KHZ 频率的超声波传感器。 超声波 发射电路和设计 超声波发射电路是彩用一个超声波频率通过电声转换器将该频率成折射式发射在介质空间里。 本系统是设计一个 40KHZ 的超声波发射器。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 3 J u n 2 00 8 S he e t o f F i l e : G : \ 2 00 8 年毕业论文 \ 林谦谦 \ 1 . 智能吸尘器控制系统（毕业论文） \ 1 0. 设计与论文 \ 智能吸尘器控制系统 .d dbD r a w n B y :T R I G2Q3R4C V o l t5T H R6D I S7V C C8G N D1U 30 1N E 5 55C 30 21 0μC 30 30 .01 μC 30 11 00 μR 30 11 2KT P _ R 3 034 .7KR 30 2 1 00U a s _ O U TT C T 40 10 F 1F B 3 03V C C 9 D9D9D9 图 24 40kHZ 超声波发射电路 图 24 是 由 NE555 时基电路及外围元件构成 40kHZ 多谐振荡器电路，调节 电路中的可调 电阻器 TP_R303 阻值，可以改变振荡频率。 由 NE555 第 3 脚输出端驱动超声波换能器TCT4010F1，使之发射出超声波信号。 电路简单易制。 电路工作电压 9V，工作电流 40~50mA。 发射超声波信号大于 8mb。 超声波接收电路的设计 超声波接收电路是一个将接收到指定 超声波声信号转换成电信的转置，本系统设计的是一个 40KHZ 的超声波接收器。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t。