邯郸学院论文模版Word格式.docx
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本设计采用AT89C51单片机、直流电机驱动电路、红外遥控电路集成一体化的传感器集成体设计而成，从而进一步掌握红外遥控技术。
本文设计主要包括小车的硬件电路设计和软件编程设计两部分，介绍了其设计与开发过程。
智能小车总系统采用模块化设计思想，主要核心分为：
红外遥控模块、电机驱动模块、车速控制模块。
小车的运动过程为：
使用者使用红外遥控器控制智能小车的前进、后退、左右转向、启动与停止。
关键词：
红外遥控51单片机直流电机驱动
Smartcarremotecontrolunitdesign
Abstract
Withthecontinuousdevelopmentofindustrialautomation,computer,microelectronics,informationtocalculatetherapidupgrade,allareasoffusionandpromoteeachotherandleadtointelligenttechnologydevelopmentisaccelerated,theintelligentdegreeofunprecedentedascension,intheindustrial,life,military,medicalandotherfieldsapplicationareashavebeenrapidlyexpanding.Intelligentbecomeanewsymbolofmodernproducts,thedevelopingdirectionofthefuture.Intelligentcarisareflectionofintelligentproducts,designerscanusethesoftwareprogrammingtorealizethecarforward,stop,trackingprecisioncontrol,belongstoakindofintelligentrobot.
Thisdesignfortheremotecontrolofintelligentcarparthascarriedontheresearchanddesign.
ThisdesignUSESAT89C51,dcmotordrivecircuit,infraredremotesensorintegrationdesignofintegratedcircuitintegration,soastofurthergrasptheinfraredremotecontroltechnology.Thisdesignmainlyincludesthecardesignofhardwarecircuitandsoftwareprogrammingdesignoftwoparts,thedesignanddevelopmentprocessareintroduced.Smartcartotalsystemadoptsmodulardesignthought,maincoreisdividedinto:
infraredremotecontrolmodule,motordrivemodule,thespeedcontrolmodule.Themovementprocessis:
theusersofthecarinfraredremotecontroloftheintelligentcarforward,backward,turnleft,startandstop.
KEYWORDS：
Infraredremotecontrol51singlechipmicrocomputerDcmotordrive
目录
前 言
随着高新科技的日益发展，科技在方方面面占据了很大的比重。
人类的活动从地球的生物圈深海到太阳系的星系探测活动。
智能遥控小车在这些方面发挥着巨大的作用。
在地球的深海，巨大的压强与缺氧黑暗环境；
在宇宙中的星系探测，缺氧与各种辐射环境，这些都限制了人的活动。
但是智能小车可以代替人完成这些活动。
各国在智能小车的科研中都施加了很大的力度，在各大高校中也有相关的小车比赛。
可见智能小车已在社会各个方面都具有很大的作用。
本文是研究智能小车的遥控系统，将复杂的系统采用模块化设计，分成红外遥控模块、红外接收模块与电机驱动模块。
先设计出硬件电路的设计工作，在画出程序流程图并做出程序，最后在仿真成功后做出实物小车。
通过本次课设，不仅可以检验我的专业知识，还能锻炼我独立完成任务的能力，进一步了解现代智能小车的遥控系统。
1绪论
1.1设计背景和意义
早就在1962年，美国就研制出世界上第一台工业用途机器人，比起号称"
机器人王国"
的日本起步至少要早五六年。
70年代是世界科技发展的一个新里程碑：
人类登上星空中的月球，实现在在太阳系中金星和火星的软着陆.我国也发射了第一颗人造地球卫星。
随着微型计算机和控制系统的开发，工业机器人走向了实用化，扩大了它的应用范围。
80年代是国际高技术竞争的年代，实现了在太空行走、炼钢，可乘坐航天飞机和无人驾驶地铁列车，并且随着32位微型计算机的出现，机器人技术进入了一个智能新阶段。
上世纪90年代，以微电子技术为代表的高科技技术渗透进各个领域，机器人已普及应用于柔性自动化生产系统中，智能机器人已走向实用化。
随着工业自动化的不断发展，计算机、微电子、信息计算的快速升级，各个领域的相互融合与促进，导致智能化技术开发加快，智能度的空前提升，在工业、生活、军事、医疗等多个领域应用范围也得到快速扩展，机器人的发展已经遍及机械、社会服务、娱乐、电子、冶金、交通、工农业生产、军事、宇航、国防、海洋开发、宇宙探测、等领域。
器人的智并且飞速地改变着人们的生活方式。
智能电动小车系统以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科。
主要由路径识别、角度控制及车速控制等功能模块组成。
同时，当今机器人技术发展势头高涨，其应用在国防等众多领域得到广泛开展。
世界各国在微型智能车领域进行了大量研究，己经应用于各个领域，在航天探测和军事领域使用特别多。
近年来，我国也开展了大量的研究工作，以满足不同用途的需要。
世界各国开发、研制星球探测车系统己经有了多年的历史。
1961.4.12前苏联宇航员加加林乘“东方一号”飞船上天，成为世界航天第一人。
1969.7.21格林尼治时间3时15分，飞船的登月舱在月球降落，阿姆斯特朗第一个踏上月球。
2003年10月15日中国发射神州五号飞船，载航天员杨利伟到太空飞行21小时后返回地面。
中国成为世界上第三个实现载人太空飞行的国家。
2004年8月3日美国发射信使号探测器，开始飞赴水星考察。
2005年10月12日中国载2名航天员的神州六号飞船发射升空，在太空遨游5天后返回地面，标志中国载人航天技术又迈进了新的重要的一步。
2014年10月22日，我国探月工程将首次实施载人返回飞行试验，飞行试验器计划于10月24日至26日择机在西昌卫星发射中心发射。
人类的研究活动现在已经摆脱了地球的束缚而广泛地进入生物圈外层空间和海洋深处。
对月太阳系的他行星及其月球的探测，对太阳系以外的宏观宇宙进行考察，对数千米以下的海底的研究，都是目前单靠人力所不能及的。
智能控制小车正在代替人们完成这些任务。
在未来战场上的军事活动中，在恶劣环境条件下的生产劳动中，凡是不宜由人直接承担的任务，都可以由智能控制系统代替，如智能小车可以适应不同环境，不受温度、湿度等条件的影响，完成危险地段、人类无法介入等特殊情况下的任务。
高科技智能自动控制系统及装置已日益成为现代社会活动中离不开的自动智能设备。
一些发达国家现已把智能机器人制作大赛作为科技创新教育的战略性手段。
如日本每年都要举行诸如“NHK杯大学生机器人大赛”、“全日本机器人相扑大会”、“机器人足球赛”等各种类型的机器人制作比赛，参加者大多数为学生，目的在于通过大赛全面培养学生的动手能力、创造能力、合作能力和进取精神，同时也普及智能机器人的知识。
从某种意义上来说,机器人技术反映了一个国家综合技术实力的高低,而智能电动小车是机器人的雏形,它的控制系统的研制将有助于推动智能机器人控制系统的发展，同时为智能机器人的研制提供更有利的手段。
另一方面，由于单片机的自生优势使其应用领域越来越广泛，无论是在生活，生产上，单片机无处不在。
ATMEL公司的AT89S51单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。
AT89S51可以说是单片机领域的主流产品
，其应用如此广泛，所以有必要去学习和应用该单片机，以满足实际产品开发的需要，也是适应社会智能化、自动化的趋势。
通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。
在实践过程中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测、驱动和显示等外围电路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹。
灵活应用机电等相关学科的理论知识，联系实际电路设计的具体实现方法，达到理论与实践的统一。
在此过程中，加深对控制理论的理解和认识。
本设计对智能小车进行研究，主要是设计其遥控部分。
1.2国内外的研究现状
世界上成规模的巡线智能车比赛最早起源于日本，由社团法人全国工业高中协会等主办，日本瑞萨科技赞助的日本超级MCU模型车大赛（JMCR,
Japan
Micom
Car
Rally）自1996年开始每年都会进行。
该项赛事的规模年年都在扩大，从公司职员、大学生、高中生、到中小学生，参加者不断增多，在培养日本的电子技术人员成长和动手能力上做出了巨大贡献。
截至2009年，在日本超级MCU模型车大赛中，模型车在300mm宽的赛道上已经可以达到平均速度3.8-4m/s，最高速度接近5m/s，且从赛道的制作，赛车的制作等方面都达到相当高的水平。
日本超级MCU模型车大赛从平均速度，赛道难度，比赛的观赏性上、比赛规模、比赛质量上均为全球类似巡线智能车比赛的顶级水平。
DARPA大奖赛（The
DARPA
Grand
Challenge）
是一项由美国国防高级研究计划局（Defense
Advance
Research
Project
Agency）赞助的，旨在推动无人驾驶车辆导航创新的一项比赛。
此项比赛的目的是开发出一种能自主行驶地到达指定目的地的越野型移动机器人。
自2004年来DARPA大奖赛共举办3届，最高奖金可达200万美元，第一届没有一支队伍完成130多英里的极其复杂的沙漠赛段；
第二届比赛，斯坦福大学的参赛车辆“Stanley”成为最后赢家，以6小时54分完成全程；
第三届比赛主题为“城市挑战”，更加有挑战性，不仅有各种复杂的野外赛段，而且还有城市赛段，参赛车辆要像有人驾驶一样，遵守城市交通规则。
最终获胜队伍来自卡内基梅隆大学。
与巡线智能车比赛相比，DARPA大奖赛是真正的智能汽车大赛，最大限度接近真实世界的情况，通过该项比赛所产生的成果将对人类的未来产生深远影响。
这几年，智能小车的研究是我国的高校大学生热点研究的项目。
全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛起源于韩国，是韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办的以HCS12单片机为核心的大学生课外科技竞赛。
为加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，促进高等教育教学改革，受教育部高等教育司委托（教高司函[2005]201号文，附件1），由教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会（以下简称自动化分教指委）主办全国大学生智能汽车竞赛。
自2006年首届在清华大学举办以来，已在国内各大高校成功举办十一届，得到了教育部吴启迪副部长、张尧学司长及理工处领导、飞思卡尔公司领导与各高校师生的高度评价，已发展成全国30个省市自治区200余所高校广泛参与的全国大学生智能汽车竞赛。
IEEE国际标准电脑鼠走迷宫竞赛，意指培养在校大学生的科技创新意识和动手设计能力，2009年开始举办，已成功举办三届。
2007年9月开始在广州周立功单片机发展有限公司的赞助下，中国嵌入式系统学会组织上海市、江苏省、浙江省30多所高校连续举办了两次联赛。
2009全国“电脑鼠标走迷宫”总决赛于11月8日在北京航空航天大学举行。
我国从20世纪80年代开始进行无人驾驶汽车的研究，国防科技大学在1992年成功研制出我国第一辆真正意义上的无人驾驶汽车。
我国自主研制的无人车——由国防科技大学自主研制的红旗HQ3无人车，2011年7月14日首次完成了从长沙到武汉286公里的高速全程无人驾驶实验，创造了我国自主研制的无人车在复杂交通状况下自主驾驶的新纪录，标志着我国无人车在复杂环境识别、智能行为决策和控制等方面实现了新的技术突破，达到世界先进水平。
2012年11月24日，军事交通学院猛狮3号（JJUV-3）从北京台湖收费站出发，沿着京津高速一路飞奔，85分钟后安全到达天津东丽收费站。
根据国家自然科学基金委和北京理工大学有关专家现场宣布的测试结果，该无人驾驶智能车全程行驶114公里，最高时速105千米，共完成12次自主超车，36次换道操作，30次刹车操作。
“军交猛狮Ⅲ号”无人驾驶车到目前为止已经完成了一万多公里测试，最高时速曾达到120公里。
1.3设计的内容与目的
本设计采用AT89C51单片机、直流电机驱动电路、红外遥控电路集成一体化的传感器集成体设计而成。
智能小车总系统采用模块化设计思想，红外遥控智能小车遥控部分可以分为三大组成部分：
本设计是要实现红外遥控器控制智能小车的前进、后退、左右转向、启动与停止，最后并作出实物。
主要通过对小车系统硬件电路的设计，以及软件设计和遥控程序的编写，然后根据小车硬件电路图和软件部分设计，在计算机软件中仿真出小车系统设计结果。
本设计不仅能让学生灵活应用机电等相关学科中所学的的理论知识，并且联系实际电路设计的解决实际问题具体方法，使其达到理论与实践的统一。
在完成毕业设计过程中，加深对控制理论的理解和认识。
并且随着现代汽车工业的快速发展，关于汽车的智能研究也就越来越受到人关注。
全国大学生电子竞赛和省内大学生电子竞赛几乎每次都有智能遥控小车这方面的题目，全国各高校也都十分积极举办竞赛并重视该题目的研究，培养学生对综合知识的应用能力是至关重要的。
2总体方案设计及其论证
2.1小车系统的总体方案设计
该智能小车系统以AT89C51单片机为核心的智能控制电路，应用模块化的设计方案，使用红外遥控器替换开关按键实现智能控制小车的启动与停止，左转、右转、前进、后退等功能。
设计方案分成了几大模块，分别是：
以单片机为核心的智能控制系统模块、红外遥控模块（包括红外发射、红外接收）、直流电机驱动模块和方向控制模块。
各个模块相互独立又相互协调配合运作，达到智能控制小车的目的。
总体方案设计采用模块化设计，使原先庞大的混合系统使其分开独立，但是又协调运作，达到了简化简明的目的，变相缩小了设计的范围。
系统控制整体框架如下图：
2.2核心智能控制系统模块
该智能小车系统以AT89C51单片机为核心的智能控制电路，根据本课题的设计需要，有以下2种方案，可以根据需要选择：
方案一：
采用ARM
处理器作为核心进行数据处理，虽然ARM处理器处理数据比较迅速，并且自身端口比较多，可以同时处理多个任务。
但是价格比较昂贵，增加了本设计制作的费用，学习入门比较困难，熟练掌握比较困难，还有就是小车运动过程中，需要处理的数据量不是很大，过多的端口控制反而不利于便捷控制。
方案二：
采用AT89C51单片机，ROM是1*4K，RAM是128b,AT89C51能完全满足本设计要求，且AT89C51单片机比较普及，有关这方面的图书和教材比较多，所学的专业知识有所涉及，便于学习易于掌握，通用灵活、使用方便，价格便宜等优点。
针对本课题特点——多开关量输入输出的复杂程序智能控制系统，需要擅长处理多开关量的标准单片机，所以我选定了AT89C51单片机作为本课题的核心控制装置，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4K，对于本课题也足够用，另外一点是51单片机价格低廉，节约了成本，比较适合实验所用。
2.3红外遥控模块
根据本课题设计的特点及其要求，遥控部分我选用的是红外遥控模块。
红外遥控是一种无线、非接触控制技术，利用红外线来传递数据。
自上世纪60年代开始至今，红外遥控技术发展以相对比较成熟，它具有抗干扰能力强，信号传输可靠，自身功耗低，成本廉价，易实现等显著优点，但是也有传输距离近的缺点，但是结合本课题的特点与要求，智能小车的控制距离不是很远，所以红外遥控完全满足要求。
红外遥控模块又可以划分为：
红外发射模块、红外接收模块、接口电路。
红外遥控系统采用编
/
解码专用集成电路与单片机来实行控制操作。
红外遥控发射端用来产生遥控编码脉冲，进而驱动红外发射管发出红外遥控信号，遥控接收头接受遥控信号，并将信号进行放大、检波、整形、解调步骤，得到遥控编码脉冲。
遥控编码脉冲是一组串行二进制码，再讲此串行码输入到51单片机，由其内部CPU完成对遥控指令解码，并执行相应的遥控功能实现对电机驱动的控制从而控制小车的行驶。
红外遥控模块框架如下图：
2.4直流电机驱动模块
51单片机接收到传输过来的遥控编码，内部CPU完成解码，之后实现对电流的控制，从而驱动电机运作，达到小车运动的效果。
电机采用有L298电机，电机驱动模块采用功率三极管作为功率放大器的输出端口控制直流电机。
电路采用线性型驱动，此电路结构和原理简单，加速能力强，并且使用由达林顿管组成的H型桥式电路。
用单片机智能控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，达到精确调整电动机转速。
这种电路因为工作在管子的饱和截止模式下，所以效率非常高，H型桥式电路保证了电机简单的实现转速和方向的控制，电子管的开关速度很迅速，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，因此选用L298。
这种电机调速方式的优点为：
优良的调速特性、调整十分平滑、调速范围较广、乘载能力大，可以承受频繁的负载冲击，还能实现频繁的无级快速启动、制动、正反转操作、左右转向。
3系统硬件电路的设计
3.1核心智能控制系统模块
3.1.1AT89C51单片机
3.1.1.1主要特性：
·
与MCS-51兼容
4K字节可编程闪烁存储器
寿命：
1000写/擦循环
数据保留时间：
10年
全静态工作：
0Hz-24Hz
三级程序存储器锁定
128*8位的内部RAM
32可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
5个中断源
可编程串行通道
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
3.1.1.2管脚说明：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入
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