基于单片机的智能玩具车设计.docx

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1、现在,玩具电动车要么是只能实现直线前进的，要么是带遥控装置的开环控制的，能够实现或前进、或后退、或左转、或右转的功能。能够显示运行状态、里程（圈数）并实现报警的却为数不多。本文的主要研究工作是设计和实现基于单片机STC89C51的智能玩具电动车，包括其硬件和软件两个部分。硬件电路部分主要包括控制器、信号检测电路、避障电路、电机驱动电路、显示电路、电源电路等,通过软件编程控制小车实现前进、后退、加速、减速、左转、右转和车灯闪烁等功能，并在小车行进中很好地实现避障，里程、行进方向显示和报警。本文是把当前一般的玩具电动车作为基础，增加各种传感器，如光电传感器、红外传感器、超声波传感器等，利用传感器构

2、成的信号检测电路实时检测电动车的运行速度、运行位置、运行状况，单片机接收并处理信号检测电路检测到的各种数据，然后由单片机发出指令控制电动小车运行。该智能玩具小车能够实现的功能有:实时准确地显示温度、显示里程，能够实现语音控制，自动循迹和避障，能够自动调节行驶速度并精确停车。关键词：智能，玩具电动车，单片机，软件设计ABSTRACTNow,e1ectrictoyiseithercanon1yachieveastraightforward,eitherwithremotecontro1deviceforopen1oopcontro1,canachieveorforward,orback,or1ef

3、t,orrightfunction.Tobeab1etodisp1ayoperatingstatus,mi1eage(1APS)anda1armhoweveramounttoisnotmuch.Themainresearchworkofthisthesisistodesignandimp1ementbasedonSTC89C51sing1e-chipmicrocomputerinte11igenttoycar,inc1udingitshardwareandsoftwareintwoparts.Thehardwarecircuitpartmain1ycomprisesacontro11er,as

4、igna1detectioncircuit,obstac1eavoidancecircuit,motordrivecircuit,disp1aycircuit,powersupp1ycircuit,throughsoftwareprogrammingtocontro1thecarforward,backward,acce1eration,dece1eration,turn1eft,turnrightand1ightsf1ashingandotherfunctions,andinthesma11carrunningwe11rea1izetheobstac1eavoidance,mi1eage,t

5、hedirectionofdisp1ayanda1arm.Thispaperistopresentagenera1e1ectrictoyasafoundation,increaseofvarioussensors,suchasphotoe1ectricsensor,infraredsensor,u1trasonicsensor,thesensorsigna1detectioncircuitforrea1-timedetectionofe1ectricvehic1erunningspeed,runningposition,operation,SCMreceivesandprocessesthes

6、igna1detectioncircuitdetectsavarietyofdata,andthenbytheMCUinstructioncontro1ofe1ectrictro11ey.Theinte11igenttoycarcanachievefunctions:rea1-timeandaccuratetemperaturedisp1ay,disp1aythemi1eage,voicecontro1canbeachieved,automatictrackingandobstac1eavoidance,andcanautomatica11yadjustthespeedandtheprecis

7、ionofparking.Keywords:Inte11igent,e1ectrictoycars,SCM,softwaredesign摘要IABSTRACTII第一章引言21.1 研究背景21.2 研究意义21.3 国内外研究现状31.4 研究内容4第二章相关技术62.1 单片机技术62.2 智能玩具电动车技术7第三章系统需求分析83.1 功能分析83.1.1 主控模块83.1.2 电机驱动模块93.1.3 显示模块93.1.4 电源模块113.1.5 机械系统模块I13.2 性能分析123.2.1 硬件系统可靠性措施123.2.2 软件系统可靠性措施12第四章电路设计154.1 主控电路设

8、计154.1.1 STC89C51单片机硬件结构154.1.2 最小应用系统设计164.2 信号检测电路设计214.2.1 红外检测电路设计224.2.2 金属探测电路设计224.3 驱动电路设计234.4 显示电路设计254.5 电源电路设计264.6 接口电路设计274.6.1 前向通道设计27第五章控制软件的设计与实现355.1 概述355.1.1 应用软件的一般要求355.1.2 应用软件的设计过程365.2 软件的结构设计365.3 主要模块实现375.3.1 电机驱动流程图及程序375.3.2 循迹流程图及程序425.3.3 显示流程图及程序49第六章系统功能测试616.1 测试仪

9、器及设备616.2 系统功能测试626.3 系统测试结果及分析63第七章结论和展望657.1 结论657.2 展望65参考文献66第一章引言1.1 研究背景当今社会，科学技术日新月异，时代前进的步伐越来越快。随着电子技术的发展，属于融合类的个人电子终端也越来越多，比如PMP、PDA、手持游戏机和智能手机等等，他们都占据了很大的市场份额。在玩具领域，随着电子技术不断融入玩具，使得玩具也越来越智能化，也就构成了新一类的融合类电子终端，这也是世界各国玩具产业发展的一种方向。去年，结合了高端的电子技术的玩具的销售额仅仅在在美国一个国家的玩具市场上就达到115亿美元，大大超过了一般玩具的增长速度。因为2

10、010年全世界的智能玩具销售收入才100亿美元。据权威部门预计，2012年末销售额增加更大，可以达到200亿美元。智能玩具绝对是利润比较丰厚的，因为智能玩具的技术是建立在已有的主流融合终端上，然后在其基础山进行了创新，成本相对来说较低。这样一来，投资者的投资回报就比较丰厚。另一方面，鉴于电子智能玩具对于儿童成长的重要性及越来越智能化和多样化，受到了消费者的喜爱。现在，中国在玩具消费上的人均值相对其他国家来说要低很多，因此，智能玩具在中国的市场空间将会很大。所以，融合了计算机控制与电子技术的智能化玩具的研究越来越受到社会各界的广泛重视。随着智能水平的不断提高，人们的生活方式迅速地改变，电子智能玩

11、具有很好的市场前景。作为电子智能玩具之一的智能玩具电动车更受儿童青睐，是儿童玩具中的宠中之宠。本设计就是在这样的背景下提出的。1.2 研究意义全称为单片微型计算机的单片机具有集成度高、体积小，可靠性高、实用温度范围宽，有优良的性能价格比，控制功能强，外部总线丰富，功能扩展性强及低功耗等特有的优良性能，因而得到了广泛应用。它推动了嵌入式系统的发展并深入到各个领域，已经成为工业、农业、国防、科研、教育以及日常生活的各个领域的智能化工具，也是现代电子系统中重要的智能化工具，对各行各业的技术改造以及产品的更新换代起到了极大的推动作用。目前.，开发模块化，功能强,价格低的智能玩具小车，已成为全国电子技能

12、比赛的热点，而且智能玩具车在国内和国外都有着巨大的市场。在全球市场上，智能玩具领域，几乎被美国、日本等国垄断，我国智能玩具是一个即将兴起的领域，可编程玩具小车将会给玩具市场注入新的活力。玩具小车随着传感技术、计算机科学、人工智能及其它相关学科的迅速发展,正向着智能化的方向发展。智能化玩具车控制系统囊括了计算机技术、自动控制技术、传感器技术和人工智能技术等多方面的技，它是一个综合体，有环境的感知功能，实时的决策与规划功能，以及行为的控制和执行等功能，是典型的机电一体化产品。另外，选择单片机设计智能玩具电动车，目的在于从日常生活中能接触到的细微处着手，通过理论与实践的结合，更明确自己的所学所用，也

13、在实践中发现自己理论的不足，对目前广泛应用的单片机有更加理性化和感性化的认识，使理论和实践相得益彰。1.3 国内外研究现状一、国外智能车辆的研究现状从20世纪50年代开始，智能车辆的研究在国外就开始了，其发展历程大致经历了初始研究、卓有成就的研究和深入、系统、大规模的研究三个阶段，分别如下：初始阶段：在20世纪的50年代美国出现了自主引导车系统。该系统具有了智能车辆的最基本的特征一一无人驾驶。这是一个标志，一个智能车辆出现的明显的标志。卓有成就的阶段：在20世纪80年代中后期，欧洲和美洲的一些国家主要进行智能车辆的可行性研究和如何让智能车辆实用化的研究,取得了显著成绩。深入、系统、大规模的研究

14、阶段：从20世纪90年代开始，各个国家尤其是欧洲的德国和美洲的美国等都对智能车辆进行了广泛地、大量地研究。尤为突出的是美国的Nav1ab系列的自主车的研究，该研究在卡内基梅陇大学机器人研究所进行，取得的成绩显著。二、国内智能车辆的研究现状在中国很多高等院校和科研机构都进行了ITS核心技术和设备的研究。在近30年的研究过程中，我国已经积累了很多经验和强大的ITS技术研究开发的专业技术队伍。1.4 研究内容当前，许多用于儿童的玩具电动车只能实现基本的功能，即或前进、或后退、或左转、或右转、或停车的功能，或加了遥控实现前述功能。也就是说控制方法上基本没有采取闭环控制。玩具小车的控制方式有：基于单片机

15、的，基于光学传感器的，语音控制的等。本设计是基于单片机的，主要完成玩具车控制系统硬件电路和软件的设计，控制系统的硬件电路部分主要包括控制器、信号检测电路、电机驱动电路、显示电路、电源电路等，直流电机作为小车的驱动电机。电机驱动利用软件产生不同占空比的PWM波来控制直流电机的转向和转速。单片机作为整个玩具电动车的控制系统，控制着与其相连的各个模块。该智能玩具电动车采用的单片机是STC89C51,通过软件编程控制小车实现前进、后退、加速、减速、左转、右转和车灯闪烁等功能，并在此过程中很好地实现里程、行进方向显示和报警。本设计是把当前一般的玩具电动车作为基础，增加必要的传感器，如光电传感器、红外传感

16、器、超声波传感器等，利用传感器构成的信号检测电路实时检测电动车的运行速度、运行位置、运行状况，单片机接收并处理信号检测电路检测到的各种数据，然后由单片机发出指令控制电动小车的运行。该智能玩具小车能够实现的功能有：实时准确地显示时间、显示速度、显示里程，智能调节行驶速度、精确停车的功能。设计方案能实现对电动小汽车的运动状态进行实时控制，控制要灵活、可靠，精度要高，需满足系统的各项要求。总之，设计的整个系统的电路结构要简单，可靠性能要高。采用的技术主要包括：1 .有效应用传感器。利用感测模块实时监测路面情况并及时传输给单片机，单片机核心模块根据感测模块给予的信息控制小车两电机转动，电机驱动模块驱动两电机转动，实现转向