基于单片机的智能玩具车设计(3)

当今社会单片机厂商多如牛毛，产品性能不尽相同。常用的典型的单片机有Intel公司的MCS-51系列单片机、Motorola公司的M68系列单片机、Philips公司的P系列单片机、WinBond（华邦）公司的W77、W78系列单片机、Atmel公司生产的AT89系列单片机、EPSON公司的单片机等。 本设计设计的是一个复杂程序控制系统，具有多开关量输入的特点。因此，控制核心需要用擅长处理多开关量的标准单片机，而不能用精简I/O口和程序存储器的小体积单片机。在综合考虑了传感器、两部电机的驱动等诸多因素后，本设计最终决定采用一片ATMEL公司的STC89C51单片机，充分利用STC89C51单片机的资源和适合复杂控制应用场合的特点。图 3-2 为STC89C51构成的系统原理框图。

显示里程,时间 无线遥控 显示行驶状AT89C52 指示灯 里程检测 图3-2系统原理图

3.1.2电机驱动模块

根据题目的要求，确定如下方案：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，从而实现对电动小车的智能化控制。 3.1.3显示模块 一、显示设备的选择

方案一：采用传统数码管作为显示设备。

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传统数码管具有低能耗、低损耗、低压、长寿命、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温的特点；对外界环境要求低，易于维护；同时其精度比较高，精确可靠，操作简单，程序编写容易，资源占用少。本设计要求显示的内容较多，如果利用传统数码管来显示，则需要好几块数码管，这样占用单片机很多的 I/O口，并且不够美观，也不易区分各块数码管显示的是什么内容。所以，该方案不被采用。数码管完全可用来显示已行驶过的路程，且数码管亮度大，夜间观测也比较方便，所以数码管在一般场合是首选，但是数码管只能显示数字，发挥的空间比较窄。所以不采用此方案。

方案二：采用液晶显示屏（LCD）显示时间和路程。

液晶显示器具有功耗低、无辐射危险、平面直角显示以及影像稳定等，可视面积大，画面效果好，也可以显示汉字，分辨率高，抗干扰能力强，显示内容多等特点。因此，只要用一块液晶显示器就可以显示设计要求的全部内容。此外，液晶显示器与单片机连接电路较简单，且占用的I/O口较少。基于以上分析，我们采用该方案，用LCD1602进行显示。

采用128×64的液晶屏作为显示器件，可以显示小车行驶的方向，小车行驶过的路程，小车行驶过的时间等等，最重要的是液晶能够显示汉字，提供的信息非常直观，故采用此方案。 其原理图如下所示：

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3.1.4 电源模块 采用干电池组进行供电

采用四节干电池降压至5V后给单片机及其他逻辑单元供电，另取六节干电池为电机及光电开关供电。这样做的目的是抑制短暂的电压干扰，因为电机在启动和制动时会产生这种干扰，并且这样一来，逻辑单元能正常工作，单片机也能正常的工作，所以采用此方案完全可行。故采用了此方案。 3.1.5 机械系统模块

本题目要求小车的机械系统稳定、灵活、简单，而三轮运动系统具备以上特点。 1.驱动部分

由于玩具汽车的直流电机功率较小，而小车上装有电池、电机、电子器件等，使得电机负担较重。为使小车能够顺利启动，且运动平稳，在直流电机和轮车轴之间加装三级减速齿轮。 2.电池的安装

将电池放置在车体的电机前后位置，降低车体重心，提高稳定性，同时可增加驱动轮的抓地力，减小轮子空转所引起的误差。简单，而三轮运动系统具备以上特

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点。

3.2 性能分析

要设计一个实用的智能玩具电动车系统，既要体现智能，又要体现小车的经济性、可靠性。要保障小车可靠的运行（前进、后退、左行、右行等），就需要小车有较强的抗干扰能力。因此，该系统除了需要硬件的保障外，还需要软件的保障。 3.2.1 硬件系统可靠性措施

单片机应用系统中，任何外来的干扰或内部电路的噪声都可能引起地址总线的紊乱或程序计数器状态的改变，导致程序运行出错。有效地抑制系统噪声，提高系统的可靠性是系统设计必须考虑的问题。上述防止和消除干扰的硬件主动性措施是有效的，但并不能完全保证系统的正常运行，有时还需要工作状态的监视、异常情况的处理与故障自恢复的问题。这就需要配合一些硬件措施，在软件可靠性方面着手。监视定时器的设计与应用是其中最常用最有效的方法之一，甚至随着单片机技术的发展，越来越多的单片机本身就带有监视定时器。监视用定时器实质上就是专用的定时/计数器，它的时钟来自单片机内部或外部。通过适当的程序设计，使系统在正常运行时，定时器每隔一定时间就将其初始化一次，保证不使其计数溢出。一旦系统出现异常，程序不能正常运行而紊乱时，则监视定时器不能在有限的时间内被消零，造成计数溢出，引起系统中断，而使CPU转入故障诊断与处理程序，而后恢复系统的正常运行。由此可见，监视定时器提供了一种使系统从瞬间故障中能自动恢复的能力，其软硬件实现也比较简单，因而获得了广泛的应用，常称之为看门狗（WATCH DOG）。

实现硬件“看门狗”电路方案较多，目前采用较多的方案有以下几种： 1、采用微处理器监控器；

2、采用单稳态电路来实现“看门狗”，单稳定电路可采用74LS123;3、采用内带震荡器的记数芯片（本设计采用）。 3.2.2 软件系统可靠性措施

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为了提高玩具车系统智能控制的稳定性、可靠性和系统的精度，仅仅依赖硬件抗干扰是远远不够的，还需要借助于软件来提高抗干扰能力，克服某些干扰。在单片机控制系统中，如能把软件抗干扰技术与硬件干扰措施正确有效地结合，构成双道的抗干扰防线，这将大大提高单片机控制系统的稳定性。在软件程序方面可以采取各种措施，如数字滤波、自诊断、自恢复、设置陷阱、指令冗余等。 数字滤波

一、数字滤波能够清除有用信号中混杂的各种干扰信号，保证采集来的信号不失真，进而达到提高应用系统精度的目的。数字滤波器是根据系统的性质、信号来源、工作环境、系统精度要求，然后通过程序的方法，采用不同形式抑制干扰。 二、保持信号的本来面目。数字滤波有多重形式，有中值滤波、算术平均值滤波、复合滤波等，根据实际情况的不同来加以选择和运用。 （1）中值滤波

所谓中值滤波就是对某一个被测参数连续采样n次（一般n取奇数），然后将n次采样值进行排序，最后取中值作为有效值存入单片机内部存储器中。该方法主要适用于具有脉动干扰的场合，它非常适合快速变化的信号采集。 （2）算数平均值滤波

该方法是将n次采样值相加，然后取其算数平均值作为本次采样有效值来使用。 （3）复合滤波

所谓复合滤波，就是将两种或者两种以上的滤波方法同时使用。复合滤波可以大大提高滤波效果。目前被经常使用的复合滤波是中值滤波和算术平均值滤波联合使用。 二、陷阱指令

为了提高单片机应用系统工作的稳定性，防止程序由于干扰而“跑飞”，可以在程序器的空白区设置空操作指令和少量的短字节转移指令。所谓的自陷指令通常指转移指令。在设置陷阱时最好使用单字节转移指令，此时效果最佳。若选用的

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