红外遥控小车的设计(单片机)
课 程 设 计
题 目: 红外遥控小车的设计
学 生 专 业 检测技术与应用 指导教师
完成日期
摘 要
本系统以设计题目的要求为目的，以STC12C5410AD 单片机为核心来控制红外遥控小车, 要求用红外线遥控器控制小车行进的方向, 数码管显示方向档位，蜂鸣器发出换档提示。
整个系统的电路结构简单，可靠性能高。实验测试结果满足要求，本文着重介绍了该系统的硬件设计方法及测试结果分析。
采用的技术主要有：
（1）通过按键来控制小车的方向； （2）红外遥控的有效应用； （3）新型显示芯片的采用。
关键词：STC12C5410AD 单片机，红外遥控，电动小车，事件，编程
目 录
摘 要 . ............................................................ II 目 录 . ........................................................... III 第1章 绪 论 . ...................................................... 1
1.1 课题背景 . .................................................... 1 1.2 STC12C5410D的特点及优势 .................................... 1 第2章 设计要求及原理分析 . ........................................... 2
2.1设计任务 ..................................................... 2 2.2基本要求 ..................................................... 2 2.3原理分析 ..................................................... 2 2.3.1电控系统分析 ............................................ 2 2.3.2机械系统分析 ............................................ 2 2.3.3红外接收器的设置与布局分析 .............................. 3
第3章 硬件电路的设计 . ............................................... 4
3.1红外接收器和总控电路的选型 ................................... 4 3.1.1红外接收器的选型与工作方式 .............................. 4 3.1.2总控电路的选型 .......................................... 4 3.2最小系统的分析与比较 ......................................... 5 3.3单片机STC12C5410AD 最小系统电路设计 .......................... 5 3.4红外遥控系统 ................................................. 6 3.5显示模块 ..................................................... 7 3.6电机驱动模块 ................................................. 7 第4章 软件设计 . .................................... 错误！未定义书签。
4.1 主程序流程 . ................................. 错误！未定义书签。 4.2 红外遥控的编码和解码 . ...................... 错误！未定义书签。 4.3 数码管显示 . ................................. 错误！未定义书签。 4.4结 论 ...................................... 错误！未定义书签。 致 谢 . ............................................................ 10 参 考 文 献 . ........................................................ 11 附录 . ............................................................... 12
第1章 绪 论
1.1 课题背景
随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的，指导教师已经有充分的准备。本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。本设计一个以STC12C5410AD 单片机为核心红外遥控小车, 要求用红外线遥控器控制小车行进的方向, 数码管显示方向档位，蜂鸣器发出换档提示，并且测试开始到停止所用的时间。
确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上、红外线、红外接收器，实现对电动车的方向、档位、运行状况的实时测控制，并将数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。
1.2 STC12C5410D 的特点及优势
这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。本设计采用STC12C5410AD 单片机。以STC12C5410AD 为控制核心，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。它是第三代单片机的代表。
新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了良好的基础。
本设计就采用了比较先进的STC12C5410AD 为控制核心，STC12C5410AD 采用CHOMS 工艺，功耗很低。该设计具有实际意义，可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面。尤其是在足球机器人研究方面具有很好的发展前景；在考古方面也应用到了超声波传感器进行检测。所以本设计与实际相结合，现实意义很强。
第2章 设计要求及原理分析
2.1设计任务
本系统采用输入电压为+5V，接上电源后指示灯亮，采用HS0038红外线一体化接收器和普通解码方式的红外线电视遥控器来控制小车的方向。本设计以STC12C5410AD 单片机 为核心红外遥控小车，除了能控制小车的方向外，还要有数码管显示方向档位，蜂鸣器发出换档提示。
2.2基本要求
1、遥控器控制小车行进的方向（前进、后退、左转和右转）； 2、数码管显示档位（1前进或2后退）； 3、蜂鸣器在换挡时发出提示。
2.3原理分析
2.3.1电控系统分析
根据设计要求，我们认为此设计属于多输入量的复杂程序控制问题，并且输入量属于低速开关量，对于低速开关量复杂程序控制应用单片机技术比较合适，初步计划使用单片机作为核心器件来完成本设计。 2.3.2机械系统分析
根据题目，小车将完成红外遥控控制方向、数码管显示和蜂鸣器提示等要求，可以采用如下方案完成题目。
小车选型： (1)小车选型
方案一：选择履带式玩具车加以改造，特点是驱动能力强容易爬坡； 方案二：选择直流电机独立制作。特点是驱动能力强； 方案三：选择四轮驱动玩具车改造。特点是速度高。
以上三种车都有利于刹车的特点，其中履带式小车和减速电机制作的小车速度相对低一些，在单项时间方面较弱，但是在爬坡上占有很大优势。本设计将选择履带式小车。
经过论证方案三为设计方案。 （2）小车方向控制：
方案一：采用按键方式，控制小车运行姿态和端点控制；
方案二：采用车无线通讯系统来控制，配上手持式遥控按键。该方案的成本比较贵，容易出现误差。
方案三：采用HS0038红外线一体化接收器和普通解码方式的电视机遥控器来
控制小车的方向。优点准确性高，价格便宜。故采用方案三。 2.3.3红外接收器的设置与布局分析
通过对题目的分析我们得出如下几大需要检测的物理量：（1）控制四个方向；（2）数码管显示；（3）蜂鸣器提示。对HS0038红外线一体化接收器应安装在小车的最上面，容易接受信号。
第3章 硬件电路的设计
针对题目要求，我们设计了一种单片机控制的，电动小车，这台小车的车体选用现成的市售玩具车改装而成，对其结构，运动部件等部分作了改装。
为完成题目要求，我们使用了很多传感器，这台小车上还安装了“大脑” ——“单片机控制系统”。
并且根据我们自己的需要而附加的功能，该电路的总体框图可分为几个基本的模块，框图如图3.1所示：
图3.1总体框图
3.1红外接收器和总控电路的选型
3.1.1红外接收器的选型与工作方式
红外接收器采用HS0038型号元件，HS0038 信号电平： 38kHz 红外发射接收到时： OUT 低电平输出；38kHz 红外发射接收不到时：OUT 高电平输出。 3.1.2总控电路的选型
针对本设计特点——多开关量输入的复杂程序控制系统，我们需要擅长处理多开关量的标准单片机，STC 公司的STC12C5410AD ，它支持在线编写调试，可擦写100000次以上。成本低，性能好，原有程序直接使用，硬件无须改动，5V 工作电压 可以使最小系统板最小最轻，耗能少，高速，高可靠强抗静电，强抗干扰。另外同时STC 公司的STC12C5410AD 是一款集成化很高的芯片，利于小车调试和装载。在设计过程中，我们巧妙运用单片机I/O口和特殊功能的中断口多的功能，尽可能少的去占用I/O口。
3.2最小系统的分析与比较
考虑到最小系统在电动小车的作用，有的最小系统可能无法胜任这一个工作有的可能I/O太少了，有的可能中断太少了无法达到想要的目的下面就价绍一下两块不同的最小系统的两个不同的方案。
方案一:Atmel公司的AT89C52，它支持在线调试，这就大大减少了调试不断拔插芯片的烦恼，另外Atmel 公司的AT89C52是一款集成化很高的芯片，利于小车调试和装载。不过就是这个心片要用的I/O和中断口太少了，无法在想要的过程中去实现别的功能。
方案二：STMicroelectronics 公司的UPSD3212，它支持在线调试，这就大大减少了调试不断拔插芯片的烦恼，但我们对UPSD3212的应用不是很了解。
方案三：STC 公司的STC12C5410ADAD ，它支持在线编写调试，可擦写100000次以上。成本低，性能好，原有程序直接使用，硬件无须改动，3.3V 工作电压 可以使最小系统板最小最轻，耗能少，高速，高可靠强抗静电，强抗干扰。另外同时STC 公司的STC12C5410ADAD 是一款集成化很高的芯片，利于小车调试和装载。在设计过程中，我们巧妙运用单片机I/O口和特殊功能的中断口多的功能，尽可能少的去占用I/O口线。
3.3单片机STC12C5410AD 最小系统电路设计
使CPU 开始工作的方法就是给CPU 一个复位信号，CPU 收到复位信号后将内部特殊功能寄存器设置为规定值，并将程序计数器设置为“0000H ”。复位信号结束后，CPU 从程序存储器“0000H ”处开始执行程序。STC12C5410AD 为高电平复位，一般有3种复位方法。
上电复位。接通电源时复位。
手动复位。设置一个复位按钮，当操作者按下按钮时产生一个复位信号。 自动复位。设计一个复位电路，当系统满足某一条件时自动产生一个复位信号。
图3.2为最简单的上电复位和手动复位方法
图3.2 STC12C5410AD 的复位电路
整个PEROM
阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保
持ALE 管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，STC12C5410AD 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但RAM ，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM 的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
STC12C5410AD 具有在系统可编程功能，可以很方便的改写单片机存储器内的程序不需要把芯片中从工作环境中剥离，把STC12C5410AD ISP 下载口接入电路，可使电路实现该功能。单片机外围电路的设计图如图3.3示。
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图3.3最小系统电路图
3.4红外遥控系统
红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射雕红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。
发射部分如图3.4所示：一般由指令键、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。当按下指令键时，指令码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载体进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定指令编码信号。
图3.4 红外遥控的发射框图
接收部分如图3.5所示：一般由接收电路、放大电路、调制电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路等几部分组成。接收电路将发射器发出的已调制的编码指令信号接收下来，并进行放大后送解调电路，解调电路将已调制的指令编码信号解调出来，即还原为编码信号。指令译码器将编码指令信号进行译码，最后由驱动电路来驱动执行电路实现各种指令的操作控制。
图3.5 红外线接收框图
3.5显示模块
通用的多位LED 显示驱动电路一般采用动态扫描实现的，单片机要不断扫描才能实现LED 的显示，占用了较多的CPU 资源。本方案采用I/O口直接送段码来实现8位LED 的显示，其最大的特点是并行静态显示驱动速度比较快。另外它的低功耗及灵活的控制方式也是本方案采用的原因。在电路中，八个段码通过引脚与CPU 相连，引角DIN 与但片机I/O口连接，如下图3.6所示。
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图3.6显示模块图
3.6电机驱动模块
方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关切换对小车实现速度调整这个方案的优点是电路较为简单，缺点是响应时间慢、机械结构易损坏、
寿命较短、可靠性不高。
方案二：采用电阻网络或电位器调整电动机分压，从而达到目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电位器（如9317、8547、X9511）世面有售不多，常造成本地采购困难等情况。更主要的问题在于一般电动机的电阻小，但电流很大，分压不仅会降低效率，而且实现很困难。
方案三：采用达林顿管组成H 型PWM 电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路工作在饱和截止两种状态下，效率较高，是一种广泛采用的技术。
方案四：采用小型直流电机驱动芯片L298，在6-64V 电压下，可以提供2安培的额定电流。拥有过热保护和电流反馈检测功能。用以下数据也可以说明：我们都知道直流电动机的转速与其它参量的关系为：
n =
U d -I d R d U d I d R d
=-=n 0-∆n
C e ΦC e ΦC e Φ
式中： n 为电动机转速； Ud 为电枢电压； Id 为电枢电流； Rd 为电枢回路总电阻；
Ce 为由电机结构决定的电势系数； Φ为励磁磁通。
由上式可见，直流电机的调速可以有四种方式：改变电枢电压Ud ；改变励磁电压Ul(即改变励磁磁通Φ) ；改变励磁回路电阻Rf ；改变电枢回路总电阻Rd 。以第一种调速方法为例，改变电枢电压Ud 相当于改变机械特性的起始点n0的大小，而∆n 则不受影响。由上式可见，在一定的负载下，增大Ud 即可增加转速n 。采用改变电枢电压调速的系统称为调压调速系统。它是最常使用的调速方案。 通过分析和性价比与电路稳定性分析，选择方案四，电路原理图如图3.7所示
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IN1IN2IN3IN4
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图3.7 动力和方向控制模块模块原理图
4.4结 论
历时三个月的设计过程中，我首先边查资料，边在实验室焊接小车的线路板。在焊接过程中，我感觉到即使是一个简单的电路，要想很轻松的焊好，也不是很容易的事情。有时是“虚焊”的原因，有时可能是阻值选错。在焊接显示电路时，我就错将680欧的电阻焊成了6.8千欧。这使我深深感受到理论与实际间的差距。通过这样的设计，提高了我的动手能力。每天在实验室除了焊接线路板，还可以上机编程，使我软件调试知识也提高了。
本设计采用的是STC12C5410AD 单片机，这主要是因为该单片机的稳定性比较好。还可以采用其它系列的单片机。比如采用陵阳单片机，就可以简化编程，但其稳定性不是很好。
致 谢
在我大专生涯即将结束之际，在此谨向所有关心和帮助过我的人们表示最诚挚的谢意。
在本次的毕业设计中，我自始自终得到了沈娟萍老师在理论和实践上的耐心指点和悉心指导，使得毕业设计得以顺利完成。在此谨致以衷心的感谢和诚挚的敬意。
衷心感谢电子教研组的各位老师在我完成毕业设计的过程中给我的支持和帮助，和他们的讨论使我开阔了视野。
感谢养育我的父母，他们在精神和物质上给予了我无尽的关怀和无言的支持，使我永远的精神支柱。他们勤劳朴实，任劳任怨的品质永远激励着我奋发向上，努力去工作和生活。
最后，谨将此文献给所有关心与支持我的人们。
参 考 文 献
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附录
一、 元器件清单
二、 测试使用的仪器清单
三、 整体电路图