毕设基于wifi控制的智能小车报告

毕设基于wifi控制的智能小车报告内容摘要：

信号，提取有效指令位并储存起来。 同时， MCU 根据采集到的指令使相应的 I/O 口执行相应的电平输出，从而达到 控制驱动模块的目的。 STC12C5A60S2 单片机 本 设计采用的是 STC12C5A60S2 单片机 ，该单片机 是 由 宏晶科技生产的单时钟 /机器周期 (1T)的单片机 ， 是高速 、 低功耗 、 超强抗干扰的新一代 8051 单片机 ， 指令代码完全兼容传统 8051 单片机， 但速度快 812 倍。 STC12C5A60S2 单片机中包含中央处理器(CPU)、程序存储器 (Flash)、数据存储器 (SRAM)、定时 /计数器、 UART 串口、串口 I/O 接口、高速 A/D 转换、 SPI 接口、 PCA 模块 、看门狗及片内 R/C 振荡器和外部晶体振荡电路 等模块， 几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称 得上一 个片上系统。 由于其超强抗干扰的特性，在 电机控制 等 强 干扰场合 应用比较广泛。 主要特点： （ 1） 增 强 型 8051CPU， 1T 单时钟 /机器周期，指令代码完全兼容传统 8051； （ 2） 工作电压： ～ ； （ 3） 工作频率范围： 0～ 35MHz，相当于普通 8051 单片机 的 0～ 420MHz； （ 4） 用户应用程序空间 60K， 片上集成 1280 字节 RAM； 有内部 EEPROM 功能 ； （ 5） 通用 I/O 口（ 36/40/44 个），复位后为：准双向口 /弱上拉（普通 8051 传统I/O 口）， 也 可 通过寄存器 设置成准双向口 /弱上拉，强推挽 /强上拉，仅为输入 /高阻，开漏 四种模式。 每个 I/O 口驱动能力均可达到 20mA，但整个芯片最大不要超过 120mA； （ 6） ISP（在系统可编程） /IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（ ）直接下载用户程序，数 秒 即可完成 ； （ 7） 内部集成 MAX810 专用复位电路（外部晶体 12M 以下时，复位脚可直接 1K电阻到地） ； （ 8） 集成 外部掉电检测电路 ， 在 口有一个低压门槛比较器， 比较电压 为，误差为177。 5%； （ 9） 时钟源：外部高精度晶体 /时 钟，内部 R/C 振荡器 (温漂为177。 5%～177。 10%以内 )。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 10 用户在下载用户程序时，可选择使用内部 R/C 振荡器或者外部晶体 /时钟。 常温下内部R/C 振荡器频率为 11MHZ～ 17MHZ。 精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准 ； （ 10） 共 4个 16 位定时器 ， 两个与传统 8051 兼容的定时器 /计数器 ， 16 位定时器T0和 T1，没有定时器 2， 但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器 ， 再加上 2路 PCA 模块可再实现 2 个 16位定时器 ； （ 11） 2 路 PWM/PCA（可编程计数器阵列）， 可用来当做 2 路 D/A 使用， 也可设置成 2 个定时器， 或者 用来再实现 2 个外部中断 (上升沿中断 /下降沿中断均可分别或同时支持 )； （ 12） 8 路 A/D 转换 ， 10 位精度 ADC，转换速度可达 250K/S(每 秒 钟 25万次 )； （ 13） 通用全双工异步串行口 (UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用定时器或 PCA 软件实现多串口 功能； （ 14） 工作温度范围： 40～ +85℃ (工业级 )/0～ 75℃ (商业级 )； （ 15） 封装 有 LQFP48， LQFP44， PDIP40， PLCC44， QFN40 五种。 当 I/O 口不够 用 时，可用 2 到 3根普通 I/O 口线外接 74HC164/165/595（均可级联）来扩展 I/O 口，还可用 A/D 做按键扫描来节省 I/O 口，或用双 CPU， 三线通信，还多了串口。 本设计采用的是 PDIP40 封装芯片，其管脚图如图 32所示： 图 32 STC12C5A60S2 单片机 PDIP40封装引脚图 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 11 实物图如图 33所示： 图 33 STC12C5A60S2 单片机 PDIP40 封装实物图 STC12C5A60S2 单片机 ISP（ 在系统可编程 ） 系统 STC12C5A60S2 单片机具有 ISP（ 在系统可编程） 功能 ，无需专用编程器，可通过串口（ ）直接下载用户程序， ISP(在 系统可编程 )原理图如图 34所示： 图 34 STC12C5A60S2 单片机 ISP(在 系统可编程 )原理图河南理工大学毕业设计（论文）说明书 12 该图中上半部分是利用 MAX232 芯片搭建电平转换电路，通过 9 针串口连接 USB 转串口线，然后 USB 转串口线的 USB 接头连接电脑，这样就搭建好了在系统编程的硬件电路。 复位电路包括两个，当时钟频率低于 12MHZ 时，可以使用左侧 C6， R5 搭建的复位电路，此时只应插上 J4 短路帽。 当时钟频率高于 12MHZ 时，建议使 用第二复位功能脚，如图由 R R7组成的低电平检测复位电路，此时应只插上 J5 短路帽。 本设计使用的是 12MHZ 晶振，所以使用左侧由 C6， R5 搭建的复位电路即可。 外部有源晶振电路是有两个 30PF 的电容和晶振组成的，当外部时钟频率在 33MHZ以上时，建议直接使用外部有源晶振。 如果使用内部 R/C 振荡器时钟 (室温情况下为 :11MHZ～ 17MHZ)， XTAL1 和 XTAL2 脚浮空。 本设计使用的是 12MHZ 晶振，可以选择使用内部 R/C 振荡器，但是使用内部 R/C 振荡器有一个弊端就是精确度不高，然而本设计需要使用串口 ，要用到波特率发生器，所以为了精确起见，最终还是选择了使用外部有源晶振。 STC12C5A60S2 单片机串口 通信 模块 本设计中主要用到了该单片机的串口通信模块，一方面是为了下载程序，另一方面是接收来自 wifi 模块的信号。 STC12C5A60S2 单片机具有 2 个采用 UART 工作方式的全双工串行通信接口 (串口 1和串口 2)。 每个串行口由 2个数据缓冲器、一个移位寄存器、一个串行控制寄存器和一个波特率发生器等组成。 每个串行口的数据缓冲器由 2 个互相独立的接收、发送缓冲器构成，可以同时发送和接收数据。 发送缓 冲器只能写入 而 不能读出，接收缓冲器只能读出 而 不能写入，因 而两个缓冲器可以共用一个地址码。 串行口 1的两个缓冲器共用的地址码是 99H， 串行口2的两个缓冲器共用的地址码是 9BH。 串行口 1的两个缓冲器统称为 SBUF， 串行口 2的两个缓冲器统称 S2BUF。 STC12C5A60S2 单片机串行口 1对应的硬件部分是 TxD/ 和 RxD/ 引脚，串行口 2对应的硬件部分是。 因为在整个系统中下载程序和接收 wifi数据不同时，所以只使用了串行口 1 作为通信串口。 STC12C5A60S2 单片机的两个串行口都有 4种工作方式， 分别为方式 0、 3四种，可通过 串行控制寄存器 SCON 中的 SM0 和 SM1 两个位来选择所需的工作方式。 主机 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 13 可通过查询或中断方式对接收 /发送进行程序处理，使用十分灵活。 详见表 31。 表 31 STC12C5A60S2 单片机串口通信工作模式 该单片机内部集成了独立波特率发生器 BRT，同时也保留了定时器 1作为波特率发生器的功能。 通信时的波特率随 所选工作模式的不同 而变化。 因为 wifi 模块传输的是 16进制的数据，所以选用了方式 1， 8 位 UART 进行数据传输。 同时选用了独立波特率发生器，可以释放定时器 1。 SM0 SM1 工作方式 功能说明 波特率 0 0 方式 0 同步移位串行方式：移位寄存器 当 UART_M0x6=0 时，波特率是 SYSclk/12当 UART_M0x6=1 时，波特率是 SYSclk/2 0 1 方式 1 8位 UART，波特率可变 （ 2SMOD/32） *（定时器 1的溢出率或 BRT独立波特率发生器的溢出率） 1 0 方式 2 9位 UART，波特率固定 （ 2SMOD/64） *时钟频率 1 1 方式 3 9位 UART，波特率可变 （ 2SMOD/32） *（定时器 1的溢出率或 BRT独立波特率发生器的溢出率） 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 14 电源模块 电源是一个系统正常工作的基础，电源模块为系统其他各个模块提供所需要的能源保证，因此电源模块的设计至关重要。 智能小车 系统中 需要 供电的部分包括： MCU 系统模块 、 wifi 模块和 电机驱动模块等。 如图 35所示： 图 35 电源模块供电系统图 选用的电池： 因为小车是双电机驱动，需要的电能比较多，同时其他模块也需要供电，所以需要选择容量比较大的电池。 本设计选用的是 、 2020mAh 的镍镉电池 ，如图 36所示。 该电池容量大，提供的驱动电流可达 10A 以上，可以稳定的给各个模块供电。 图 36 电池稳压芯片 5V wifi 模块 MCU 系统 电机驱动 电机驱动 电池 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 15 电源模块的设计 设计中，除了需要考虑电压范围和电流容量等基本参数外，还要在电源转换效率、噪声、干扰和电路 复杂程度 等方面进行优化。 可靠的电源方案是整个硬件电路稳定可靠运行的基础。 电源模块由若干相互独立的稳压电源电路组成。 在本设计中，除了电机驱动模块的电源是直接取自电池外，其余各个模块的工作电压都需要经过稳压芯片来实现。 由于电路中的不同模块所需要的工作电流容量各不相同，因此电源模块应该包含 多个稳压电路， 保证为每个模块提供足够的电能。 稳压芯片的选择 稳压芯片作用是输出恒定的电压 ， 三个模块的 工作 电压都是 5V，所以最后选择了LM29405稳压芯片。 LM29405 系列稳压芯片是输出电压固定的低压差三端稳压器， 输出电压是 5V， 比LM7805 系列稳压芯片的转换效率高， LM7805 系列直接输入不接输出的情况下，其内部还会有 3mA 的静态电流消耗， 而 LM2940 系列元件的静态电流就远远比它小得多。 最大输出电流 1A，当输出 1A电流时，最小输入输出电压差小于 ；最大输入电压 26V；工 作温度 40～ +125℃；内含静态电流降低电路、电流限制、过热保护、电池反接和反插入保护电路。 LM29405 芯片 有两种封装，分别为 TO263 和 TO220，如图 37所示 ，两种封装都是三个管脚，正视图从左向右依次是 Vin、 GND 和 Vout。 本设计中采用的是 TO220 封装，可以外加散热片。 图 37 LM29405 稳压 芯片 封装图河南理工大学毕业设计（论文）说明书 16 电源模块电路图 根据每个模块的特点，最终确定用三个稳压电路分别给设计中的三个 工作 模块供电。 其中 wifi 模块所需要的电流最大，因为它要承担摄像头的工作电能。 MCU 系统和电机驱动的逻辑电平不需要太大的电流，但是因为两者需要隔离以防止电机工作电流太大而影响 MCU 的正常工作，所以这两个模块也选择了分别供电。 电路图如图 38 所示： 图 38 基于 LM29405 的电源模块电路图 图中 Power 是电池接口， LM2940 两端的电容可以起到 滤波 、 储能 和 防止稳压器振荡的作用。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 17 电机驱动模块 驱动模块主要是为电机提供比较大的工作电流，同时可以通过驱动模块实现电机的正反转，从而可以让小车完成工作动作。 驱动芯片的选择 本设计中，小车用的是双驱直 流电机，所以需要两个驱动全桥来分别控制两个电机。 鉴于两个电机功率都不是太大，而 L298N 驱动芯片集两。