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实验报告：智能小车系统设计与实现

一、背景介绍

本实验旨在设计并实现一个基于STC89C52单片机控制的智能小车系统。该系统通过超声波传感器进行避障，通过红外接收器实现远程控制，同时具备循迹功能。整个系统的核心是单片机，它通过对各种传感器和执行器的控制，实现智能小车的多种功能。

二、硬件介绍

STC89C52单片机：主控芯片，负责处理所有传感器数据及控制信号。
红外接收器：接收遥控器的信号，实现远程控制。
超声波传感器：用于检测前方障碍物的距离，进行避障处理。
电机及驱动模块：控制小车的运动，包括前进、后退、左转、右转等。
LCD1602显示屏：用于显示当前小车的状态信息，如距离、按键值等。
蜂鸣器：提供声音提示。

三、器件连接

红外接收器连接到单片机的P3^3引脚。
超声波传感器的Trig和Echo分别连接到P1^0和P1^1引脚。
电机驱动连接到单片机的P3^0、P3^1、P3^2、P3^6、P3^4、P3^5引脚。
LCD1602显示屏连接到单片机的P0端口。
蜂鸣器连接到P2^4引脚。

四、设计原理

1. 红外接收与解码

红外接收器接收遥控器发出的信号，通过外部中断1(INT1)进行处理，记录脉冲时间并存储在IR_receive_data数组中。定时器1以256us的周期记录脉冲宽度，通过分析脉冲宽度确定接收的数据位值。解码后，将按键值存储在IR_receive_code中。

2. 超声波测距

超声波传感器通过发送Trig信号触发测距，Echo信号返回高电平时间用于计算距离。距离计算公式为：

[ \text{距离} = \frac{\text{高电平时间} \times 1.7}{100} ]

3. 电机控制

电机通过H桥电路进行驱动，控制信号分别连接到P3端口，实现前进、后退、左转、右转及停止功能。

4. LCD1602显示

LCD1602显示屏用于显示当前小车状态信息，如距离、按键值等。通过LCD1602_init初始化后，通过LCD1602_Print函数进行显示操作。

5. 蜂鸣器提示

蜂鸣器通过PWM控制发出声音提示，主要用于操作确认。

五、电路原理

电路设计包括电源模块、传感器模块、执行器模块及显示模块。每个模块与单片机连接，并通过单片机的I/O口进行数据采集与控制。

六、程序原理

程序包括初始化、主循环及各功能模块的实现。

1. 初始化

包括定时器、外部中断、LCD1602显示屏及各传感器的初始化。

c
void Init_Timer0() {
    TMOD &= 0xf0;
    TMOD |= 0x01;        // 设T0为方式1
    TH0 = 0;
    TL0 = 0;            // 定时器0初始化装载0
    ET0 = 1;            // 允许T0中断
    EA = 1;             // 开启总中断
}
void IR_receive_init() {
    IR_receive_time = 0;
    IR_receive_flag = 0;
    IR_receive_bit = 0;
    IR_receive_OK = 0;
    IR_receive_end = 0;
    TMOD |= 0x20;        // 设置定时器1为8位自动重装计数
    TH1 = 0x00;
    TL1 = 0x00;         // 设置定时时间为256us
    ET1 = 1;            // 定时器1中断打开
    EA = 1;             // 总中断打开
    TR1 = 1;            // 启动定时器1
}

2. 主循环

主循环主要负责超声波测距、红外信号处理及执行相应的控制操作。

c
void main(void) {
    // 初始化LCD1602
    LCD1602_init();
    LCD1602_Print(0, 0, "KEY:");
    LCD1602_Print(0, 1, "Distance:");
    IR_receive_init();      // 红外解码设置程序
    int1init();             // 外部中断设置
    Init_Timer0();
    while (1) {
        delay_ms(50);
        // 测量超声波距离并显示
        TR0 = 0;
        TH0 = 0;
        TL0 = 0;
        Trig = 1;
        _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
        _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
        _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
        _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
        Trig = 0;
        while (!Echo);
        TR0 = 1;
        while (Echo);
        TR0 = 0;
        distance = Conut();
        // 显示距离
        count = 0;
        disp[count++] = distance % 1000 / 100 + '0';
        disp[count++] = distance % 100 / 10 + '0';
        disp[count++] = distance % 10 / 1 + '0';
        disp[count++] = 'c'; disp[count++] = 'm';
        disp[count++] = 0;
        LCD1602_Print(9, 1, disp);
        // 按键处理
        if (IR_receive_OK) {
            IR_receive_OK = 0;
            IR_code();      // 红外数据解码
            if (IR_receive_end) {
                IR_receive_end = 0;
                IR_check(IR_receive_code[2]); // 红外按键值处理程序
                if (KEY == 1) {
                    AUTOMODE = !AUTOMODE;   // 自动模式开关
                } else if (KEY == 2) {
                    forward();              // 前进
                } else if (KEY == 5) {
                    left();                 // 左转
                } else if (KEY == 6) {
                    stop();                 // 停止
                } else if (KEY == 7) {
                    right();                // 右转
                } else if (KEY == 10) {
                    backward();             // 后退
                }
                beep();     // 蜂鸣器提示
                IR_receive_init(); // 重新初始化红外接收
                int1init();
            }
        }
        // 自动模式下的避障与循迹
        if (AUTOMODE) {
            Avoid();    // 避障
            tracking(); // 循迹
        }
    }
}

七、实验结果

通过上述设计与实现，小车能够实现红外遥控、超声波避障及自动循迹功能。实验过程中，通过LCD1602实时显示距离及按键状态，方便调试与观察。

八、结论

本实验成功实现了基于STC89C52单片机的智能小车系统，具备红外遥控、超声波避障及自动循迹等功能。通过合理的硬件连接与程序设计，小车能够稳定运行，实现预期功能。进一步优化可以考虑提高传感器精度及增加更多智能功能。

资料


https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?tab=BB08J2

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