基于ST89C52单片机的自动往返小车（含程序）

基本原理：

黑带检测 路程和时间显示 单片机 LED显示路程，时间 L298N电机驱动模块

1.电机驱动调速模块 方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻较小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且很难实现。 方案二：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。方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢，机械结构易损坏，寿命较短，可靠性不高。

方案三：采用达林顿管TIP4组成的PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的状态，精确调整电机转速。

方案四：采用L298N来控制电机的正转和反转来实现小车的前进和后退。加上单片机的程序PWM，实现整车的加速与减速，精确小车的速度。

基于上述理论分析，拟选择方案四。 2.路面黑带检测模块

黑带检测的原理是：红外光线照射到路面并反射，由于黑带和白纸的系数不同，可根据接的红外线的强弱判断是否到达黑带。

方案一：可见光发光二极管与光敏二极管组成的发射—接收电路。这种方案的缺

点在于其他环境光源会对光敏二极管的工作产生很大的干扰，一旦外界光亮条件改变，很可能造成误判和漏判；虽然产生超高亮发光二极管可以降低一定的干扰，但这又将增加额外的功率损耗。

方案二:反射式的红外发射—接收器。由于采用红外管代替普通可见光管，可以降

低环境干扰。 基于上述理论分析，拟选择方案二。 3. 电源选择

方案一：所有器件采用电源供电，这样供电电路比较简单；但是由于电动机启动瞬时电流很大，会造成电压不稳，干扰严重，缺点十分明显。

方案二：双电源供电，将电动机驱动电源与单片机以及周边电路电源完全隔离，这样做虽然不如单电源方便灵活，但可以将电动机驱动所造成的干扰彻底消除，提高了系统的稳定性。 基于上述理论分析，拟选择方案二。 4. 控制单元模块

方案一：采用纯数字电路

该方案外部检测采用光电转换，系统控制部分采用数字电路译码对小车电动机两端电压调整，来控制小车的运行。时间和行程用加法器进行计数。此系统的设计将会使电路过于复杂，调试时需要改变硬件电路，机动性差。 方案二：用单片机控制

用光电检测不同的信号，并经单片机对其处理，传送给L298信号，使其控制电机的正转和反转，配合PWM程序控制，来实现加速减速和刹车。通过单片机内部定数器/计数器进行定时、计数，在用单片机串行输入/输出口进行显示控制。此方案电路成熟、工作稳定、容易实现控制。

为能更好的实现题目的各种设计要求，所以我们选用第二种方案。用单片机进行控制。其工作框图如下：

开 光电检测 控制中心 STC89C52 小车正反转 行驶时间显示 始二 电路设计 行驶里程显示

1. 光电检测部分：

我们采用反射式光电检测电路对跑道上的黑线进行检测，并用两个遮光套管套住发光管和接收管以一定的角度紧贴跑道，这样可以消除外界光线的干扰。为了加强可靠性采用槽型光耦检测轮子转动的行程。用LM358电压比较器输出高低电平检测信号。 如图所示：

霍尔检测

2. STC89C52单片机基本系统 此系统以89C52为核心，每检测到一个黑带由光电检测部分产生一个的脉冲，使单片机产生一个外部中断1，定义检测黑带数的变量加1，同时车轮每转一圈，霍尔元件输出一个脉冲，是安单片机产生一个外部中断0，定义圈数的变量加1.通过P3.0和P3.1控制L298来控制电机的正转与反转及刹车。当P3.0输出低电平，P3.1输出高电平时，电机正转，相反则电机反转，当P3.0和P3.1都是低电平时，使电动机被短路，提高了刹车效率，基本杜绝了由于制动惯性造成的小车的前冲现象。通过P0口进行两个数码管的位选，P2口进行段码输出，其中一个数码管显示行驶时间，另外一个数码管显示行驶路程。 如图所示：

3. L298N电动机驱动模块部分

该电路采用电动机驱动芯片L298来控制电动机的正转与反转，加以第二路电机电 源保证了电动机启动时有足够的电流。在试验中控制电压为单片机输出的高低电 平直接控制。

具体电路图连接如下：

4. 电源部分

由于电动机工作电流大，需要选用内阻小，供电电流强，质量轻，可反复使用的经济型电池，我们选用镍铬可充电电池组。为使单片机工作稳定，避免电动机开关机和其转动时对其电源的影响，在此用两个电池组和稳压块7805分别为89C52和电动机驱动显示部分分别进行供电。保证小车工作和显示的稳定性。

5.软件设计部分

单片机控制电路主要由一片STC89C52组成，通过P3口控制小车正转与反转，刹车，加速减速，通过两个四联数码管控制显示时间和里程以及小车行驶的时间。其中P0口进行位选，P2口进行显示段码输出。

该系统采用上电复位加上手动复位联合复位系统进行初始化，单片机通过P3.0，P3.1输出脉冲控制电机正转反转以及刹车，当P3.0，P3.1分别输出01是电动机正转，输出10时电动机反转，输出00时电动机两边短路，小车立即刹车。 流程图如下：

（1）外部中断0

车轮美转一次，霍尔元件产生一个脉冲P3.14，通过下降沿触发外部中断0，并且在每进行一次外部中断记录圈数的变量加1.

开始 外部中断 INT0 车轮每转一圈 霍尔元件产生一个脉冲 圈数quanshu++

（2）外中断1

光电检测每检测到一条黑带就产生一个脉冲输入P3.2口，通过下降沿的方式触发外中断1，每中断一次记录黑带的变量加1，当检测到第五条黑带时，p1.0=1，p1.1=1，小车的电动机由于短路刹车，当检测到第九条黑带时，小车再次刹车同时关掉所有中断 。

开始 黑带数heidai++ Y heidai==5 P3.0=1,P3.1=1 Y heidai==9 EA=0，刹车 退出

（3）定时器中断0

使用定时器T0产生5ms定时中断，每次执行该中断前要先给定时器0赋初值，定时器中断每执行一次，变量加1。当i=200时，即每当计时1秒时，时间变量t加1，速度等于一秒转的圈数和小车车轮的周长相乘。

开始 定时中断0 产生5ms中断 控制一秒定时，i++ 一秒定时是否到

共转的圈数q 路程=周长*圈数q （4）定时器中断1

主要用来产生不同的占空比的波型进行高低速控制，每次执行时，定时器1要赋初值

（5） 主程序

主程序主要用来控制两个四联数码管的显示，通过循环语句不断的调用显示程序，使两个四联数码管按位不断循环亮点，当小车行驶时动态显示时间和路程，小车停止时显示小车行驶过程中的时间和路程。

6.安装与调试

自动小车为玩具遥控小汽车的改装品，在改装的过程中最重要的是考虑设计光电检测管的位置，检测黑带的光电管放在车体的中央，用遮光管将其以一定反射角度压到跑道上。路程检测用槽型光耦，放在小车的从动轮上。轮子的周长约为21.6厘米，在轮子上用了一个霍尔元件，每转一圈一个脉冲。在组装前对每一个单元电路进行测试，以保证外部硬件电路的无误，有利于最后的统调。调整是以点到线，最后到整体调试的方法。在调整的过程中我们发现了许多问题，如响应中断的次数的调整等。并且为了小车碰到墙壁不至于停车，我们在小车的四角上都加上了导向轮，导向轮用随身听的压带轮制作即可。

7.附录元器件及程序如下： 基本元器件列表 一个STC89C52单片机 2个四位共阳数码管 一个L298N芯片 一个LM358

一个霍尔元件和小磁钢片 光点接收管一对

晶振（12M）及30pf电容 开关

电阻 10k 100欧姆 1k 20k可调

附录程序： #include //包含头文件 #define uint unsigned int //宏常量定义 #define uchar unsigned char //宏常量定义 sbit dianji1=P1^0; //P1_0设置为电机控制一 sbit dianji2=P1^1; //P1_1设置为电机控制二 sbit hdjc=P3^2; //P3_2设置为黑带检测位

uchar code duma[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff}; //段编码

uchar code dianduma[]={0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10}; //带小数点段编码

uchar code wema[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0x00,0xff}; //位编码

uchar num,ge,shi,bai,qian; //定义几个字符型变量 uint miao,lc,heidai=0; //定义几个整形变量 long int qs; //定义一个长整形变量用来记录小车所转的圈数

void fenwei(uint); //声明一个分位函数用来把要显示的数分位

void shuma(uchar,uchar) ; //声明一个数码上显示函数用来在数码管上显示数据

void shumadian(uchar,uchar); //声明另一个数码显示函数用来显示带小数点的数据 void miaoxianshi(uint); //声明一个显示时间的函数 void lcxs(uint); //声明一个显示路程的函数 void djkz(); //声明一个电机控制函数 void delay(uchar); //声明一个延时函数 void delay10s(); //声明另一个延时函数用来延时十秒钟

/*————————————————主函数———————————————————*/ void main() { EA=1; //打开总中断

ET0=1; //打开定时器中断0 EX0=1; //打开外部中断1 IT0=1; //外部中断0设置为跳变沿触发方式 EX1=1; //打开外部中断1 IT1=1; //外部中断1设置为跳变沿触发方式 TMOD=0x01; //设置定时器0为方式1 TH0=(65536-500)/256; //定时器0高八位装初值 TL0=(65536-500)%6; //定时器0低八位装初值 TR0=1; //打开定时器0 while(1) //进入主循环 { djkz(); //进入电机控制函数 } }

/*————————————————显示分位———————————————————*/

//函数功能： 把需要在数码管上显示的数据分位， // 即把数据的个、十、百、千位分别分 // 离出来

//函数入口参数：整形x，储存需要分位的数据 //函数返回值： 无 void fenwei(uint x) { ge=x; shi=(x0)/10; bai=(x00)/100; qian=x/1000; }

/*————————————————数码显示———————————————————*/

//函数功能： 将需要显示的数据显示在数码管上 //函数入口参数：字符型x，储存显示数据 // 字符型y，储存要显示的位置 //函数返回值： 无

void shuma(uchar x,uchar y) { P0=wema[8]; P2=duma[x]; P0=wema[y]; delay(5); }

/*————————————————带小数点数码显示———————————————————*/

//函数功能： 将需要显示的数据显示在数码管上

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