畢業(yè)設計--基于單片機的智能小車的設計

1、<p>　　基于單片機的智能小車的設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　智能作為現(xiàn)代社會的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預先設定的模式在一個特定的環(huán)境里自動的運作，無需人為管理，便可以完成預期所要達到的或是更高的目標。本設計主要體現(xiàn)多功能小車的智能模式，設計中的理論方案、分析方法及特色與創(chuàng)新點等可以為自動運輸機器人

2、、采礦勘探機器人、家用自動清潔機器人等自動半自動機器人的設計與普及有一定的參考意義。同時小車可以作為玩具的發(fā)展對象，為中國玩具市場技術含量的缺乏進行一定的彌補，實現(xiàn)經(jīng)濟收益，形成商業(yè)價值。</p><p>　　整個小車平臺主要以51單片機為控制核心，通過無線遙控實現(xiàn)前進后退和轉向行駛；通過LCD液晶顯示器，實現(xiàn)小車的坐標、溫度的顯示。同時當所在環(huán)境溫度高于預設值的情況下，停止工作并發(fā)出警報。</p>

3、<p>　　設計采用對比選擇，模塊獨立，綜合處理的研究方法。通過翻閱大量的相關文獻資料，分析整理出有關信息，在此基礎上列出不同的解決方案，結合實際情況對比方案優(yōu)劣選出最優(yōu)方案進行設計。</p><p>　　從電機車體，最小系統(tǒng)到無線遙控，GPS定位再到LCD顯示，完成各模塊設計。通過調試檢測各模塊，得到正確的信號輸出，實現(xiàn)其應有的功能。最后將各個調試成功的模塊結合到小車的車體上，結合程序，通過單片機的

4、控制，將各模塊有效整合在一起，達到所預期的目標，完成最終設計與制作，能使小車在一定的環(huán)境中智能化運轉。</p><p>　　關鍵詞：智能 STC12C5A60S2 GPS 綜合處理</p><p>　　Multifunctional Intelligent Vehicle Design Based on SCM</p><p><b>　　Abstract

5、</b></p><p>　　As a new product of modern society, intelligence is the trend in future development. It can work in some specific environment according to the mode which sets in advance. Dispensing with

6、behavior adjustment management, but it can achieve the expected， even higher goal. The design mainly reflected a smart-car model. The theoretical scheme, analysis method, uniqueness and innovation etc. that pointed in th

7、is paper, I think they are will be certain reference value in design and popularity of automa</p><p>　　The design takes micro-controller 51 as control center, use wireless control to make car go forward, go

8、backward or turn around; use LCD to show the temperature and the location.There will be a warning when the temperature level becomes too hot.</p><p>　　Using methods of contrast selection, module independence

9、, integrated treatment; consulting a large number of related literature and data; and listing different solution; according to practical situation and choose the best scheme to design.</p><p>　　The motor car

10、 body, the minimum system and wireless control, GPS and LCD, step by step, the design is forming gradually. And then, debugging and checking every single module, getting the correct signal output. Finally, combining prog

11、ram, conforming every module efficiently to make it work. </p><p>　　Key words: Intelligence STC12C5A60S2 GPS Combined Processing</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b&

12、gt;　　前 言1</b></p><p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p>　　第1.1節(jié) 選題背景2</p><p>　　第1.2節(jié) 研究目的與研究方法2</p><p>　　第1.3節(jié) 設計任務3</p><p>　　第2章 總體設計4<

13、/p><p>　　第2.1節(jié) 各模塊分析選擇4</p><p>　　第2.2節(jié) 總體設計框圖7</p><p>　　第3章 硬件設計9</p><p>　　第3.1節(jié) 單片機控制核心9</p><p>　　第3.2節(jié) 電機驅動模塊11</p><p>　　第3.3節(jié) LCD顯示模塊14&

14、lt;/p><p>　　第3.4節(jié) GPS模塊19</p><p>　　第3.5節(jié) 溫感報警模塊20</p><p>　　第3.6節(jié) 無線遙控模塊22</p><p>　　第4章 軟件設計24</p><p>　　第4.1節(jié) 主函數(shù)24</p><p>　　第4.2節(jié) 行走簡析24<

15、;/p><p>　　第4.3節(jié) 程序內(nèi)容26</p><p><b>　　結 論33</b></p><p><b>　　附 錄34</b></p><p><b>　　致 謝38</b></p><p><b>　　前

16、 言</b></p><p>　　現(xiàn)在智能設備是越來越受到人們的青睞，智能產(chǎn)品也是層出不窮，人們在感受這些智能產(chǎn)品給我們的生活生產(chǎn)帶來方便的同時，也對智能產(chǎn)品提出了更高的要求，現(xiàn)在出現(xiàn)了許多具有代表性的智能化產(chǎn)品，例如：智能機器人、無人駕駛飛機等，它們的出現(xiàn)都在不同程度上改變著我們的生活方式。</p><p>　　本設計以智能化全面發(fā)展的普及與應用為目的，整體開發(fā)過程簡單易

17、懂，所選擇的平臺與各電子元件恰當合理，無需花費過多的人力財力便可達到預期所要求各功能的實現(xiàn)，也符合課題研究的意義。設計的理論方案、分析方法及特色與創(chuàng)新點等對于國內(nèi)運輸機器人、勘探機器人等自動半自動機器人的設計與普及有一定的參考意義。小車也可以作為玩具的發(fā)展對象，為中國玩具市場技術含量的缺乏進行一定的彌補，實現(xiàn)經(jīng)濟收益，形成商業(yè)價值。同時作為高校設計研究課題，對學生的思維、動手能力以及總結論述等綜合能力得到充分鍛煉，有利于以后獨立及全面的

18、發(fā)展。</p><p>　　設計主要以簡易智能機器人為開發(fā)平臺，選擇通用、價廉的51單片機為控制平臺，選擇常見的電機模型車為機械平臺，通過細化設計要求，結合傳感器技術、電機控制技術、無線通信技術等相關知識實現(xiàn)小車的各種功能。設計并完成由LCD顯示電路、無線數(shù)傳、溫度傳感器以及GPS全球定位系統(tǒng)接收器的硬件模塊結合軟件設計組成多功能智能小車，共同實現(xiàn)小車的前進倒退、轉向行駛、坐標定位、檢測溫度和超出預設值報警等功能

19、，實現(xiàn)智能控制，達到設計目標。</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　第1.1節(jié) 選題背景</p><p>　　隨著機器人技術的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)某些只能固定于某一位置操作的機器人，如用于機械加工 、點焊、噴涂等用途的機器人，并不能滿足各方面的需求。因此，20 世紀 80 年代后期，許多國家開始有計劃的開展移動機器人

20、的研究。目前國內(nèi)外都以推出了多種移動機器人系統(tǒng)。如Pioneer 系列，climber 移動機器人等。所謂移動機器人就是一種具有高度自規(guī)劃、自組織、自適應能力，適合于在復雜的非結構化環(huán)境中工作的機器人[1]。而機器人的智能性按層次高低又有初級、中級和高級之分?？梢哉f，業(yè)界對于移動機器人的研究正是方興未艾。</p><p>　　進入20世紀以來，在科學探測活動中，由于自然條件、現(xiàn)場環(huán)境等原因，使工作人員無法深入現(xiàn)場

21、去收集環(huán)境信息。在這種社會大環(huán)境下智能小車憑借著其體形小、高行動力和智能控制等優(yōu)點無疑成為了最佳探測工具[2]。在人員無法到達的現(xiàn)場，最重要的就是能快速到達指定地點并快速獲取環(huán)境狀況。</p><p>　　這些都充分表明，智能小車雖然是在不斷發(fā)展，但是都難以在真實的災難現(xiàn)場發(fā)揮作用。相比之下，國內(nèi)對移動機器人的研究要晚于國外，因此我國的智能探測小車還有很大的發(fā)展空間。</p><p>　　

22、第1.2節(jié) 研究目的與研究方法</p><p><b>　　1.2.1研究目的</b></p><p>　　本小車可應用于科學勘探，災難現(xiàn)場的探測和協(xié)助救援。</p><p>　　（1）科學勘探：本小車可以很大程度上代替工作人員進行實地勘探，從而在節(jié)省人力資源，保障人身安全，提高工程落實的效率等眾多方面大有裨益。</p><

23、p>　?。?）災難現(xiàn)場的探測和協(xié)助救援：對于近年自然災害頻發(fā)，諸如地震、火災等給人類造成巨大損失，為盡可能減少損害，高效準確的組織災后救援等相關工作已十分重要，本小車可以到達危險或者人員不易到達的環(huán)境，可以探測環(huán)境信息以實現(xiàn)定點、有針對性的后續(xù)救援；可以運送物品協(xié)助救援。</p><p><b>　　1.2.2研究方法</b></p><p>　?。?）文獻法。

24、本研究涉及單片機編程、無線數(shù)據(jù)傳輸、多模塊結合等技術，需要對涉及的知識精通才能實現(xiàn)方案的成功設計，只有通過對大量相關書籍期刊進行閱讀、整理、分析，才能得到有價值的研究資料。因此，本研究把文獻法作為最重要的研究方法。</p><p>　　（2）觀察法?？茖W的觀察具有目的性和計劃性、系統(tǒng)性和可重復性。在科學實驗和調查研究中，觀察法具有擴大人們的感性認識、啟發(fā)人們的思維、導致新的發(fā)現(xiàn)等幾個方面的作用。因此對于本研究有很

25、大幫助。</p><p>　　第1.3節(jié) 設計任務</p><p>　　本次設計制作的這款小車以單片機為控制核心，搭配溫度傳感器、LCD顯示模塊、無線數(shù)傳模塊、以及GPS模塊，實現(xiàn)遠程遙控、溫度采集及上限報警、GPS定位、無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。當小車開關打開之后，小車上的單片機等待上位機的指令，操作人員通過上位機端的終端發(fā)送指令，通過無線數(shù)傳模塊傳送至小車端的單片機，小車端的單片機判斷指令

26、前往預定的目基地，到達指定地點之后，采集周邊的數(shù)據(jù)（溫濕度、經(jīng)緯度、海拔等）通過數(shù)傳模塊傳送至上位機，以便操作人員能夠及時掌握準確的監(jiān)控目基地周邊的情況。本車以采集溫度和經(jīng)緯度為例，豐富了小車作為一個多功能移動平臺的擴展功能，對采集到的數(shù)據(jù)進行無線傳輸，打破了傳統(tǒng)操作中距離受限的問題。本設計的理論方案、分析方法及特色與創(chuàng)新點等對于國內(nèi)運輸機器人、勘探機器人等自動半自動機器人的設計與普及有一定的參考意義。</p><p

27、><b>　　第2章 總體設計</b></p><p>　　從小車底盤到電機驅動，最小系統(tǒng)到無線遙控，GPS定位再到LCD顯示，必須完成各模塊的分別設計調試，最后再將各個調試成功的模塊結合到小車的車體上，結合程序，通過單片機的控制，將各模塊有效整合在一起，才能達到所預期的目標，完成最終設計與制作。因此模塊的選擇極為重要和關鍵。 </p><p>　　第2.1節(jié)

28、 各模塊分析選擇</p><p>　　2.1.1主控單元方案比較與選擇</p><p>　　方案一：采用CPLD可編程邏輯器件</p><p>　　利用CPLD可編程邏輯器件作為主控制器。CPLD可實現(xiàn)各種復雜的邏輯功能，規(guī)模大、密度高、穩(wěn)定性高、IO資源豐富、易于進行功能擴展，并可應用EDA軟件仿真、調試，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心，但小車系統(tǒng)并沒有復雜的邏

29、輯運算，且數(shù)據(jù)處理速度的要求也不高，不能完全發(fā)揮CPLD的優(yōu)勢，同時，由于其集成度較高，硬件成本偏高，同時由于芯片引腳較多，實物硬件電路布線復雜，加重了電路設計和焊接的工作。</p><p>　　方案二：采用STC12C5A60S2單片機來作為控制單元。</p><p>　　STC12C5A60S2是增強型51單片機的一種，單片機（single-chip microcomputer）是一塊

30、集成芯片，但不是一塊實現(xiàn)某一個邏輯功能的芯片，而是在這塊芯片當中，集成了一個計算機系統(tǒng)。如中央處理器（CPU）、存儲器（ROM,RAM）、I/O接口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等。中央處理器是單片機的核心單元，他由運算器和控制器組成，他的主要功能是實現(xiàn)算術運算、邏輯運算和控制。 其特點為：有優(yōu)異的性價比，集成度高、體積小、有很高的可靠性，控制功能強，擴展性能好，非常容易構成各種應用系統(tǒng)[3]。</p><p>　　

31、采用51系列單片機來作為整機的控制單元。GPS模塊與測溫模塊采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過調制處理后由控制系統(tǒng)發(fā)送至上位機。通過集成模塊收發(fā)的無線遙控信號面信號，也送至單片機系統(tǒng)處理，以完成相應動作。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決復雜的硬件電路部分，使系統(tǒng)硬件簡潔化，各類功能易于實現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求。</p><p>　　比較以上兩種方案的優(yōu)缺點，方案二簡潔、靈活、可擴展性好，更能達到題目的設計要求，因此采用方案二來

32、實現(xiàn)。</p><p>　　2.1.2小車驅動電路與電機方案比較與選擇</p><p><b>　　（1）電機</b></p><p>　　方案一：采用舵機和直流電機分別控制小車轉向和驅動。舵機控制兩個輪的轉向，沒法控制小車的前進，若想保證既能轉彎又能前進，需要更大的功率，對電源要求高。另外，舵機轉向方式平緩且靈活，但是轉向弧度較大不能實現(xiàn)原地

33、轉向，而且費用高[4]。</p><p>　　方案二：小車采用雙直流電機實現(xiàn)驅動和轉向，動力強勁。利用電機差速原理控制小車轉向，極易實現(xiàn)原地任意角度的轉向。在小車的后方安裝兩個從動輪，可任意轉向。</p><p>　　綜合以上，選取方案二。</p><p><b>　　（2）驅動芯片</b></p><p>　　方案一：

34、用NPN三極管連接成雙極式H型控制電動機。 </p><p>　　用雙極式H型控制可以控制電動機的正反轉以及電動機的轉速控制。由于小車需要驅動力比較大，所以需要加載的電壓相對比較高；三極管的基極由于外界干擾，導致誤通；功率大的從而使得產(chǎn)生的溫度就比較高，使得三極管燒壞或靈敏度降低?？紤]到其驅動能力、靈敏度以及散熱問題，方案一放棄[5]。</p><p>　　方案二：用L298N驅動兩臺電動

35、機。</p><p>　　L298N是內(nèi)含二個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器可驅動46v,2A以下電機?？紤]到其驅動能力高，抗干擾強，并且還專門配有散熱片，同時在價格方面也比較低。</p><p>　　綜合考慮以上條件，選擇方案二。</p><p>　　電機采用普通的直流電機。直流電機具有優(yōu)良的調速特性，調速平滑、方便。調整范圍廣，過載能力強，能承受頻繁的沖擊負載

36、，可實現(xiàn)頻繁的無極快速啟動、制動和反轉，能滿足各種不同的特殊運行要求[6]。驅動部分因為小車電機裝有減速齒輪組，考慮不需調速功能，所以采用市面易購的電機驅動芯片L298N，該芯片是利用TTL電平進行控制，對電機的操作方便，通過改變芯片控制端的輸入電平，即可以對電機進行正反轉操作，很方便單片機的操作，亦能滿足直流減速電機的要求[7]。</p><p>　　2.1.3 無線遙控單元方案比較與選擇</p>

37、<p>　　方案一：由發(fā)射和接收兩大部分組成紅外遙控系統(tǒng)，應用編/解碼專用集成電路芯片來進行控制操作，發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調制、LED紅外發(fā)送器；接收部分包括光、電轉換放大器、解調、解碼電路等。相對結構比較復雜，而且使用的時候必須將遙控器前的紅外發(fā)射孔對準接收管才可以[8]。 </p><p>　　方案二：無線電遙控也由發(fā)射和接收兩大部分組成，由于無線電遙控模塊在市場上非常普及，加上無線電遙控有

38、傳輸距離遠、抗干擾能力強、無方向性等優(yōu)點，對于小車的控制是一個不錯的選擇。</p><p>　　方案三：超聲波遙控是利用超聲波來傳送指令的遙控，可以應用于需要遙控、遙測的場合。采用由AX5326與AX5327等構成的遙控系統(tǒng)具有體積小、功耗低、功能強大、抗干擾能力強等優(yōu)點[9]。但由于超聲波遙控價格相對上面兩種價格較貴，而且對于小車的遙控也太過于夸大化。 </p><p>　　結合三種方案

39、，最終選擇用電量、發(fā)射、接受功率都不大，一般的小障礙也可以穿越，而且遙控無方向性的無線電遙控。</p><p>　　NRF24L01 是 NORDIC 公司生產(chǎn)的一款無線通信芯片，采用 FSK 調制，內(nèi)部集成 NORDIC自己的 Enhanced Short Burst協(xié)議?？梢詫崿F(xiàn)點對點或是1對6的無線通信。無線通信速度可以達到 2M（bps）。NORDIC 公司提供通信模塊的 GERBER 文件，可以直接加工

40、生產(chǎn)。嵌入式工程師或是單片機愛好者只需要為單片機系統(tǒng)預留 5 個GPIO，1個中斷輸入引腳，就可以很容易實現(xiàn)無線通信的功能，非常適合用來為單片機系統(tǒng)構建無線通信功能[6]。</p><p>　　2.1.4 小車供電系統(tǒng)</p><p>　　方案一：采用普通電池。</p><p>　　選用干電池給直流電機供電，經(jīng)7805穩(wěn)壓管對單片機、紅外傳感器、LM339等供電，但

41、對直流電機影響很大，電機轉速變化大，對任務的完成極為不利。</p><p>　　方案二：采用鋰電池。</p><p>　　采用二節(jié)鋰電池串聯(lián)供電，經(jīng)過穩(wěn)壓對單片機、紅外傳感器、LM339等額定電壓為5V器件供電，單片機和傳感器工作正常，直流電機轉速變化不大且平穩(wěn)行進，且電池體積較小，重量較輕，能夠滿足系統(tǒng)要求[10]。實驗證明，電池組可保持系統(tǒng)穩(wěn)定，所以選取方案二。</p>

42、<p>　　第2.2節(jié) 總體設計框圖</p><p>　　此系統(tǒng)由小車端與上位機端兩部分構成。</p><p>　　小車部分是以單片機為控制核心，處理執(zhí)行各個外部傳感器檢測到的電平信號，其中外部信號由四部分得到：GPS模塊，遙控模塊和溫感報警模塊。最后把處理結果傳遞給單片機，并作出相應動作。</p><p>　　上位機部分主要負責小車與上位機的通訊，因此主

43、要有單片機與遙控模塊組成。</p><p>　　設計框圖如圖2.1、2.2所示</p><p>　　圖2.1 小車部分系統(tǒng)框圖</p><p>　　圖2.2 上位機部分系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　第3章 硬件設計</b></p><p>　　本系統(tǒng)硬件主要有六大模塊組成：單片機控制模塊、

44、電機驅動模塊、LCD顯示模塊、GPS模塊、測溫模塊和遙控模塊。</p><p>　　第3.1節(jié) 單片機控制核心</p><p>　　3.1.1 STC12C5A60S2概述</p><p>　　本模塊采用STC12C5A60S2單片機作為核心處理器。單片機控制系統(tǒng)基本由最小系統(tǒng)和外圍信號I/O口組成，其中最小系統(tǒng)包括電源（地），CPU時序電路（一般使用11.0592

45、MF或者12MF和30PF電容組成），復位電路。有了以上三塊，單片機就能夠正常工作[11]。 </p><p>　　STC12C5A60S2單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉換(250K/S),針對電機控制，強干擾場合。<

46、;/p><p>　　3.2.2 STC12C5A60S2特點</p><p>　　1.增強型8051 CPU，1T，單時鐘/機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051</p><p>　　2.工作電壓：STC12C5A60S2系列工作電壓；5.5V- 3.3V（5V單片機）STC12C5A60S2系列工作電壓：3.6V- 2.2V（3V單片機）</p><

47、;p>　　3.工作頻率范圍：0-35MHz，相當于普通8051的0～420MHz</p><p>　　4.用戶應用程序空間8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字節(jié)</p><p>　　5.片上集成1280字節(jié)RAM</p><p>　　6.通用I/O口（36/40/44個），復位后為：準雙向口/弱上

48、拉 （普通8051傳統(tǒng)I/O口）。可設置成四種模式：準雙向口/弱上拉，推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏。 每個I/O口驅動能力均可達到20mA，但整個芯片最大不要超過55mA</p><p>　　7.ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片</p><p>　　8.有EEPROM功能(

49、STC12C5A62S2/AD/PWM無內(nèi)部EEPROM)</p><p><b>　　9.看門狗</b></p><p>　　10.內(nèi)部集成MAX810專用復位電路（外部晶體12M以下時，復位腳可直接1K電阻到地）</p><p>　　11.外部掉電檢測電路:在P4.6口有一個低壓門檻比較器</p><p>　　5V單

50、片機為1.32V，誤差為+/-5%,3.3V單片機為1.30V，誤差為+/-3%</p><p>　　12.時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器(溫漂為+/-5%到+/-10%以內(nèi)) 1用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時鐘</p><p>　　常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：5.0V單片機為：11MHz～15.5MHz  </p>

51、;<p>　　3.3V單片機為： 8MHz～12MHz</p><p>　　精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準</p><p>　　13.共4個16位定時器：兩個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器,16位定時器T0和T1，沒有定時器2，但有獨立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器，再加上2路PCA模塊可再實現(xiàn)2個16位定時器&

52、lt;/p><p>　　14. 2個時鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時鐘，可由T1的溢出在P3.5/T1輸出時鐘</p><p>　　15.外部中斷I/O口7路,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的PCA模塊，Power Down模式可由外部中斷喚醒，INT0/P3.2, INT1/P3.3, T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0，CCP0/P

53、1.3(也可通過寄存器設置到P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可通過寄存器設置到P4.3)</p><p>　　16.PWM(2路）/PCA（可編程計數(shù)器陣列,2路）,也可用來當2路D/A使用，或用來再實現(xiàn)2個定時器，也可用來再實現(xiàn)2個外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時支持)</p><p>　　17.A/D轉換, 10位精度ADC，共8路，轉換速度可達250K/S(每秒

54、鐘25萬次)</p><p>　　18.通用全雙工異步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定時器或PCA軟件實現(xiàn)多串口</p><p>　　19.STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標志的才有雙串口，RxD2/P1.2(可通過寄存器設置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通過寄存器設置到P4.3)</p><p>　　20.工作

55、溫度范圍：-40 - +85℃(工業(yè)級) / 0-75℃(商業(yè)級)</p><p>　　21.封裝：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48 </p><p>　　I/O口不夠時，可用2到3根普通I/O口線外接74HC164/165/595（均可級聯(lián)）來擴展I/O口，還可用A/D做按鍵掃描來節(jié)省I/O口，或用雙CPU,三線通信，還多了串口。</p><p>　

56、　第3.2節(jié) 電機驅動模塊</p><p>　　L298N是SGS公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況

57、下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路[12]。使用L298N芯片驅動電機，該芯片可以驅動一臺兩相步進電機或四相步進電機，也可以驅動兩臺直流電機。</p><p>　　3.2.1 引腳功能及描述</p><p>　　L298N芯片的引腳圖如下圖3.1，其引腳功能見表3.1</p><p>

58、　　圖3.1 L298N引腳圖</p><p>　　表3.1 L298N引腳功能表</p><p>　　3.2.2 L298N工作原理</p><p>　　使用L298N驅動兩臺直流電機。直流電機分別為M1和M2（圖3.2為L298N連接圖）。引腳A，B可用于輸入PWM脈寬調制信號對電機進行調速控制。（如果無須調速可將兩引腳接5V，使電機工作在最高速狀態(tài)，既將短接帽

59、短接）實現(xiàn)電機正反轉就更容易了，輸入信號端IN1接高電平輸入端IN2接低電平，電機M1正轉。（如果信號端IN1接低電平， IN2接高電平，電機M1反轉）控制另一臺電機是同樣的方式，輸入信號端IN3接高電平，輸入端IN4接低電平，電機M2正轉。（反之則反轉），PWM信號端A控制M1調速，PWM信號端B控制M2調速。</p><p>　　可參考圖表3.2： </p><p>　　圖3.2 L2

60、98N原理圖</p><p>　　表3.2 L298N驅動兩臺直流電機邏輯關系表</p><p>　　3.2.3紅外碼盤測距</p><p>　　由于采用上位機對其進行控制，因此需要測量小車所走距離。測距選擇的是紅外對管和碼盤結合，當碼盤隨輪子轉動時，紅外對管將產(chǎn)生計數(shù)脈沖，用計數(shù)脈沖可以很簡單的算出小車的行進距離。我們的碼盤分為24格，即產(chǎn)生24個脈沖前進輪子周長

61、的距離。格子的一格為30cm，輪子周長為20.4cm，即產(chǎn)35個脈沖走完一格，然后計數(shù)脈沖清零，重新計數(shù)。 </p><p>　　第3.3節(jié) LCD顯示模塊</p><p>　　在本設計中顯示模塊采用了比較常用的1602字符型液晶顯示器。液晶顯示器具有顯示質量高，數(shù)字式接口，體積小，重量輕，功耗低等顯著優(yōu)點得到廣泛應用[13]。16字*2行的LCD1602即是其中一種。</p>

62、<p>　　3.3.1 1602LCD的基本參數(shù)及引腳功能</p><p>　　1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應用中并無差別。</p><p>　　1602LCD主要技術參數(shù)：</p><p>　　顯示容量:16×2個字符</p><p>　

63、　芯片工作電壓:4.5—5.5V</p><p>　　工作電流:2.0mA(5.0V)</p><p><b>　　引腳功能說明</b></p><p>　　1602LCD采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表3.3所示:</p><p>　　表3.3 引腳接口說明表</p>

64、<p>　　第1腳：VSS為地電源。</p><p>　　第2腳：VDD接5V正電源。</p><p>　　第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。</p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。&l

65、t;/p><p>　　第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。</p><p>　　第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。</p><p>　　第7～14腳：D0～D7為

66、8位雙向數(shù)據(jù)線。</p><p>　　第15腳：背光源正極。</p><p>　　第16腳：背光源負極。</p><p>　　3.3.2 1602LCD的指令說明及時序</p><p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表3.4所示：</p><p>　　表3.4 控制命令表</p>

67、<p>　　1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）</p><p>　　指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置。</p><p>　　指令2：光標復位，光標返回到地址00H。</p><p>　　指令3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕

68、上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。</p><p>　　指令4：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。</p><p>　　指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。</p>

69、<p>　　指令6：功能設置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。</p><p>　　指令7：字符發(fā)生器RAM地址設置。</p><p>　　指令8：DDRAM地址設置。</p><p>　　指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標

70、志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。</p><p><b>　　指令10：寫數(shù)據(jù)。</b></p><p><b>　　指令11：讀數(shù)據(jù)。</b></p><p>　　讀寫操作時序如圖3.4和3.5所示：</p><p><b>　　圖3.4讀操作時序

71、</b></p><p>　　圖3.5 寫操作時序</p><p>　　3.3.3 1602LCD的RAM地址映射及標準字庫表</p><p>　　液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖3.6是1602的內(nèi)部顯示地址。

72、</p><p>　　圖3.6 1602LCD內(nèi)部顯示地址</p><p>　　例如第二行第一個字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H就可以將光標定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行， 因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1所以實際寫入的數(shù)據(jù)應該是 01000000B（40H）+10000000B(80H)= 11000000B(C0H)。</p><p

73、>　　在對液晶模塊的初始化中要先設置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標是自動右移的，無需人工干預。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。</p><p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，如圖3.7所示，這些 字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是 0

74、1000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”</p><p>　　表3.5 標準字庫表</p><p>　　3.3.4 1602LCD的一般初始化（復位）過程</p><p><b>　　延時15mS</b></p><p>　　寫指令38H（不檢測忙信號）</

75、p><p><b>　　延時5mS</b></p><p>　　寫指令38H（不檢測忙信號）</p><p><b>　　延時5mS</b></p><p>　　寫指令38H（不檢測忙信號）</p><p>　　以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙信號</p>

76、<p>　　寫指令38H：顯示模式設置</p><p>　　寫指令08H：顯示關閉</p><p>　　寫指令01H：顯示清屏</p><p>　　寫指令06H：顯示光標移動設置</p><p>　　寫指令0CH：顯示開及光標設置</p><p>　　第3.4節(jié) GPS模塊</p><p

77、>　　3.4.1 GPS 系統(tǒng)及其工作原理 </p><p>　　全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System 簡稱 GPS）是美國第二代軍用導航系統(tǒng)，可實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的實時導航和定位。GPS 由太空衛(wèi)星、地面控制系統(tǒng)、用戶設備三個部分組成。</p><p>　　太空衛(wèi)星共有27顆，24顆運行，3顆備用。24顆可操作的工作衛(wèi)星以 55°的傾角分布在地球上

78、空20～200KM 的6個軌道面上。這些衛(wèi)星軌道上的分布狀態(tài)使地球上的任何位置在任意時候都可以同時收到至少6顆衛(wèi)星的定位信息，這些衛(wèi)星則不斷地給全球用戶發(fā)送位置和時間的廣播數(shù)據(jù)[14]。</p><p>　　地面控制系統(tǒng)主要作用有：根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)對GPS的觀測數(shù)據(jù)計算出衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)注入到衛(wèi)星中去；對衛(wèi)星進行控制，對衛(wèi)星進行發(fā)布指令；接收衛(wèi)星信號，監(jiān)測衛(wèi)星狀態(tài)等。</p>

79、<p>　　用戶設備用于接收GPS衛(wèi)星所發(fā)出的信號，利用這些信號進行導航定位等工作。</p><p>　　GPS系統(tǒng)的基本定位原理是：每顆GPS衛(wèi)星時刻發(fā)布其位置和時間數(shù)據(jù)信號，用戶接收機可以測量每顆衛(wèi)星信號到接收機的時間延遲，根據(jù)信號傳輸?shù)乃俣瓤梢杂嬎愠鼋邮諜C到不同衛(wèi)星的距離。同時收集至少4顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)時，就可以算出三維坐標、速度和時間。</p><p>　　由于GPS具有全

80、球覆蓋以及精度高、定位速度快、實時性好、抗干擾能力強等特點，近年來在國內(nèi)外得到了廣泛的應用，在各個領域發(fā)揮了極大的作用，已成為了信息時代不可以或缺的一部分。</p><p>　　在本設計中GPS模塊選用了臺灣環(huán)天公司生產(chǎn)的BR-355GPS模塊。BR-355具特殊輕巧造型及100%防水設計，使用SiRF Star III芯片組加上內(nèi)建的主動型陶瓷天線讓定位更為精準；特別適合配合各種戶外活動時使用，防滑的底部可容易

81、運用在更為廣闊的場所。信號采集質量高，穩(wěn)定信號，抗干擾能力強，適用于本設計的具體要求[15]。</p><p>　　3.2.4 GPS模塊硬件連接圖</p><p>　　本款GPS導航模塊內(nèi)部含有MAX232協(xié)議，所以可以直接和上位機進行通信，對于上位機來說高電平是-15V，低電平是+15V。所以裝載在小車上需要進行MAX232的反轉換，將內(nèi)部電平轉換為TTL電平。連接圖如下所示：<

82、/p><p>　　圖3.7 GPS模塊硬件連接圖</p><p>　　第3.5節(jié) 溫感報警模塊</p><p>　　溫感報警模塊的作用在于測量所在環(huán)境的溫度，并當溫度超出預設的上限值時發(fā)出聲光警報，并可通過無線通訊模塊把小車所在地的GPS坐標及溫度回傳給上位機。模塊主要由兩部分構成，溫度傳感器DS18B20和蜂鳴器。</p><p>　　3.5.

83、1 DS18B20</p><p>　　DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導體公司推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式[16]。</p><p>　　DS18B20的性能特點如下：</p><p>　　1. 獨特的單線接口方式僅需要一個端口引腳進

84、行通信；</p><p>　　2. 多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；</p><p>　　3. 無需外部器件；</p><p>　　4. 可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：3.0-5.5；</p><p>　　5. 測溫范圍-55℃- +125℃，在-10- +85℃時精度為±0.5℃；</p>

85、<p><b>　　6. 零待機功耗；</b></p><p>　　7. 溫度以9或12位數(shù)字量讀出；</p><p>　　8. 用戶可定義的非易失性溫度報警設置；</p><p>　　9. 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度的器件；</p><p>　　10.負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而

86、燒毀，但不能正常工作。</p><p>　　DS18B20管腳：</p><p>　　圖3.8 DS18B20管腳圖</p><p>　　GND　1 接地 接地</p><p>　　DQ　 2 數(shù)字 信號輸入輸出，一線輸出：源極開路</p><p>　　VDD　3 電源 電源管腳（在寄生電源接線方式時接地）。</

87、p><p><b>　　3.5.2 蜂鳴器</b></p><p>　　蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。</p><p>　　由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機的I/O 口是無法直接驅動的，所以要利用放大電路來驅動

88、，一般使用三極管來放大電流就可以了。</p><p>　　圖3.9 蜂鳴器電路圖</p><p>　　第3.6節(jié) 無線遙控模塊</p><p>　　nRF24L01是一款工作在2.4～2.5GHz世界通用ISM頻段的單片無線收發(fā)器芯片，它的內(nèi)部包括:頻率發(fā)生器、增強型SchockBurstTM模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調制解調器、輸出功率及頻道選擇和協(xié)議的

89、設置可以通過SPI接口進行設置，極低的電流消耗，當工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為-6dBm時電流消耗為9.0mA，接收模式時為12.3mA，掉電模式和待機模式下電流消耗更低。</p><p>　　nRF24L01模塊的基本特點：</p><p>　　1．是一種GFSK的單收發(fā)芯片;</p><p><b>　　2．內(nèi)置鏈路層;</b></p&

90、gt;<p>　　3．增強型ShockBurstTM;</p><p>　　4．具有自動應答及自動重發(fā)功能;</p><p>　　5．具有地址及CRC檢驗功能;</p><p>　　6．數(shù)據(jù)傳輸率為1或2Mbps;</p><p>　　7．SPI接口數(shù)據(jù)速率0～8Mbps;</p><p>　　8．125

91、個可選工作頻道;</p><p>　　9．很短的頻道切換時間可用于跳頻;</p><p>　　10．與nRF24XX系列完全兼容;</p><p>　　11．可接受5V電平的輸入;</p><p>　　nRF24L01模塊接口電路引腳分布圖如圖3.11所示。</p><p>　　圖3.10 nRF24L01模塊引腳分布

92、圖</p><p>　　NRF24L01模塊需要3.3V穩(wěn)壓供電，所以本電路采用KIS-3R33S模塊。KIS-3R33S vcc電壓范圍寬，電源為4.75v~23v；輸出電壓：0.925~20v, 輸出端Vout與地Gnd之間接可調電阻200k,輸出端電位可靈活方便地選用。電路圖3.12如下所示：</p><p>　　圖3.11 穩(wěn)壓模塊連接圖</p><p>&

93、lt;b>　　第4章 軟件設計</b></p><p><b>　　第4.1節(jié) 主函數(shù)</b></p><p>　　在主函數(shù)中，可以在1602上顯示環(huán)境數(shù)據(jù)信息，等待上位機發(fā)送指令。</p><p>　　第4.2節(jié) 行走簡析</p><p>　　小車到達目的地后，采集周邊數(shù)據(jù)。在1602上顯示并且發(fā)送至

94、上位機。當走到目的地完成環(huán)境探測后，小車可以自動返回到原點。若在途中遇到溫度過高的地方。蜂鳴器會報警。</p><p>　　第4.3節(jié) 程序內(nèi)容</p><p><b>　　主程序</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p>&l

95、t;p>　　*(RevTempDate+6)='\0';</p><p>　　LCMInit();//1602初始化</p><p>　　LCD_cls();//1602清屏</p><p>　　sys_init();</p><p>　　GETGPS();//小車定位</p><p>　　NRF

96、24L01Int();//無線模塊初始化</p><p>　　Outside_Init();//中斷開關初始化</p><p><b>　　while(1)</b></p><p>　　{ DisplayListChar(0,0,"Pressbuttom");</p><p>　　DisplayLi

97、stChar(0,1,"DATE:loading"); </p><p>　　NRFSetRXMode();//設置為接收模式</p><p>　　GetDate();//開始接受數(shù)</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p>

98、;<p><b>　　上位機端</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　extern char TxDate[5];</p><p>　　unint k=4;</p><p>　　unint

99、 i = 0;</p><p>　　NRF24L01Int();</p><p>　　Com_Init();</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　if(k)</b>&l

100、t;/p><p>　　{MAX232SendDate(); 數(shù)據(jù)在上位機顯示</p><p><b>　　k--;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　NRFSetTxMode(TxDate);//發(fā)送坐標</p><p>　　while(Chec

101、kACK());//檢測是否發(fā)送完畢</p><p><b>　　MAX232();</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　小車行走程序:</b></p><

102、;p>　　void initime()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD=0x06; //T1計數(shù)器，T0定時器，方式1</p><p>　　TL0=0xC4;//計數(shù)脈沖60個</p><p><b>　　TH0=0xC4;</b></p>

103、<p><b>　　ET0=1;</b></p><p><b>　　EA=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　timer() interrupt 1 using 1</p><p><b>　　{</b>&

104、lt;/p><p><b>　　lc=lc+60;</b></p><p>　　TL0=0xC4;//計數(shù)脈沖60個</p><p><b>　　TH0=0xC4;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void XZ(unsi

105、gned int del)</p><p>　　{unsigned int x=0,x1=0,XL=0;</p><p><b>　　lc=0;</b></p><p>　　x1=del*300;</p><p><b>　　x=lc;</b></p><p><b&g

106、t;　　XL=x1-x;</b></p><p>　　while(XL>0)</p><p><b>　　{qian;</b></p><p><b>　　x=lc;</b></p><p><b>　　XL=x1-x;</b></p><

107、p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void YZ(unsigned int del)</p><p>　　{unsigned int y = 0,y1=0,YL=0;</p><p><b>　　lc=0;</b>&l

108、t;/p><p>　　y1=del*300;</p><p><b>　　y=lc;</b></p><p><b>　　YL=y1-y;</b></p><p>　　while(YL>0)</p><p><b>　　{qian;</b></p

109、><p><b>　　y=lc;</b></p><p><b>　　YL=y1-y;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Szhuan()</p&

110、gt;<p><b>　　{</b></p><p><b>　　zuo;</b></p><p>　　CDelay(196);</p><p><b>　　lc=0;</b></p><p>　　}//順時針轉角90度</p><p>　

111、　void Nzhuan()</p><p><b>　　{you;</b></p><p>　　CDelay(200);</p><p>　　}//逆時針轉角90度</p><p>　　void XINGZOU(Sx,Sy)</p><p><b>　　{</b></

112、p><p>　　//數(shù)傳傳送的XY坐標</p><p><b>　　int X,Y;</b></p><p><b>　　X=1;</b></p><p><b>　　Y=1;</b></p><p>　　initime(); </p>&l

113、t;p>　　TR0=1; //開定時器中斷0</p><p><b>　　en1=1;</b></p><p><b>　　en2=1;</b></p><p>　　if(X>0&&Y>0)</p><p><b>　　{YZ(Y);<

114、/b></p><p><b>　　Szhuan();</b></p><p><b>　　XZ(X);</b></p><p><b>　　Szhuan();</b></p><p><b>　　stop;</b></p><p

115、>　　while (h--)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　wendu2=ReadTemperature();</p><p>　　if (wendu2>18)</p><p><b>　　voice();</b></p><p>　

116、　CDelay(200);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　YZ(Y);</b></p><p><b>　　Szhuan();</b></p><p>&

117、lt;b>　　XZ(X);</b></p><p><b>　　Szhuan();</b></p><p><b>　　stop;</b></p><p>　　CDelay(3000);}}</p><p>　　if（X<0&&Y>0）</p>

118、;<p><b>　　{X=-X;</b></p><p><b>　　Nzhuan();</b></p><p><b>　　XZ(X);</b></p><p><b>　　Szhuan();</b></p><p><b>　

119、　YZ(Y);</b></p><p><b>　　Szhuan();</b></p><p><b>　　stop;</b></p><p>　　while (h--)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　wendu

120、2=ReadTemperature();</p><p>　　if (wendu2>18)</p><p><b>　　voice();</b></p><p>　　CDelay(200);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　

121、XZ(X);</b></p><p><b>　　Szhuan();</b></p><p><b>　　YZ(Y);</b></p><p><b>　　Nzhuan();</b></p><p><b>　　stop;</b></p&