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多功能可控式智能小车

专家
2013-01-24 14:18:07    评分

作者:山东工商学院 杨学慧 赵北平 王陶芳
指导教师:王彬 李大社

  作品简介

  STC15系列单片机是美国STC公司在8051单片机标准的内核结构基础上对芯片内核进行了较大改进后推出的一个增强型功能的8051的单片机,具有很多很强的新功能。随着生活水平和科学技术的提高,人们对生活质量的要求也在不断提高。遥控技术也原来越受人们的欢迎,其中红外遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段,在此,我们思考将红外遥控技术应用到平时的工作生活中。在不同场合都存在各种遥控控制,因此我们从最平常的事物出发,发明基于单片机的具有学习功能的红外遥控小车。以此为例,我们还可以做一些遥控开关, 面对开关的改革,很多人设计了...(查看更多)延时开关、声控开关、光控开关,但此类开关仍存在许多问题,例如需近距离手动操作、受环境影响大。后来有人发明了红外遥控开关,在此作品中,我们设计了遥控小车,由单片机对特定红外信号控制接收,采用C语言编程对单片机实现控制,可以方便达到让你用电视机等普通遥控器操纵小车的目的。
  参加此次全国信息技术应用技术水平大赛,我们选用单片机开发板(以STC15F2K61S2芯片为控制核心)、利用开发板上的外设和自己搭设的部分硬件外设,自选车模组成了参加此次比赛的作品。包括履带车部分,开发板部分,红外开关部分,遥控部分,电机驱动部分,遥控部分。
  在给系统上电后,可以通过开发板的按键设定时间,显示屏上会自动显示此时此刻的温度,星期,当人流量检测打开后,当检测到有人进入室内时,屏上会自动显示进入的后人数,出来后的人数。可以使用遥控器,控制车的前进,后退,左转,右转,停止。

  平台选型说明

  我们选用单片机开发板(以STC15F2K61S2芯片为控制核心)。

  设计说明

  各部分原理图如下:  

 
 
 
 

  设计原理:
  STC15F104S内部高精密R/C时钟。PCF8563是低功耗的CMOS实时时钟日历芯片它提供一个可编程时钟输出一个中断输出和掉电检测器所有的地址和数据通过I2C总线接口串行传递最大总线速度为400Kbits/s每次读写数据后内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。
  特性 低工作电流典型值为0.25AVDD=3.0VTamb=25时; 世纪标志; 大工作电压范围1.05.5V; 低休眠电流典型值为0.25A(VDD=3.0V,Tamb=25); 400KHz的I2C 总线接口VDD=1.85.5V 时; 可编程时钟输出频率为32.768KHz1024Hz32Hz1Hz; 报警和定时器; 内部集成的振荡器电容片内电源复位功能掉电检测器; I2C总线从地址读0A3H写0A2H; 开漏中断引脚。
  DS18B20的测温原理 DS18B20的测温原理如图2所示,图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小〔1〕,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1,高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入,图中还隐含着计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数,进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-55 ℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中,减法计数器1和温度寄存器被预置在 -55 ℃ 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数门仍未关闭就重复上述过程,直至温度寄存器值达到被测温度值,这就是DS18B20的测温原理。
  L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是主要特点是主要特点是主要特点是:工作电压高,最高工作电压可达46V;输出电流大,瞬间峰值电流3A,持续工作电流为2A;额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器,可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载;采用标准逻辑电平信号控制;具有两个使能控制端,在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端,使内部逻辑电路部分在低电压下工作;可以外接检测电阻,将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机,该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机,也可以驱动两台直流电机。
  两相四线步进电机的四拍工作方式,其各相通电顺序为(A-B-A’-B’)依次循环。《例一、步进电机正转两相四拍程序》(通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B相的通断。) 2、两相四线步进电机的四拍工作方式,其各相通电顺序为: (A-AB-B-BA’-A’-A’B’-B’-B’A) 例二、步进电机正转两相八拍程序》依次循环。(出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用八拍工作方式)。如果给定工作方式正序换相通电,步进电机正转,如果按反序通电换相,则电机就反转。如果给步进电机发一个控制脉冲,它就转一步,再发一个脉冲,它会再转一步。两个脉冲的间隔越短,步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率,就可以对步进电机进行调速。
  PCF8563是PHILIPS公司推出的一款带I2C总线,具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片PCF8563的多种报警功能定时器功能时钟输出功能以及中断输出功能能完成各种复杂的定时服务甚至可为单片机提供看门狗功能内部时钟电路内部振荡电路内部低电压检测电路1.0V以及两线制I2C总线通讯方式不但使外围电路及其简洁而且也增加了芯片的可靠性当然作为时钟芯片PCF8563亦解决了2000年问题因而PCF8563是一种性价比极高的时钟芯片它广泛应用于电话传便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域下面将主要的性能指标作一综合 1. 宽电压范围1.05.5V复位电压Vlow=1.0V; 2. 超低功耗典型值为0.25A; 3. 四种报警功能和定时器功能; 4. 内部复位电路内部振荡器电路和内部低压检测电路; 5. 中断输出和可编程时钟输出功能; 6. 400kHzI2C总线。
  PCF8563共有16个寄存器其中00H01H为控制方式寄存器09H0CH为报警功能寄存器0DH为时钟输出寄存器0EH和0FH为定时器功能寄存器02H08H为秒年时间。
  PCF8563共有四种报警方式分别为小时报警每小时的同一分钟时刻报警天报警每天的同一小时时刻报警月报警每月的同一天时刻报警和星期报警每星期的同一天时刻报警发生报警时AF位变为1四种报警只可设置其一而不能同时使用设置报警有效的方法是将相应报警寄存器的最高位AE置1若同时置AIE=1则在AF置1的同时将在/INT引脚产生一个中断低电平有效清除中断信号的方法是软件清AF由此看出AIE相当于单片机中的中断允许控制位而AF相当于中断申请标志位。
  红外遥控系统主要分为调制、发射和接收三部分,如图1 所示:  


图1 红外遥控系统。   1838红外接收头为接收部分。

  1 红外信号收发系统的典型电路如图1所示,红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中,成为一体化红外接收头。   2内部电路包括红外监测二极管,放大器,限副器,带通滤波器,积分电路,比较器等。红外监测二极管监测到红外信号,   3 然后把信号送到放大器和限幅器,限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平,而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流   4 信号进入带通滤波器,带通滤波器可以通过30khz到60khz的负载波,通过解调电路和积分电路进入比较器,比较器输出   5高低电平,还原出发射端的信号波形。注意输出的高低电平和发射端是反相的,这样的目的是为了提高接收的灵敏度。

  设计方案:
  用1602液晶显示屏显示时间(年、月、日、星期、时、分、秒),以及温度。
  用按键来调节时间,通过改变年月日,星期也会随之改变。
  用L298N的驱动模块来控制小车的前进后退和转弯,通过PWM波控制小车的速度。
  通过红外遥控可以随时控制小车的运动状态。
  温度测量时通过温度传感器BS18B20,通过对温度传感器的控制,测出所触及环境的温度,并通过液晶显示屏显示出来,
  用两个红外开关可以测出进出房间的人流量,并在液晶显示屏上显示出来。
  DS18B20工作时,低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小〔1〕,用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1,高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变,所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入,图中还隐含着计数门,当计数门打开时,DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数,进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定,每次测量前,首先将-55 ℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中,减法计数器1和温度寄存器被预置在 -55 ℃ 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1,减法计数器1的预置将重新被装入,减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到减法计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性,其输出用于修正减法计数器的预置值,只要计数门仍未关闭就重复上述过程,直至温度寄存器值达到被测温度值。将时分秒在液晶显示屏上显示出来。

  作品特色

  我们的多功能可控式智能小车集时间显示,时间可调,万年历功能,温度测量,高温报警功能,还有人流量监测功能,并可以根据屋里的情况自动开关灯,还可以根据人的需要测量各处的温度。
  当然此多功能可控式智能小车的实用性是相当可圈可点的,可以把它当做工艺品放在室内检测室内温度,同时充当室内时钟的功能,也可以把它停在门旁,他可以自动根据室内人员的有无控制灯的亮灭,这样可以帮助人们节约每一度电,我们用自己的实际行动来诠释环保的意义。还可以通过遥控测量任意一点的温度,这样在寒冷的冬天,只需轻轻地动几次手指,便可以知道外面是不是真的很冷,如果做成商品的话,我们的多功能可控式智能小车在用的多年之后,可以充当小孩的游戏车。我觉得它的前景是很可观的,我们可以给他加上其他的,烟雾报警,适度报警等功能,这样在外出旅游,野外探险都可以带着。
  实现了可遥控式自动行走的功能,可以说是数字钟,温度计,智能车的汇总。特是我们的人流量监测功能,可调式测温功能也算颇具创意。

系统演示视频:http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2598




关键词: 多功能     可控     智能     小车     单片机     芯片     功能     遥控    

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