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1、 分类号 密级 U D C 编号 本科毕业论文(设计) 题目 基于STC89C52RC单片机的Wi-Fi视频监控小车系 别 物理与电子信息学院 专 业 名 称 电子信息科学与技术 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 论文原创性说明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本论文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期: 年 月 日文献综述一、 概述随着互联网的迅速发展普及和移动多媒体
2、终端如笔记本，智能手机的普及，人们对网络的依赖性越来越强。Wi-Fi技术出现以来，凭借其组网的方面，易于扩展，传输速度高等特点，给人们的生活工作带来了极大的方便。笔记本，智能手机的大范围的普及也促使Wi-Fi技术得以飞速发展，其应用的领域也来广阔。本文利用Wi-Fi技术，视频监控技术结合STC89C52微控制器的高性价比，低功耗，运行速度快等特点，设计了一款移动的视频监控平台。可运用在娱乐，家庭安防或者矿井，野外监测等领域。可以将人们无法到达或者特殊复杂环境的信息快速稳定的传递到安全区域。由于小车特殊的结构和较轻的自重，并且车上的摄像头可以水平和垂直方向180独立旋转，能实时监控小车车身和周围
3、环境，因此其适应地形变化能力强，运动灵活，可以胜任一些复杂环境里的工作。在控制系统预留接口，可使小车的扩展功能更加丰富。这些接口可用于连接超声波模块，红外发射接收模块，循迹模块，人体红外感应模块，温湿度传感器机械手等等，从而实现自动巡航避障，远程操作机械手，远程环境数据采集等功能。二、综述正文1954年,美国人乔治德沃尔设计了第一台电子程序可编的工业机器人，并于1961年发表了该机器人的专利。1962年，美国万能自动化公司的第一太机器人Unimate在美国通用汽车公司（General Motors）投入使用，这标志着第一代机器人的诞生。经过半个世纪的高速发展，当今机器人应用范围已经涉及到各个领
4、域。在现在众多的领域中，远端监控已经成为一种重要而且有效的控制技术。利用这种技术，可以遥控远程设备完成以前不能完成的任务或者降低完成任务的成本，机器人远程控制最早出现在地质勘探，水下作业，航空航天等领域相对成本很高。随着网络技术的发展，尤其是Wi-Fi技术的飞速发展和Wi-Fi设备普及，使得通过Wi-Fi网络控制机器人成为可能，从而大大降低了整个系统的成本。目前，服务机器人在处于萌芽阶段。市场调研与预测 根据国际机器人联盟（IFR）统计部门于2008年10月公布的资料，全球服务型机器人市场概况分述如下：个人和家用服务型机器人： 至2007年底，个人和家用服务型机器人累计装置量已超过340万台，
5、娱乐休闲用机器人已达到200万台。至 2011年底，全球家务用机器人将会达到460万台，娱乐休闲用机器人将会达到735万台，合计约1200多万台，未来四年服务机器人市场总值合计约57亿美元，到2015年，全球个人和家庭机器人市场的规模预计将达到150亿美元，同时，将出现多种类型的个人机器人。专业服务型机器人：至2007年底，全球已有4.9万台的使用数量，预计到2011年底，将增加5.4万台专业服务型机器人，总价值约91.2亿美元，其中农林矿牧用机器人最多，共将有1.9万台，防御救灾与保全机器人预计将有1.56万台销售量，专业清洁机器人亦约有4000台销售量，医疗用机器人约达3420台，多用途机
6、器人移动平台约2375台，水底作业系统预估将有超过925台销售量。Wi-Fi无线视频监控小车作为服务机器人中监控机器人的一种可用于室内，外环境监测，安保，巡逻，侦查以及后勤服务等，适用于家庭，矿井，机场，森林等环境。发达国家对监控机器人的研究起步早，相对国内技术成熟，有较多的产品问世。比如在伊拉克和阿富汗战场上，美军就总共投入了5000多台机器人。这些机器人都带有监控设备，“剑”式机器人就配备摄像头，夜视镜，变焦设备等光学侦查仪器。本设计旨在实现一个成本低、稳定性高的监控机器人。在本次设计中，采用了模块化设计思想，核心控制模块利用STC89C52微处理器做为主处理器，其主要完成对各个模块的协调
7、和控制。通信模块采用TP-LINK WR703N路由器，其主要完成实现与电脑或手机等移动终端设备连接，接受终端发送的指令，并将接受的指令通过串口转发给单片机最小系统同时将摄像头采集到的视频信号实时传送到电脑或手机等移动终端设备。三、 总结Wi-Fi无线视频监控小车是一个小型的监控机器人，与一般的监控机器人相比具有体积小，成本低，功耗低，制作相对简单等特点。同时本次设计采用了最新的Wi-Fi无线技术作为通信方式，这样可以利用现有的笔记本，手机等作为终端控制设备，降低了再次开发终端的成本。在通讯设备方面则采用市面上可买到的路由器，进一步降低成本和难度。本设计也有一些待改进的地方，如Wi-Fi信号传
8、输距离短，如果要超远距离传输就要构建网络或者借助互联网，车体采用的电机是直流有刷电机，这种电机在转动的时候有较大的噪音，而且控制精度没有无刷电机的精度高。参考文献1. 刘彪室外监控机器人的微小型组合导航系统设计哈尔滨工业大学硕士论文，20102. 张琳琳机器人遥操作系统中视频传输研究华北电力大学（北京）硕士论文，20073. 嵇鹏程，沈惠平服务机器人的现状及其发展趋势西江苏工业学院机械与能源工程学院硕士论文，20094. 许彦峰 ,胡皓瑜 ,孙汉旭. 基于Web的远程控制机器人研究航天制造技术，2003 ，06期：35385. 张毅，罗元，郑太雄等移动机器人技术及其应用M北京：电子工业出版社，
9、20076. 高国富，谢少荣，罗军等机器人传感器及其应用M北京：化学工业出版社，20057. 张永枫单片机应用实训教程北京：清华大学出版社，20088. 王静霞单片机应用技术（C语言版）北京：电子工业出版社，2009摘 要：本设计是一种基于51单片机控制的Wi-Fi视频监控小车，旨在实现一个成本低、稳定性高的监控机器人。设计中的理论方案、分析方法及特色与创新点等可以为采矿勘探机器人、家用监控系统，监控机器人等的设计与普及有一定的参考意义。从设计的功能要求出发，设计包括小车硬件设计和调试，控制系统软件设计和调试。为了适应复杂的地形，车体采用稳定性比较高和驱动能力比较强的履带式结构。在车体上安装了
10、STC89C52核心控制板，Wi-Fi收发模块（无线路由器）、电机驱动模块、电压装换模块，舵机、电源、摄像头，灯光等部件。整个系统运行是由笔记本或手机等多媒体终端控制的，多媒体终端与小车的通信通过车体上安装的无线路由器完成。笔记本或手机上安装有上位机软件能实时显示路由器挂载的USB摄像头采集到的视频信号，并且利用上位机软件发送指令代码给小车，小车上的无线路由器接受到命令后，通过串口将指令代码转发给STC89C52核心控制板。在核心控制板接受到指令代码后会进行解码，然后根据代码内容，控制车体上的各个模块的运作。关键词：路由器 视频监控 Wi-Fi 小车 STC89C52Abstract: The
11、 design is based on 51 single-chip control car Wi-Fi video surveillance, aimed at achieving a low cost, high stability monitoring robot. Theoretical scheme for the design, analysis and special features, and innovation can be consulted for the mining exploration robots, home surveillance system to mo
12、nitor the robot design and the popularity of a certain reference value. Starting from the functional requirement of the design, design includes the car hardware design and debugging, control system software design and debugging. In order to adapt to the complex topography, car body is equipped with
13、higher stability and driving ability stronger crawler structure.STC89C52 core Control panel, Wi-Fi transceiver module (wireless router), motor drive module, the electrical installation in module, steering gear, power supply, camera, lighting, etc. Parts are installed on the car. The running of the w
14、hole system is controlled by the multimedia terminal such as a laptop or mobile phone, the communication between the Multimedia terminals and the car is through a wireless router installed on vehicle. PC software installed on laptops or phones can real-time display the router mount USB cameras, vide
15、o signals were collected and using the PC software to send command to the car, car wireless router after receive the command, through the serial port will forward instruction code to STC89C52 core panel. In the core control panel will receive the instruction code to decode, and then according to the
16、 content of the code, control the operation of the various modules on the vehicle. Keywords: router video surveillance Wi-Fi car STC89C52目录1、论 述12、方案论证及选择32.1 总体设计方案32.1.1整机系统32.1.2整机工作原理42.2系统方案的选择与比较42.2.1路由器的选择42.2.2核心控制模块的选择52.2.3车体的选择53、硬件电路设计63.1 TP-LINK WR703N无线路由器63.1.1刷机固件介绍73.1.2刷机步骤83.1.3
17、 Openwrt系统路由器介绍83.2单片机最小系统设计93.2.1 主控制芯片STC89C5293.2.2 STC89C52RC单片机最小系统113.2.3 89C52单片机的使用133.3电机驱动电路143.3.1电机驱动模块使用143.3.2驱动原理及电路图153.3.3驱动模块原理及电路原理图163.4 摄像头介绍173.4.1摄像头简介173.4.2摄像头的分类183.4.3摄像头的工作原理183.4.4摄像头的主要结构和组件183.5舵机193.5.1舵机的控制193.5.2舵机的作用203.6电压转换模块203.6.1 LM7805集成稳压芯片介绍213.6.2稳压电路213.7
18、灯光控制电路设计214、系统程序设计234.1系统程序简介234.2程序流程图234.2.1主程序流程图234.2.2串口中断子函数254.2.3定时器0中断子函数265、制作与调试285.1 系统仿真285.1.1软件介绍285.1.2 仿真测试325.2 实物调试33总 结35参考文献36附录1系统设计原理图38附录2源程序391、 论 述现在是一个智能化的时代，各种智能化设备正在逐步替代人为的操作。随着人们生活水平的提高，人们对服务机器人的需求越来越大。这也促使服务机器人的研究也就越来越受人关注。目前市面上的监控机器人相对其他服务性机器人很少，而且大部分都很贵。杭州瓦瑞科技有限公司的移动
19、监控机器人WR-MSR-100系列市场报价就在2万元，在性能上此款机器人越障5mm，爬坡能力5，电池续航能力240min，而本次设计监控小车成本在500元以内，越障能达到50mm，爬坡能达到40以上，因为电池续航能力低，但是可以跟换大容量的电池解决这个问题。虽然目前Wi-Fi机器人网机器人创意工作室已经开发出了这样监控机器人，但是他使用的是STC11F32XE作为控制处理器，而且并没有公布下位机源程序，且售价较贵。本次设计利用Wi-Fi机器人网机器人创意工作室发布是上位机使用自己自制作的STC89C52最小系统为控制核心板和自己设计的下位机源程序实现一个成本低、稳定性高的监控机器人。本次设计的
20、服务机器人Wi-Fi无线视频监控小车能够通过电脑或者手机Wi-Fi连接控制其行驶及其他的功能。本系设计实现对小车的运动状态进行实时控制和对小车周围环境的实时监控。系统控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。本设计选用的STC89C52单片机属于MCS-51系列单片机。STC89C52是由宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提
21、供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。本系统中采用
22、11.0592MHz的晶振频率。由于89C52的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故用来作为控制核心。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。本设计主要研究内容就是基于89C52设计一部Wi-Fi智能小车。Wi-Fi遥控的智能小车控制系统，包括了对单片机，驱动电路，以及无线视频通信等的探索和研究。论文主要从小车的设计方案的选择、硬件设计、软件设计、调试几方面进行主要论述。在第2章中主讲方案的选择，其中包括路由器的选择，核心系统芯片的选择，车体的选择。在第3章主讲硬件设计，包括703N路由器Openwrt系统刷
23、入处理和STC89C52单片机最小系统的设计；电机驱动模块的介绍，视频信号的采集；第4章程序的设计给出了程序整体的流程图及编写思想；第5章调试简述整机的每个模块调试及方法。2、方案论证及选择2.1 总体设计方案Wi-Fi无线视频监控小车主要由车体，Wi-Fi模块（路由器）、摄像头，核心控制模块、电机驱动模块，舵机，电压转换模块等构成。2.1.1整机系统如图2-1所示。openwrt系统路由器模块89C52单片机电机驱动模块舵机照明电路摄像头电脑控制终端手机控制终端电机图2-1系统结构框图系统包括路由器（openwrt系统）、单片机最小系统、电机驱动电路、电机、电压转换电路、电源电路、舵机、摄像
24、头、灯光电路等。系统中路由器作用是实现与电脑或手机等移动终端设备连接，接受终端发送的指令，并将接受的指令通过串口转发给单片机最小系统同时将摄像头采集到的视频信号实时传送到电脑或手机等移动终端设备；单片机最小系统是整个小车的控制核心，在接受到路由器转发的指令后，根据指令控制着各个模块统一协调工作；电机驱动电路用于驱动电机转动，可以使电机产生正转、反转，从而使车体产生前进、后退、转弯等动作；电机的作用就是使整个车体运动；电源电路作用是为整个小车系统共电；电压转换电路，将电源的电压降至5v给单片机最小系统，路由器，摄像头，舵机供电。舵机用于制作摄像头云台，使摄像头可实现上下、左右方向90旋转调节；摄
25、像头用于采集视频信号；照明电路为小车在夜间行驶提供照明。2.1.2整机工作原理由电脑（手机）终端，通过Wi-Fi无线网络连接到路由器，再通过电脑（手机）安装的上位机软件，向路由器发送控制命令及数据。路由器接收到数据后通过内部的串口发送软件，将接收到的命令和数据，通过路由器串口发送到89C52单片机的串口端，单片机接收到这些命令后执行相应的指令，如：驱动小车运动、舵机运动、照明电路的开关等。视频信号，通过摄像头采集之后通过路由器发送到电脑等终端，并在其上位机软件中显示摄像头采集到的视频信号。整机工作的流程图如图2-2所示。图2-2 整机工作的流程图2.2系统方案的选择与比较本次设计中，使用的路由
26、器，摄像头无法自制因此直接在网上购买，车体由于选用的履带结构，虽然可以自制但是自制成本高于市场出售价格，因此基于成本考虑选用购买方式。电机驱动模块很早之前购买过这里不再自制。STC89C52RC控制模块，电压转换，灯光控制电路都是自己设计制作。下面是小车几个组成部分的方案的比较和选择。2.2.1路由器的选择方案一：选择网上已经经过改装过的Wi-Fi小车专用的TP-LINK WR703N无线路由器做为我们Wi-Fi小车的Wi-Fi连接模块。优点：体积小，电压要求低（5v）功耗小缺点：价格高方案二：利用网上最常用做Wi-Fi小车较好的大亚db120-wg无线路由器，作为我们的Wi-Fi智能小车的W
27、i-Fi连接模块优点：价格便宜，信号强度高缺点：体积大，电压要求高（12v）功耗大方案选择：基于对制作性和功能性的考虑选取的是方案一。2.2.2核心控制模块的选择方案一：选择网上已开发好的Wi-Fi智能小车驱动板，MCU处理器STC11F32XE,32K Flash,1280字节SRAM,板载晶振22.1184MHz。优点；集成电机驱动模块，接口丰富。缺点：价格高方案二：用51系列单片机STC89C5RC2做为我们Wi-Fi智能小车的控制芯片。利用手里面现有的一些电源、驱动等模块等制作核心控制模块。优点：成本低，可有效利用资源，可根据需要自行定制接口和功能缺点：集成度不高，相对方案一体积大方案
28、选择：由于已经开发好的驱动板里面已经写好程序，而且源程序不公布。基于本次设计主旨是自己设计开发，因此选用方案二，自己利用STC89C52RC单片机制作控制板和自己设计控制程序。2.2.3车体的选择方案一：ZL-4 4WD小车优点：四轮驱动，预留个模块接口缺点：驱动力弱，负载能力差，越野能力弱方案二：选择履带式结构车体优点：驱动力强，负载能力强，越野能力强缺点：功耗大方案选择：基于对功能性的考虑选取的是方案二。3、硬件电路设计3.1 TP-LINK WR703N无线路由器TP-LINK WR703N如图(3-1)是一个150M无线迷你型3G路由器,也是目前最小能够运行Linux的无线路由器。由于
29、路由器原厂的固件，不支持摄像头的挂载和串口通信，因此要刷写第三方的固件。第三方固件采用OpenWrt系统，OpenWrt是适合于嵌入式设备的一个Linux发行版。相对原厂固件而言，OpenWrt不是一个单一、静态的固件，而是提供了一个可添加软件包的可写的文件系统。这使用户可以自由的选择应用程序和配置，而不必受设备提供商的限制，并且可以使用一些适合某方面应用的软件包来定制你的设备。图3-1 WR703N WR703N路由器原厂的路由器上没有直接给出串口，而且路由器的供电口是使用Mini USB接口5V供电的，因此为了方便与单片机通信和对路由器供电在使用前要先对路由器进行改造。在串口改造时，我先通
30、过网上查阅相关资料确定了路由器上的串口的位置，然后通过三个排针和导线将串口Rxd，Txd和Gnd引出。在电源接口改造中，通过万用表测试，直接将电源的正负极，用红黑两根线引出，方便对路由器进行供电。改造后路由器内部如图3-2所示。图3-2 改造后路由器内部内部结构图3.1.1刷机固件介绍固件Wi-Fi-robots-openwrt-wr703n-v1-sysupgrade固件说明：1、集成UVC摄像头驱动（免驱摄像头）。2、Ser2net 已设置开机启动。Ser2net是一个串口通信程序。3、mjpg_streamer开机启动。MJPG-streamer，是用于从webcam摄像头采集图像，把他
31、们以流的形式通过基于ip的网络传输到浏览器如Firehox，Cambozola，VLC播放器，Windows的移动设备或者其他拥有浏览器的移动设备视频服务性软件。摄像头只有2种驱动，uvc和301，目前开机mjpg_streamer缺省启动了UVC摄像头，默认是支持mjpeg输出摄像头的， UVC使用yuv输出，所以在启动的时候需要加上参数 y。即ssh 登陆后，vi etc/init.d/Wi-Ficar ，找到uvc摄像头参数 ：mjpg_streamer -b -i input_uvc.so -r 352x288 -f 15 -o output_http.so -p 8080 -w /w
32、eb修改为 mjpg_streamer -b -i input_uvc.so -r 352x288 -f 15 -y -o output_http.so -p 8080 -w /web然后重启路由器。3、支持Luci/web 管理,错误设置后不能进入的，可以长按复位键 回初始模式。4、网络设置，目前是AP模式（处于AP模式的无线路由器可以看成是一台无线交换机），IP:192.168.1.1。3.1.2刷机步骤1、开启路由器，电脑无线连接路由器。2、在浏览器输入192.168.1.1登入路由器，用户名为admin，密码admin。3、选择系统工具，再选择软件升级，点击浏览，选择已经下载的penw
33、rt-ar71xx-generic-tl-wr703n-v1-squashfs-factory.bin，然后点升级，确定。4、开始刷机，等待路由器重启（此过程不能断电，否则会造成路由器固件损坏）。5、等待路由启动后，重新无线连接路由器，在浏览器输入192.168.1.1再次登入路由器，用户名为root，密码admin。6、，选择系统，再选择备份升级，去掉保留配置文件的选择，点击浏览，选择已经下载的Wi-Fi-robots-openwrt-wr703n-v1-sysupgrade.bin，然后点确定，点执行。7、开始刷机，等待路由器重启（此过程不能断电，否则会造成路由器固件损坏）。8、等待路由启
34、动后，重新无线连接路由器，在浏览器输入192.168.1.1再次登入路由器，用户名为root，密码admin。9、根据提示，重新设置密码。10、刷机完成。3.1.3 Openwrt系统路由器介绍刷入了Openwrt系统的WR703N无线路由器就相当于运行小型Linux系统pc机，可以用根据自己的需要安装想要的软件包，实现各种各样的功能。本次设计中刷入的固件除了基本的软件包外还安装了UVC免驱摄像头的驱动包，Ser2net软件包, mjpg-streamer软件包。三个软件包的功能如下：1、UVC免驱摄像头驱动包的功能是使路由器能驱动挂载在路由器上的免驱摄像头，是摄像头正常工作。2、Ser2ne
35、t软件能把来自WIFI信道的指令转到串口输出，而串口在这里的作用就是与单片机通信，让单片机能接收到上位机发送的指令代码。3、mjpg-streamer这个软件可以把USB摄像头的视频进行编码，然后通过Wi-Fi上传给上位机，这样，我们就可以通过上位机看到来自机器人的视频了。因此利用上述的软件包刷入Openwrt系统后的路由器就能实现串口转发，摄像头挂载和视频信号传输的功能。3.2单片机最小系统设计最小系统主控芯片是宏晶公司MCS-51系列单片机中的STC89C52。3.2.1 主控制芯片STC89C52STC89C52是宏晶公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用ETC公司可靠的CHMO
36、S工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。89C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。主要功能特性：1. 增强型8051 单片机，6 时钟/机器周期和12 时钟/机器周期可以任意 选择，指令代码完全兼容传统8051。2. 工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机）3. 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051 的080MHz，实际工作 频率可达48MHz4. 用户应用程序空间为8K 字节5. 片上集成512 字节RAM6. 通用I/O 口（32 个），复位后为：P1/P2/P3/P4 是准双向口
37、/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片8. 具有EEPROM 功能9. 具有看门狗功能10. 共3 个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T211. 外部中断4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒12. 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART13. 工作温度范围：-40+
38、85（工业级）/075（商业级）14. PDIP 封装管脚如图3-3所示，各管脚说明如下：图3-3 STC89C52管脚图VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流。P3口：P3口管脚是8个带
39、内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。P3口作为STC89C52的一些特殊功能口，管脚备选功能： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 /PSEN：外部程序存储器
40、的选通信号。/EA / VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。使用内部内部程序存储器，该引脚要保持高电平XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 3.2.2 STC89C52RC单片机最小系统STC89C52RC单片机最小系统的基本工作电路包括电源电路、时钟电路和复位电路。其组成方框图如图3-4所示。单片机电源电路时钟电路复位电路图3-4 单片机最小系统组成方框图1电源电路电源电路模块为单片机最小系统和其他功能模块提供标准的+5V电源电压。2时钟电路单片机的时钟信号为单片
41、机芯片内部的各种操作提供时间基准，时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。作为单片机工作的时间基准，典型的晶体振荡频率为12MHz。MCS-51系列单片的时钟信号可以由两种方式产生：一种为内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路；另一种为外部时钟方式。其两种电路如图3-5所示。（a）内部时钟方式 （b）外部时钟方式图3-5 单片机时钟信号示意图在此图中，C1、C2电容的作用的是稳定频率和快速起振，其值为530pF，在此选择30pF；晶振X1的振荡频率范围在3.533MHz之间选择，因为需要使用串通讯涉及波特率，所以在此选择11.0592MHz。3复位电路单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都恢复到
42、一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。当在MCS-51系列单片的RST引脚处引入高电平并保持2个机器周期，单片机内部就执行复位操作。单片机常见的复位电路有两种基本形式：一种是上自动电复位，另一种是手动复位。其两种电路方式如图3-6（a）、（b）所示。由于STC89C52RC单片机芯片内有时钟振荡电路，所以此系统单片机均采用内部时钟方式。只需在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体和微调电容，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟信号脉冲信号。同时，也采用手动复位电路。其具体电路设计如图3-6所示。（a）上电自动复位 （b）手动复位图3-6单片机复位电路示意图3.2.3 89C52
43、单片机的使用本次设计，使用到了89C52单片机的I/O口的输入输出功能、内部定时器T0、T1的使用及串口中断，定时器中断。89C52单片机的I/O口信号输出，主要是给驱动模块送控制信号用于控制电机的转动、给舵机送PWM控制信号控制舵机的偏转以及控制开关灯光等。单片机的内部定时器的使用是用于产生PWM信号，以及其他需要精确时间的地方。单片机的串口中断，用于与路由器进行的串口通讯，接收电脑终端发送的串口指令。单片机的外部中断用于红外信号的接收，然后通过解码程序得到命令，从而控制小车的运动。STC89C52图3-7 单片机最小系统电路图3.3电机驱动电路电动小车的驱动不但要求电机驱动系统具有高转矩重
44、量比、宽调速范围、高可靠性，而且电机的转矩-转速特性受电源功率的影响，这就要求驱动具有尽可能宽的高效率区。我们所使用的电机一般为直流电机，主要用到永磁直流电机、伺服电机及步进电机三种。直流电机的控制很简单，性能出众，直流电源也容易实现。我们使用的这种直流电机的驱动及控制需要电机驱动芯片进行驱动。常用的电机驱动芯片有马达专用控制芯片LG9110，恒压恒流桥式1A驱动芯片L293，恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N， MC33886，ML4428等。3.3.1电机驱动模块使用本设计使用的L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作
45、电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。项目使用的是两个直流电机，因此项目中使用了一块L298N电机驱动来驱动这两个直流电机的转动。其实物及引脚图如下图3-8所示。其中6
46、和11引脚是它的使能端，一个使能端控制一个电机，只有当它们都是高电平的时候两个电机才有可能工作，5、7、10、12是298的信号输入端和单片机的IO口相连，2、3、13、14脚是输出端，输入5和7脚控制输出2和3脚，输入的10、12脚控制输出的13、14脚。图3-8 L298驱动芯片实物及引脚图3.3.2驱动原理及电路图驱动部分我们使用的是L298N驱动芯片构成的一个驱动电路模块如图3-9所示。图3-9 驱动实物图3.3.3驱动模块原理及电路原理图电路原理图如下图3-10所示。图3-10 L298驱动模块电路原理图图中TLP521-4光耦合芯片的作用是隔离控制部分和电机驱动部分。这样可以有效的消除电机驱
