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摘 要

ST89C51单片机是一款低功耗，高性能的单片机,他的易用性受到了广大用户的好评,本控制系统以符合设计需要为主要设计目的,采用 ST89C51单片机作为控制的核心,利用先进的超声波技术来检测路上的障碍物,控制电动小型汽车自动规避障碍物，自动泊车,自动找寻踪迹和趋光等功能。

在智能玩具小车控制系统的研究与设计中，以ST89C51单片机为核心，以L289N驱动直流电动机，产生的信号驱动小车向前行驶，使用跟踪模块中的红外灯管是否找到由黑线产生的信号，然后通过双电压比较器集成电路发送到微控制器，控制电路可以根据程序设计的要求自动做出相应的判断，并将其传递给微控制器，从而使汽车上路，自行移动起来，实现一些重要的基本功能。

关键词:ST89C51单片机;传感器;PWM ;电动玩具小车

Hardware design of intelligent electric car

Abstract

ST89C51 microcontroller is a 8 bit MCU, many users praise it bccause of its easily use, this system is to design the requirements of the subject, for the purpose of use ST89C51 microcontroller as the control core, using the ultrasonic detection in the way, automatic obstacle avoidance, and automatic control electric car parking, automatic tracing and making light function.

In the research and design of the control system of intelligent toy cars, ST89C51 single-chip microcomputer as the core, with L289N drive dc motor, when it produces the driving signal to drive the car forward, will use tracking module of infrared lamp whether find the signal generated by the black line, and then through the dual voltage comparator is sent to a micro controller IC,The control circuit can automatically make the corresponding judgment according to the requirements of the program design, and it will be passed to the microcontroller, so that the car on the road, move up, to achieve some important basic functions.

Key words :ST89C51 MCU;Photoelectric sensor;PWM speed regulation;The electric car

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 概述 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究意义 1

1.3 国内外研究现状 2

1.4 研究内容 2

第二章 智能小车相关技术原理 3

2.1 单片机技术 3

2.1.1 ST89C5C1单片机 3

2.2红外传感器技术 4

2.3智能玩具电动小车技术 4

2.4 本章小结 4

第三章 功能要求与软件设计 5

3.1功能分析 5

3.2方案设计与论证 5

3.2.1循迹模块方案比较 5

3.2.2 避障模块方案比较 6

3.2.3 寻找点光源模块方案比较 6

3.2.4显示模块方案比较 7

3.2.5电动机驱动模块方案比较 7

3.3 最终方案选择 7

3.4软件设计 7

3.5本章小结 8

第四章 硬件设计 9

4.1路面黑线检测电路设计 9

4.2电动机驱动电路设计 9

4.3光源检测电路设计 10

4.4显示模块设计 10

4.5超声波检测电路设计 10

4.6电源模块设计 11

4.7小车原理图 11

4.8本章小结 11

第五章 小车硬件仿真 12

5.1 Protues软件简介 12

5.2 Multisim软件简介 12

5.3 Protus仿真 12

5.4 Multisim仿真 13

5.4.1报警器仿真 13

5.4.2 H桥电路仿真 13

5.4.3电源供电器仿真 13

第六章 结论与展望 15

6.1结论 15

6.2展望 15

致谢 16

参考文献 17

附录 18

第一章 概述

1.1 研究背景

在当今这个科学信息技术快速发展时代,我国国民经济社会发展也不断加快,时代在前进，推动着科技前进的步伐也日益加快。随着移动互联网络和电子商务科学信息技术的不断发展,属于信息融合型电子商务终端类的新型个人专用电子终端也已经变得越来越多,例如PDA、手持式电子游戏机和移动智能手机等等,他们都已经成功占据了很大的国际市场份额。在传统儿童玩具制造行业中,随着移动互联网和玩具电子化等科学信息技术的不断进步发展而逐渐融入现代儿童玩具中,使得传统儿童玩具也日益逐步走向电子智能化,也就逐渐形成了新一类智能融合型态的儿童智能电子玩具终端,这也可能正是当今当下全球各国对于儿童玩具制造行业未来几年发展的一个重要战略方向。

去年,结合了目前中国最为高端的移动互联网和移动电子科技的儿童玩具的产品整体市场销售额仅仅在在位于美国一个州的地区或其他国家的儿童玩具零售市场上就已经迅速达到115亿美元,远远超过了一般儿童玩具的平均的年增长速度[1]。由于2010年整个在全世界用于智能儿童玩具的全球销售市场总收入只有100亿美元。据此前我国相关权威机构预测,2014年末该类产品的市场销售总额市场规模将会增加得更大,可以每年增加达到200亿美元。而且目前智能电子玩具绝对可以算已经是每年盈利比较丰厚的,因为目前很多智能电子玩具的相关产品和应用技术都已经是普遍存在的一些比较主流的的融合型智能终端上,然后在它的一些基础上又重新进行了一些创新,成本也就是相对来说比较低。这样一来,投资者可以获得的长期投资收益回报也就比较丰厚。另一方面,鉴于智能电子玩及智能儿童玩具对于家庭幼儿健康成长的重要意义和极其重要性及日益的的智能化、多样性,受到了广大家庭消费者的高度关注。目前，中国在儿童智能玩具产品上的国际平均消费水平远远低于其他乡美国，德国等发达国家。因此，未来智能儿童玩具在国际市场上的发展空间会很大。所以，集成了现代计算机技术以实现过程控制自动化并使用现代信息和电子技术（如微型计算机）的新型智能儿童玩具系列产品的技术研发受到了社会各界的越来越多的关注。随着我们人类人工智能化程度的不断提高发展,人们目前的一些日常生活工作习惯会迅速发生改变,电子玩具和智能儿童玩具依然拥有很好的市场发展前景。本次的设计方案正是在此种背景下提出的[2]。

1.2 研究意义

单片机由于其集成程度高、体积小,可靠性高、实际工作温度区间大等优点而被广泛地采纳和应用并逐渐深入到各个行业,已经发展成为工业、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[3]。目前,开发生产出来的造型模块化的功能强大，价格低廉的智能电动玩具小车已逐渐成为来自全国各地玩具电子技术行业竞争热点，这种智能玩具模型小车在国内外具有巨大的市场。在当今世界的玩具市场上,智能儿童玩具这个刚刚兴起的领域,几乎被包括美国、日本等发达国家完全直接垄断,我国的智能儿童玩具才是一个即将迅速崛起的新兴领域,可编程智能玩具小汽车将一定程度给我国智能儿童玩具这个新兴市场发展注入新的勃勃生命力。随着移动互联网和光传感信息技术、计算机信息科学、人工智能及其它各种智能相关技术学科的快速发展进步,玩具小车正朝着工业智能化发展方向快速推进。智能玩具小车的控制系统不是一个单一个体，它包含了许多方面的技术，例如计我们所熟悉的计算机控制技术、自动化技术、传感器控制技术等，此外还有结合AI智能等诸多不同方面的控制技术，在上述技术的支持下，他就可以具有自动感知车辆情况和管理控制交通功能,实时交通决策和城市规划的控制功能,是典型的机电一体化的控制产品。另外,选择这种采用单片机技术来进行设计的电动智能小车,目的就是在于从我们现在日常生活中可以经常接触和容易看到的各个细微的地方出发着手,通过所学理论和实践相互间的结合,更加清楚地明确了自己的工作经验和理论所学,也在前期实际操作中充分发现了自己在设计理论上的不足,对目前广泛应用的这种智能单片机设计进行了更深的理性化和更感性化的角度把握和重新认识,使得所学理论与实践相得益彰[4]。

1.3 国内外研究现状

一 国外智能汽车的研究现状

从二十世纪五十年代以来，国外就已经开始有关智能汽车的研究了。它的开发过程可能经历了三个阶段：分别介绍如下:

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