STC89C51（通用9篇）
STC89C51 篇1
0 引言
物体只要其温度超过绝对零度就能产生红外辐射, 这种辐射具有光反射与折射等一系列特征, 红外光探测因其非接触特点而得到广泛的重视[1]。在军用上, 红外探测用于火控跟踪、制导、目标侦察、警戒、空降导航、舰船导航等;在民用上, 广泛应用于工业设备安全监控、交通管理、救灾等[2]。红外探测就是用仪器接受被探测物发出或反射的红外线, 从而掌握被探测物所处位置的技术[3]。针对现代故障检测非接触技术指标的要求, 以TN9红外探测器作为测温模块, 单片机STC89C51为核心设计了一种红外测温仪。
1 红外测温原理
红外测温仪的测温原理是黑体辐射定律, 自然界中一切高于绝对零度的物体都在不停向外辐射能量, 物体向外辐射能量的大小及其波长的分布与它的表面温度有着十分密切的联系, 物体的温度越高, 所发出的红外辐射能力越强[4]。黑体的光谱辐射出射度由普朗克公式 (1) 确定。图1是不同温度下的黑体光谱辐射度图。
由图1中曲线可知黑体辐射特征:①随着温度的升高, 与光谱辐射度极大值对应的波长减小;②在某一温度下, 黑体的光谱辐射度随着波长连续变化, 且对应波长一个极大值;③温度变化, 黑体辐射曲线也随着变化[5]。全辐射测温法是根据所有波长范围内的总辐射而定温, 得到的是物体的辐射温度。检测电压之间与辐射体温度的关系式为:
式 (2) 中K=Raεσ, 由实验确定, 定标时ε取1;R-探测器的灵敏度;a-与大气衰减距离有关的常数;ε-辐射率;σ-玻耳兹曼常数, T-被测物体的绝对温度。
由式 (2) 知, 可以通过检测电压而确定被测物体的温度, V与T的四次方成正比, 进行线性化处理并对辐射率修正得到物体的表面温度, 其校正式为:
式 (3) 中Tr为辐射温度 (表观温度) , ε (T) 为辐射率, 取0.1~0.9。辐射率修正后的被测物体的实际温度为温度测量值加上环境温度。
2 红外测温仪硬件设计
2.1 系统方案
红外测温仪采用模块化设计, 它的硬件结构由STC89C51单片机模块, 红外测温模块, RS232转换电路模块, 电源模块, 键盘模块和LCD显示模块组成。系统原理:红外测温模块负责温度数据的采集、测量, 并将采集到的数据通过数据端口传送给STC89C51单片机;STC89C51单片机负责控制启动温度测量、接收测量数据、计算温度值, 并根据取得的键值控制显示过程;RS232转换电路模块可以使单片机方便地同PC机进行串口通信, 系统的硬件结构框图如图2所示。
2.2 处理模块及显示模块
本系统采用STC89C51作为数据处理芯片, 系统通过S键进行复位, 时钟采用外部12MHz振荡电路。图3为单片机STC89C51处理显示模块, 加载相应程序的STC89C51把红外测温模块传来的数据加以处理, 送LCD显示屏显示。系统采用LCD1602A液晶屏, LCD1602液晶第1、2脚接驱动电源;第三脚VL为液晶的对比度调节, 通过在VCC和GND之间接一个10k多圈可调电阻, 中间抽头接VL, 可实现液晶对比度的调节;单片机的P2.5、P2.6、P2.7口分别接液晶控制线RS、R/W、E;单片机的P0口接LCD1602A数据线;液晶显示器 (LCD) 具有功耗低、超薄、体积小等优点, 被广泛用于低功耗智能仪表中[6]。
2.3 红外测温模块
系统采用TN9红外探测器作为测温模块, 它是一种集成的红外探测器, 集成有温度补偿电路和线性处理电路;测量距离大约为30米, 测量回应时间大约为0.5秒;可方便地与单片机 (MCU) 传输数据[7]。该红外测温模块的数据输出信号和脉冲信号分别接单片机P1.5, P1.6口, 测温控制端接P1.7口, 图4是红外测温模块电路图, 其中V为电源引脚VCC (取3.3V) ;D为数据接收引脚;C为2k Hz Clock输出引脚;G为接地引脚;A为测温启动信号引脚, 低电平有效。它通过红外温度传感器扫描被测物体, 并把相应的红外辐射数据通过P1.5和P1.6口传送给单片机模块。红外测温模块在CLOCK的下降沿时接收数据。当系统检测到Item为0x4c H时, 环境温度=Temp/16-273.15, 式中Temp为十进制数。
2.4 MAX232A电平转换模块
系统采用MAX232转换电路完成单片机与PC机进行串口通信。因单片机STC89C51识别的数据为TTL电平, 与PC机的串行MAX232C标准的接口不兼容, 必须经MAX232芯片, 以实现MAX32C接口电平和TTL电平之间的转换[8], 另外, 再加上通信软件, 就可实现PC机和STC89C51之间的串行通信。PC机通过串行口直接传送接收STC89C51传输的串行数据, 把数据存入数据存储器。其传送距离最大约为15米, 最高速度为20kb/s。MAX232转换电路如图5所示。
3 系统软件的设计
红外测温仪的软件设计同样采用模块化, 系统把整个系统分成若干模块, 包括主程序模块, 红外测温模块, 键盘扫描模块和显示模块。当红外测温仪接通电源时, 首先对STC89C51初始化, 接着判断是否有键输入, 若没有键输入, 则继续判断;若有键输入, 则判断是否是红外测温。若不是就返回, 是则进行红外测温, 接收数据, 并将计算的温度值显示出来。并等待结束测温命令。再判定是否结束温度测量, 若没有结束则继续测温, 若收到结束命令则返回开机显示, 重新判断。系统流程如图6所示。
红外测温流程图如图7所示, 其首先定义一个字符型数组用于存放读取到的一帧数据, 然后启动测温, 读取数据, 数据是在脉冲的下降沿一位一位传送的。把五个字节数据都读完后判断第一个字节是否为0x4c或0x66并且第五个字节为0x0d, 若是则计算温度值返回, 否则继续读取数据。
4 结束语
红外不能测量其内部温度, 只能测量物体表面温度。测量时:瞄准目标, 定位热点, 作上下扫描运动, 直至确定热点。系统测试针对酒精灯火焰, 系统用精度较高热电偶测温仪标定后, 对酒精灯火焰温度进行测量。测试表明:系统响应时间0.5秒, 温度值分辨力达到0.1℃, 精度等级达到1级。其与传统的测温方式相比, 具有响应时间短、非接触、操作简洁。采用便携式设计, 可用于大型电气设备温度监测, 电子电路故障检测等各种需要测温场合。使用时注意在蒸汽、尘土、烟雾环境中, 会影响测温准确度。
摘要：在工业生产中, 一些大型电气设备运行中需要监测其表面的温度来判断运行状况是否正常, 依靠人工接触式检测温度既有一定的危险性, 又费时费力。文中在介绍红外测温原理的基础上, 设计了一种以STC89C51单片机为核心的红外测温系统, 包括系统硬件电路和软件系统。STC89C51单片机负责控制启动温度测量、接收测量数据, 并按照单片机中的温度值计算出目标的温度值, 由液晶LCD显示出来。
关键词：红外测温,STC89C51单片机,TN9红外传感器,LCD1602
参考文献
[1]戴景民.多光谱辐射测温技术研究[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 1995.
[2]贾海瀛, 关代宇, 刘明成.一种精准的红外测温系统的研究[J].天津师范大学学报, 2010, 29 (3) :34-38.
[3]曾健平, 曾云.非接触式红外测温原理及误差分析[J].测量与设备, 2008 (1) :23-25.
[4]柳刚, 黄竹邻, 周旲.非接触式红外测温仪的研制[J].光电子技术及信息, 2009, 17 (6) :69-71.
[5]兰羽, 王纳林.基于仪表放大器电子秤的设计[J].信息技术, 2012 (11) :134-136.
[6]陈东生, 李尚政.红外测温仪在车削工件温度场监测中的应用[J].激光与红外, 2008, 21 (10) :55-59.
[7]孙志远, 李清安, 乔彦峰.提高红外测温系统测温精度的研究[J].仪器仪表学报, 2009, 27 (6) :37-39.
[8]兰羽.具有温度补偿功能超声波测距系统的设计[J].电子测量技术, 2013, 36 (2) :85-87.
STC89C51 篇2
单片机实训报告
题
姓
学
专 目：基于STC89C52的智能小车设计 名：刘
加
象 号：20110302113 业：电子信息工程技术
指导老师：何
伶
俐 日
期：2013-01-06
信息工程系电信教研室
目录
引言...............................................................................................................................3 一 整体方案设计.........................................................................................................4 1.1整体方案设计的思路............................................4 1.2整体方案的流程图..............................................4 二 智能小车系统概况.................................................................................................4 2.1恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N...................................................................4 2.2直流电机简介..................................................5 2.3显示模块的综合概括............................................7 三 模块方案比较与论证：.........................................................................................9 3.1 电机模块的选择..............................................9 3.2 电机驱动模块的选择..........................................9 3.3 控制器模块的选择............................................9 四 系统硬件电路设计...............................................................................................11 4.1 显示模块的设计.............................................11 4.2 直流电机的驱动模块.........................................12 五 软件的简单介绍...................................................................................................14 5.1 KEIL的简介..................................................14 5.2 PROTUES的简介................................................14 5.3 STC_ISP_V483的简介.........................................15 六 结论.......................................................................................................................18 七 致谢.......................................................................................................................18 参考文献.....................................................................................................................19 附录一：实物图.........................................................................................................20 图1实物图.................................................................................................................20 图2实物图.................................................................................................................21 附录二：总程序.........................................................................................................21
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引言
随科学技术的进步，智能化和自动化技术越来越普及，也广泛应用于机器人玩具制造领域，使智能机器人越来越多样化。智能机器人是一个多种高新技术的集成体，它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等许多学科的知识，涉及到当今许多前沿领域的技术。而随着社会的不断发展，智能设备的不断出现，无线遥控的运用也越来越广泛。无线遥控器由于控制距离远，抗干扰性强，已越来越多的出现在生活的各个方面。本文使用了一款通用的无线遥控电路，基于STC89C52作为控制核心，采用专用编码解码电路，由于其体积小、功能强大，因此可非常方便的移植到遥控机器人、遥控小车上等，并实现远距离控制。在早期，遥控小车并不少见，但大多产品制造简单，实现的功能少，往往只有一些简单的功能，例如左转右转，前进后退等，大多采用红外控制，外加一些复杂的电路组合而成。遥控小车的使用者针对的是小孩子，但笨重的设备和昂贵的价格往往让许多小孩的甜美梦想落空。在现在，用单片机进行无线遥控小车的方案，利用较少的外设实现了基本的功能。其较强的抗干扰性使得该遥控器具有很好的通用性其功能也日趋完善。其中包括防撞防爆系统和基本的方向控制，另外在行进中可以尽享柔美的音乐，看美丽的灯光随音律而闪烁，让孩子玩得更开心！此外，电路的简化，材料的减少使得价格也降低了不少，真的是物美价廉，可以为孩子的童年再添一些笑语。
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一 整体方案设计
1.1整体方案设计的思路
利用红外线传感器发射和接收信号模块来控制单片机，让单片机翻译传输指令，从而实现相应的功能。具体的过程如下：四路红外传感器，每一路发射一个信号，检测接收到的信号，若出现高电平，则说明该方向前方有障碍物，则单片机控制电机正转和反转，从而实现绕开障碍物继续前行。同时还增加一个无线发射和无线接收模块控制单片机，让单片机翻译传输指令，从而实现相应的功能。无线发射模块发出指令，无线接收模块接收信号后，传递给单片机，单片机翻译接收到信号后，传输给驱动电路驱动电机旋转，从而实现让小车的前进、后退、左转和右转。1.2整体方案的流程图
基于单片机STC89C52整体设计的智能小车，根据原来设计的思路上画出了相对应的流程路，由于是整体结构图，就只是画出了大致的结构流程，而细节将在后面做出介绍。
图1整体方案的流程图 二 智能小车系统概况
2.1恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO
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口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。
L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46 V。输出电流可达2．5A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB连接控制使能端，控制电机的停转。表1是L298N功能逻辑图。In3，In4的逻辑图与表1相同。由表1可知EnA为低电平时，输入电平对电机控制起作用，当EnA为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。等。
图2单片机利用L298控制电机的原理图
15脚是输出电流反馈引脚，其它与L298相同。在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。上图是其与51单片机连接的电路图 2.2直流电机简介 2.2.1直流电机的应用
电动机简称电机，是使机械能与电能相互转换的机械，直流电机把直流电能变为机械能。作为机电执行元部件，直流电机内部有一个闭合的主磁路。主磁通在主磁路中流动，同时与两个电路交联，其中一个电路是用以产生磁通的，称为激磁电路；另一个电路是用来传递功率的，称为功率回路或电驱回路。现行的直流电机都是旋转电驱式，也就是说，激磁绕组及其所包围的铁芯组成的磁极为定子，带换向单元的电驱绕组和电驱铁芯结合构成直流电机的转子。直流电机有以下4方面的优点：
1)调速范围广，且易于平滑调节。
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2)3)4)过载、启动、制动转矩大。易于控制，可靠性高。调速时的能量损耗较小。
所以，在调速要求高的场所，如轧钢机、轮船推进器、电机、电气铁道牵引、高炉送料、造纸、纺织、拖动、吊车、挖掘机械、卷扬机拖动等方面，直流电机均得到广泛的应用。
2.2.2直流电机的基本工作原理
直流电机工作原理：当电刷A,B接在电压为U的直流电源上时，若电刷A是正电位，B是负电位，在N极范围内的导体ab中的电流是从a流向b，在S极范围内的导体cd中的电流是从c流向d。载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，因此ab与cd两导体都受到电磁力的作用。根据磁场方向和导体中的电流方向，利用电机左手定则判断，ab边受力的方向是向左的，而cd边则是向右的。由于磁场是均匀的，导体中流过的又是相同的电流，所以ab边和cd边所受电磁力的大小相等。这样，线圈上就受到了电磁力的作用而按逆时针转动。当线圈转到磁极的中性面上时，线圈中的电流等于零，电磁力等于零，但是由于惯性的作用，线圈继续转动。线圈转过半周之后，虽然ab与cd的位置调换了，ab边转到S极范围内，cd边转到N极范围内，但是由于换向片和电刷的作用，转到N极下的cd边中电流方向也变了，是从d流向c，在s极下的ab边中的电流则是从b流向a。因此电磁力的方向仍然不变，线圈仍然受力按逆时针方向转动。可见，分别处在N,S极范围内的导体中电流方向总是不变的，因此线圈两个边的受力方向也不变，这样线圈就可以按照受力方向不停地旋转，通过齿轮或皮带等机构的传动，便可以带动其他机械工作。
从以上分析可以看到，要使线圈按照一定的方向旋转，关键问题是当导体从一个磁极范围转到另一个异性磁极范围时（也就是导体经过中性面后），导体中电流的方向也要同时改变，换向器和电刷就是完成这一任务的装置。在直流电机中，换向器和电刷把输入的直流电变为线圈中的交流电。可见，换向器和电刷是直流电机中不可缺少的关键部件。
当然，在实际的直流电机中，不只有一个线圈，而是有许多线圈牢固地嵌在转子铁芯槽中，当导体中通过电流在磁场中因受力而转动时，就带动整个转子旋转，这就是直流电机的基本工作原理。2.2.3直流电机的参数
转矩-电机得以旋转的力矩，单位为㎏•m或N•m。
转矩系数-电机所产生转矩的比例系数，一般表示每安培电驱电流所产生的转矩大小。
摩擦转矩-电刷、轴承、换向单元等因摩擦而引起的转矩损失。
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启动转矩-电机启动时所产生的旋转力矩。
转速-电机旋转的速度，工程单位为r/min，即转每分。在国际单位制中为rad/s，即弧度每秒。
电枢电阻-电枢内部的电阻，在有刷电机里一般包括电刷与换向器之间的接触电阻，由于电阻中流过电流时会发热，因此总希望电枢电阻尽量小。
电枢电感-因为电枢绕组由金属线圈构成，必然存在电感，从改善电机运行性能的角度来说，电枢电感越小越好。
电气时间常数-电枢电流从零开始达到稳定值的63.2%时所经历的时间。测定电气时间常数时，电机应处于堵转的状态并施加阶跃性质的驱动电压。工程上，常常利用电动机转子的转动惯量J、电枢电阻Ra、电机反电动势系数Ke和转矩系数Kt求出机械时间常数：
Tm（J*Ra）（/Ke*Kt）„1-1 转动惯量-具有质量的物体维持其固有运动状态的一种性质。
反电动势系数-电机旋转时，电枢绕组内部切割磁力线所感应的电动势相对于转速的比例系数，也称发电系数或感应电动势系数。
功率密度-电机每单位质量所能获得的输出功率值。功率密度越大，电机的有效材料的利用率就越高。
转子-rotor；定子-stator；电枢-armature；励磁-excitation。2.3显示模块的综合概括
显示模块包括：LCD1602,温度传感器DS18B20,时钟芯片DS1302三个部分组成。
2.3.1LCD1602的简介
1602B可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0-D7，和RS、R/W、EN三个控制端口，工作电压为5V，并且带有字符对比度调节和背光。该模块也可以只用D4-D7作为四位数据分两次传送。这样的话可以节省MCU的I/O口资源。1602B引脚说明如下：
表2.3 LCD液晶显示器各引脚功能及结构
编号 1 2 3 4 符号 VSS VDD VL RS
引脚说明 电源地 电源正极 对比度调节 数据/命令选择
编号 9 10 11 12
符号 D2 D3 D4 D5
引脚说明 双向数据口 双向数据口 双向数据口 双向数据口
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湖北轻工职业技术学院 6 7 8 R/W E D0 D1
读/写选择 模块使能端 双向数据口 双向数据口 14 15 16
D6 D7 BLK BLA
双向数据口 双向数据口 背光源地 背光源正极
注意事项：从该模块的正面看，引脚排列从右向左为：15脚、16脚，然后才是1－14脚(线路板上已经标明): VDD：电源正极，4.5－5.5V，通常使用5V电压；
VL：LCD对比度调节端，电压调节范围为0－5V。接电源的正极时对比度最弱，接地电源时对比度最高，但对比度过高时会产生“鬼影”，因此通常使用一个10K的电位器来调整对比度，或者直接串接一个电阻到地；
RS：MCU写入数据或者指令选择端。MCU要写入指令时，使RS为低电平；MCU要写入数据时，使RS为高电平；
R/W：读写控制端。R/W为高电平时，读取数据；R/W为低电平时，写入数据； E：LCD模块使能信号控制端。写数据时，需要下降沿触发模块。D0－D7：8位数据总线，三态双向。如果MCU的I/O口资源紧张的话，该模块也可以只使用4位数据线D4－D7接口传送数据。本充电器就是采用4位数据传送方式；
BLA：LED背光正极。需要背光时，BLA串接一个限流电阻接VDD，BLK接地，实测该模块的背光电流为50mA左右；
BLK：LED背光地端。
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三 模块方案比较与论证：
3.1 电机模块的选择
方案1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。经综合比较考虑，我们放弃了此方案。
方案 2：直流电机：直流电机的控制方法比较简单，只需给电机的两根控制线加上适当的电压即可使电机转动起来，电压越高则电机转速越高。对于直流电机的速度调节，可以采用改变电压的方法，也可采用PWM调速方法。PWM调速就是使加在直流电机两端的电压为方波形式，通过改变方波的占空比实现对电机转速的调节。
基于以上分析，我们选择了方案二，使用直流电机作为电动车的驱动电机。3.2 电机驱动模块的选择
方案 1：采用SM6135W电机遥控驱动模块。SM6135W是专为遥控车设计的大规模集成电路。能实现前进、后退、向右、向左、加速五个功能，但是其采用的是编码输入控制，而不是电平控制，这样在程序中实现比较麻烦，而且该电机模块价格比较高。
方案 2：采用电机驱动芯片L298N。L298N为单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，可直接的对电机进行控制，无须隔离电路。通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，非常方便，亦能满足直流减速电机的大电流要求。调试时在依照上表，用程序输入对应的码值，能够实现对应的动作。表1是其使能、输入引脚和输出引脚的逻辑关系。
表3.2 L298N的引脚和输出引脚的逻辑关系
EN A（B）
H H H L
IN1（IN3）
H L 同IN2（IN4）
X
IN2（IN4）
L H 同IN2（IN4）
X
电机运行情况
正转 反转 快速停止 停止
基于以上分析，我们选择了方案二，用L298N来作为电机的驱动芯片。3.3 控制器模块的选择
方案1：采用凌阳的SPCE061A小板作为主控制芯片，而且可以采用凌阳的小车模组，可以很快的完成其基本功能，当是用该小板存在一定的局限性，较难
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扩张功能，而且各个模块的拼凑，没有比集成在一块板的稳定性高。
方案2：采用STC89C52作为主控制芯片，该芯片有足够的存储空间，可以方便的在线ISP下载程序，能够满足该系统软件的需要，该芯片提供了两个计数器中断，对于本作品系统已经足够，采用该芯片可以比较灵活的选择各个模块控制芯片，能够准确的计算出时间，有很好的实时性。
基于以上分析，我们选择了方案二，用STC89C52作为电机的主控制芯片。
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四 系统硬件电路设计
系统采用存储空间较大的STC89C52作为主控制芯片，电动车电机驱动芯片采用L298N；并利用直流电机驱动小车，能较有效的控制其在特定位置转弯及行驶出错处理,该系统无论在结构和技术上都具有较好的科学性。4.1 显示模块的设计
4.1.1 显示模块的仿真图
显示模块中主要考虑的是显示什么，综合考虑后，我想到的首先是时间的显示，于是我采用时钟芯片DS1302来实现时间的显示，单纯的显示时间似乎很无趣，于是我加入了温度的显示，温度传感器DS18B20结构完善，连接简单，功能齐全，易于控制。合并以上的思路，我确定出了显示的模块，具体的仿真图如下：
图3 显示模块的电路原理图
4.1.2 显示模块的流程
显示模块是智能小车额外增加的功能，但它仍然是重要的组成部分，显示模块是如何工作的呢？其实，先是由按键控制时钟芯片DS1302，进行时间的调节，在调节的过程中，信号传递给STC89C52，单片机将其翻译后发送信号给时钟芯片DS1302，时钟芯片DS1302会将时间的改变显示在LCD1602上，同样的道理，温度传感器DS18B20也是先将检测到的信号传递给单片机，单片机再传递给LCD1602
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4.2 直流电机的驱动模块
4.2.1 直流电机驱动模块的仿真图
图4 直流电机驱动模块的仿真图
4.2.2 直流电机驱动模块的流程图
电机驱动模块的核心是电机的驱动芯片及电机，电机选择了直流电机，这样可以方便控制，而电机的驱动芯片L298可以同时控制两个直流电机，其中芯片中连接单片机的5引脚和7引脚用于控制直流电机1，而芯片中的10引脚和12引脚用于控制直流电机2.电机1接的是小车的左轮，电机2接的是小车的右轮，当两个电机一起正向转动时，小车前进；当两个电机一起反向转动时，小车后退；当电机1正转，电机2反转时，小车右转；当电机1反转，电机2正转时，小车左转。由于无线模块只能控制锁存的4条线路，不能将功能都进行有效控制，只能控制前进和后退，所以额外采用按键来控制左转和右转。
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图5 直流电机驱动模块的流程图
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五 软件的简单介绍
在这次研究中，主要用到了keil，protues，proter和STC_ISP_V480等软件 5.1 Keil的简介
单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的C语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选（目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。5.2 protues的简介
Protues软件是英国Lab center electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。Protues软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是：（1）原理布图（2）PCB自动或人工布线（3）SPICE电路仿真。
支持当前的主流单片机，如51系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、68000系列等。软件仿真功能如下：1）提供软件调试功能 2）提供丰富的外围接口器件及其仿真RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。这样很接近实际。在训练学生时，可以选择不同的方案，这样更利于培养学生。3）提供丰富的虚拟仪器，利用虚拟仪器在仿真过程中可以测量外围电路的特性，培养学生实际硬件的调试能力。4）具有强大的原理图绘制功能。电路功能仿真特点如下：在PROTUES绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在PROTUES的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。PROTUES 是单片机课堂教学的先进助手。PROTUES不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。
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它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。
课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于PROTUES提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台。
随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中PROTUES也能获得愈来愈广泛的应用。
软件缺点:器件库溃乏，库中缺少很多重要芯片，严重影响电路仿真软件出错或乱码，此时仿真效果不及硬件仿真。5.3 STC_ISP_V483的简介
在运行STC_ISP_V483下载软件之前，应该先给出ISP的C程序源代码ISP.C.要注意的是:此程序是在Keil-C中要建立工程文件,包含IAP.C函数,并且在IAP.C和ISP.C中都要保留STC的定义.传入用户代码时,需要与计算机进行通信,一般采用RS232串行通信,数据协议采用简单协议。具体的使用方法：
一、先把学习实验板和计算机连接好（接好串口线和电源）
二、打开STC-ISP v483，在MCU Type栏目下选中单片机，如STC89C52RC：根据您的9针的数据线连接情况选中COM端口，最好把波特率适当下调一些，按图示选中各项：
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图6STC-ISP v483的界面图
三、先确认硬件连接正确，按下图点击“打开文件”并在对话框内找到您要下载的HEX文件：
四、选中两个条件项，这样可以使您在每次编译KEIL时HEX代码能自动加载到STC-ISP，点击“Download/下载”：
五、手动按下电源开关便即可把可执行文件HEX写入到单片机内，下图是正在写入程序截图：
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图7 单片机程序下载截图
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六 结论
根据本次设计要求，我们认真分析了设计课题的需求，还系统学习了51系列单片机的工作原理及其使用方法，并独自设计智能小车的整个项目。
虽然条件艰苦，但经过不懈钻研和努力，购买到了所有所需的元器件，并系统的进行了多项试验，最终做出了整个小车的硬件系统，然后结合课题任务和小车硬件进行了程序的编制，本系统能够基本满足设计要求，能够较快较平稳的是小车沿引导线行驶，但由于经验能力有限，该系统还存在着许多不尽人意的地方有待于进一步的完善与改进。
通过本次课题设计，不仅是对我们课本所学知识的考查，更是对我的自学能力和收集资料能力以及动手能力的考验。本次毕业设计使我们对一个项目的整体设计有了初步认识，还认识了几种传感器。本次毕业设计使我们意识到了实验的重要性，在硬件制作和软件调试的过程中，出现了很多问题，最终都是通过实验的方法来解决的。还有以前对程序只是一个很模糊的概念，通过这次的课题设计使我对程序完全有了一个新的认识，并能使用Keil软件熟练的进行编程了。通过本次课题设计，极大的锻炼了我们的思考和分析问题的能力，并对单片机有了一个更深的认识。
总之，在课题设计的过程中，无论是对于学习方法还是理论知识，我们都有了新的认识，受益匪浅，这将激励我们在今后再接再厉，不断完善自己的理论知识，提高实践运作能力。
七 致谢
本设计能够顺利完成，还承蒙何老师以及身边的组队同学的指导和帮助。在设计过程中，何老师给予了悉心的指导，最重要的是给了我们组队解决问题的思路和方法，并且在设计环境和器材方面给予了大力的帮助和支持，在此，我对何老师表示最真挚的感谢！同时感谢所有帮助过我的同学！
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参考文献
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附录一：实物图
图1实物图
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图2实物图
附录二：总程序
}
void dianji1(){
for(j=10;j--;j>0)left2=0;#include
if(num>=10)
num=0;
else
{
if(num<=m1)
left=1;
else if(num<10)
left=0;
}
}
{
}
}
void run(){ m=2;
m1=2;left1=1;
left3=1;left4=0;
}
void zuo(){
m=0;m1=1;left1=1;left2=0;left3=1;}
left4=0;void you()
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if(num1>=10)num1=0;else {
if(num1<=m)
right=1;else if(num1<10)
right=0;
}
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{ m=1;m1=0;left1=1;left2=0;left3=1;left4=0;} void timer0()interrupt 1 { TH0=0XF8;//1ms定时
TL0=0X30;num++;num1++;dianji2();dianji1();} void main(){ TMOD=0X01;TH0= 0XF8;//1ms定时
TL0= 0X30;TR0= 1;ET0= 1;EA = 1;while(1){
switch(P0&0x03){
case 0x00:
// 全部没有压线，直转
run();
break;
case 0x01:
// 右压线，左转
zuo();
break;
case 0x02:
// 左压线，右转
you();
break;} } }
STC89C51 篇3
近年来, 随着高科技和信息技术的发展, 智能机器走进了智能住宅, 住宅智能化已然成为人类住宅一场新的革命。现代社会家庭正在以家庭智能化带来的多元信息和安全、舒适、便捷的生活环境作为新的目标和追求。然而, 由于目前广大家庭的窗户在智能控制方面的不足, 小孩在室内玩耍时爬上窗台酿成惨剧的情况时有发生, 小偷通过开着的窗户入室盗窃案件屡见不鲜, 对人们的生命财产安全造成极大损失。同时, 愈演愈烈的雾霾天气造成的空气污染、有毒气体对人的生命安全造成威胁、室外高温或者下雨天时开着窗户导致室内环境变差, 这些都对保持良好的居家环境产生了不利影响。
目前, 平移式窗户被广泛使用, 而市场现有的智能产品多是包括窗户本身以及控制系统在内的完整系统, 需要重新更换窗户, 在实际应用中存在较多不便。因此, 在现有窗户的基础上, 设计一种价格低廉、拆卸方便、多功能的平移式窗户启闭器是解决这些现实问题的有效途径。
2 硬件设备
整个单片机系统基于51单片机开发板, 配以多种精心设计的传感器和电机, 成本低、功能全。
系统中的STC89C52RC芯片采用的是8051核在系统可编程芯片, 最高工作时钟频率为80 MHz, 片内含8 KBytes可反复擦写1 000次的Flash只读程序存储器, 器件兼容标准MCS-51指令系统和80C51引脚结构。芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元, 具有在系统可编程 (ISP) 特性, 配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部, 省去了购买通用编程器这一步, 而且速度较快、功耗低。
防盗和防小孩爬窗功能中的光电传感器采用集发射和接收于一体的E18-D80NK-N传感器, 发射光经过调制后发出, 接收头对反射光进行解调输出, 可有效避免可见光干扰透镜的使用, 能够检测80 cm内的情况, 价格便宜、易于装配、使用方便。
对于空气质量的检测, 结合当今大家比较关注的有毒气体污染和包括PM2.5在内的粉尘污染, 采用有害气体和粉尘、PM2.5空气质量检测器相结合的传感器。
MQ-2/MQ-2S气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡 (Sn O2) 。当传感器所处环境中存在一氧化碳、甲烷等有害气体时, 传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大, 传感器可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号;PM2.5空气质量检测器可以探测1μm以上的粉尘粒子, 使系统根据不同需要作出反应。
对于湿度和温度的检测, 则分别采用模拟输出湿度传感器模块和DS18B20数字温度传感器。
执行机构主要由12 V25GA370直流减速电机马达驱动, 力矩大、噪声小、质量轻、功耗小, 配以L298N电机驱动板, 能够满足带动窗户的需求。
报警采用5 V有源单片机用蜂鸣器, 功耗小、成本低。
整个硬件在能够较好地实现功能的前提下, 其成本可以控制在100元以下, 具有很高的实用性。
3 智能设计
智能窗户启闭器要实现防盗、防小孩爬窗、防空气污染、防室外高温、防雨等基本功能, 主要包括传感器系统、控制系统、执行器系统等子系统;同时, 启闭器要实现在现有平移式窗户基础上可拆卸的机械设计, 成本较低。图1所示为该启闭器各模块及其结构原理图。
当室外有小偷靠近或室内小孩爬窗时, 窗户内、外安置的红外传感器分别将信号传输至单片机, 驱动与之相连的电机反转, 实现关窗, 同时, 蜂鸣器响起, LED灯闪亮, 提醒人们检查、处理;当室外下雨、高温、空气质量较差、有害气体泄漏时, 与之对应的湿度传感器、温度传感器、PM2.5烟雾传感器、有害气体传感器会及时将信号传输给单片机, 驱动电机开、关窗。一段时间后, 如果各传感器均没有检测到相应问题, 单片机控制窗户重新开启, 以通风换气, 改善室内环境。图2所示为智能窗户启闭器的工作流程图。
该窗户启闭器采用了红外、烟雾可燃气体、温度和湿度传感器等多传感器检测, 集防盗、防小孩爬窗、室外防湿、防高温、防空气污染等环境自适应功能于一体, 人性化程度高, 可以为用户提供一个良好的室内环境。
4 结构设计
为满足方便在现有平移式窗户上直接安装使用的要求, 智能窗户启闭器采用如下机械结构:控制系统主体部分集成安装在一块系统板上, 方便拆卸, 将马达电机连接的主动轮固定在窗户上边框, 两个轻质的定滑轮分别固定在下边框两底角处, 主动轮与从动轮之间通过质量轻、韧度强的PE线连接, 在需要控制移动的平移式窗户下端固连一定滑轮, 连接在该PE线上, 马达电机的正反转会带动该扇窗户左右移动, 达到开、关窗的目的。该结构设计简单、成本低廉、实用性强。
5 总结和展望
作为智能住宅的代表, 国家在《2000年小康型城乡住宅科技产业工程项目实施方案》中, 将建设智能化小康示范小区列入国家重点发展方向。智能窗户作为智能家居中不可或缺的一环, 具有广阔的市场前景。统计数据表明, 2009年, 我国窗户消费需求突破500亿元, 并且已安装窗户大多是普通推拉式窗户。
本文针对普通推拉式窗户设计了一种基于51单片机STC89C51的智能窗户启闭器, 通过传感器感知外界环境, 进而控制窗户启闭, 实现智能化家居。结果表明, 该启闭器能够初步完成预定的设计功能, 具有机械结构简单、易于在现有窗户上安装的特点, 可帮助普通家庭轻松实现对现有窗户的智能控制, 具有很好的市场前景和实用价值。
参考文献
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[2]罗伟.单片机应用[M].北京:人民邮电出版社, 2010.
STC89C51 篇4
基于 89C51 的供水自动化与检测系统的设计
朱湘萍
(1 湖南科技学院电子工程与物理系 中国 永州
425100)
摘要： 介绍了基于单片机的自动化供水系统。本系统能够实现对深水井的水源的智能判断 和水塔水位的智能控制，实现对水电资源的最大节约，在单位独立用水和乡村集镇个人用水 方面具有很大的实用性和推广价值。
关键词：89c51
单片机
电力线载波通信
中图分类号：TP312
文献标识码：B
文章编号：
Design of automatic water supply and detection system based on 89C51 Zhu Xiangping Bao Bengang
(Department of physics and electrical engineering, Hunan University of Science and Engineering,yongzhou,425100,china)
[Abstract]: This paper introduses a sketch of automatic water supply control system based on Micro Controlled Unit.To achieve the greatest hydropower resources conservation, The system can be achieved on deep water wells of intelligent judgement and water towers of the water level of intelligent control.It
has great relevance and value of the promotion in water use of independent units and personnal water use of the rural town.[Keywords]: 89C51
Micro Controller Unit
Power line carrier communication
0 引言：
在我省尤其是人口高度密集的企业单位和学校，有 90%以上是采用传统的抽水方法，[1] 用人工监控。但是这种方法不仅浪费人力资源且工作不方便。而且，近几年来，随着农村 饮水工程的启动和乡村集镇化建设的发展，深井取水成为解决饮用水的主要方法。如果采用 人工监控抽水，不但浪费人力资源，而且还容易发生干抽现象，即水井没有水而水泵仍在工 作，易损坏水泵，而且水塔的水用完了还不知道，有时则抽满溢出来，浪费水资源和能源。为了提高效率，节约资源，我们就如何实现智能抽水，采用 MCU 进行控制，给出了硬件电路
和程序思路。硬件设计：
1.1 硬件总体设计：
本设计采用一种新的基于 AT89C51 智能抽水系统，主频设计为 12MHZ，采用了看门狗电
路，确保系统死机时能重启动。显示电路采用了一片 74LS164和 8 位数码显示，检测电路由
超声波测距电路构成，由它得到时差脉冲，算出距离值。控制电路主要由固态继电器组成实 现对电机的启/停控制。本系统结合超声波测距技术、单片机技术、无线遥控技术与固态继 电器技术于一体，构建一套实用、性能稳定、多功能智能抽水控制系统。主要工作有：(1)、检测深井水位和水塔水位。(2)、人性化设计水塔水位的上下限值。
(3)、显示当前水塔水位。(4)、无线（有线）发送、接收水塔水位控制信号和深井水位 控制信号。(5)、智能控制电机开关。(6)、故障报警。朱湘萍（1975—）湖南永州人，讲师,主要从事新型材料的研究及电子系统的设计。
E-mail address: bbg_762001@126.com
PC 报警
发送 接收 缓冲 SSR
水位检测 MCU MCU
键盘 电机温度 显示
看门狗
译码 水质检测 键盘
74LS164 显示
图1 整体设计框图
1.2 超声波检测电路
超声波发射头向一固定方向发射超声波脉冲，在发射同时启动定时器，当超声波遇到障 碍物返回来时关闭定时器。此时根据定时器的时间差（T）就可以算出前方距离――水的深 度。
V
T S = 340 ×(m)
TI 为发射时刻
T2 为接收到返回脉冲的时刻，时间差：T=T2-T1。
T1 T2 T
图２
超声波发射接收波形图
1.3 通信电路
通信电路采用两种方案，当电机供电系统与 MCU 取电终端在同一个变压器范围内时候，我们采用电力线载波通信如图 3 所示（通信距离 3~10KM），当不在同一变压器范围内时采用
[2][5] PT2262/PT2272 通信模块完成通信任务如图 4 所示。
~220V
+ T AC1 PT2262 PT2272 MCU
编码 发送 接收 编码-AC2
图3 电力线载波通讯原理图
图4 PT2262/PT2272通讯原理图
PT2262/2272 是台湾普城公司生产的一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码 电路，PT2262/2272 最多可有 12 位三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提
供 531441 地址码,PT2262 最多可有 6 位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从 17 脚
串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片 PT2262 发出的编码信号由：地址码、数据
码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片 PT2272 接收到信号后，其地址码经过两次比较
核对后，VT 脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平。电力线载波通讯如 图 3 所示，单片机信号由 P1.0 加到变压器两端，（变压器变比 N=1：20）。经过变压器耦合，信号加到电力线中进行传播，在接收端以同样的形式变换 取出原信号送给子机。
1.4 输出控制电路
输出控制电路采用两种方案，当电机功率较小时 MCU 控制
SSR 直接接通三相电源给电机供电，当电机功率较大的时候，MCU 控制 SSR 组先接成 Y 形，待启动运转后再自动切换到?形。这样，可以减小电机启动的冲击电流，保护了电机以及供电线路的安 图5 输出控制电路原理图全。
1.5 与PC 通信部分
采用MCU与 PC 串口通信方式实现 PC 与 MCU间的通信。软件设计：
采用89C51单片机，不需扩展外部 ROM，应用定时记数器和串行通讯口，以达到定时，通信的目的。程序主要由主机控制部分和从机部分两大块组成。主机部分主要完成水位检测
设置和水位显示，发送数据等。从机部分主要完成电机的启/停控制，以及其他辅助功能，如：水质检测
电机温度检测等。定时器 T0 用于一分钟定时，每到一分钟就向从机发送数
据。定时器 T1 用于计量超声波发出到返回的时间差。以便计算水位。
图6 部分从程序流程图
图7 主程序流程图系统性能：
该装置采用微机控制，速度快，精度高。控制方法采用固态继电器，减小通断时产生 火花。采用了看门狗电路，当系统死机时，可自动复位，有较强的抗干扰能力。预留了 PC 与 MCU 通信接口，可以方便的与 PC 实现通信。采用现场温度监控，当电机出现过热时，强
制停机，保证系统安全。采用了水质量检测，当水的密度明显不合格时以及水源水量不够时，不执行抽水命令。结束语
采用基于单片机的深井、水塔自动供水系统能使供水系统趋于科学化管理，达到自动操 作、安全可靠，能达到保护水泵和电动机，节省电能，节省水资源和降低成本等目的，可以 大大提高学校，机关的抽水效率，为单位节约大量资金与人力资源，加快乡村集镇化的建设 进程，为农村的饮水的自动化提供了可靠的技术支持。该系统可以与 PC 机兼容与通讯，可
以实现中央监控的功能，具有很强的推广价值。
本文作者创新点：本系统结合超声波测距技术、单片机技术、无线遥控技术与固态继电 器技术于一体，构建一套实用、性能稳定、多功能智能抽水控制系统。参考文献：
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STC89C51 篇5
如今在工业, 医学等许多方面都对超声波应用的要求越来越高, 由于超声波测距与被测物体无直接接触, 能够清晰稳定地显示测量结果, 广泛应用于液位和物位的非接触式测量以及汽车倒车时的报警。因此, 设计好的超声波测距仪就显得非常重要了。
本设计采用以STC89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。整个电路采用模块化设计, 由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。各探头的信号经单片机综合分析处理, 实现超声波测距仪的各种功能。
1 超声波测距原理
超声波是高于听觉频率阈值的机械波, 超声波具有直线传播特性, 它的频率越高, 反射能力越强, 而绕射能力越弱, 表现出更强的方向性, 利用超声波的这种特性采用时间差值检测法进行距离的测量, 发射器发出的超声波以速度v在空气中传播, 在到达被测物体时被反射返回, 由接收器接收, 其往返时间为t, 由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波, 其声速v与温度有关, 下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时, 如果温度变化不大, 则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高, 则应通过温度补偿的方法加以校正。
2 超声波测距仪硬件电路设计
单片机控制超声波发射器发出40k HZ的超声波信号;超声波接收器将接收到的超声波信号, 用接收电路进行检波处理后, 启动单片机中断程序, 测得时间为t, 再由软件进行判别、计算, 并将数据送至LCD显示。
本系统主要由单片机及其显示电路、温度补偿电路、超声波发射电路和接收电路等组成。当第一个超声波脉冲发射后, 计数器开始计数, 在检测到第一个回波脉冲的瞬间, 计数器停止计数, 利用温度检测电路实时地测量环境温度T, 再根据公式计算超声波的速度c, 从而计算出距离, 将数据送到LCD显示。其中单片机是整个系统的核心部件, 协调各部分的工作。
2.1超声波测距系统的硬件电路设计
为检测被测物体之间的距离, 我们通过单片机发出超声波测量其来回之间的时间, 由单片机计算其距离并把测量结果显示在LCD上。本系统的特点是利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时间的测量, 从而计算出物体之间的距离并显示出来。在硬件设计方面, 单片机选用STC89C51, 经济易用, 且片内有4K的ROM, 便于编程。并置有超声波模块, 通过单片机控制能实现精确的计时。
2.2控制及显示系统
控制及显示系统部分为整个系统的关键, 单片机为系统的控制核心部件, 通过对其编程, 来控制超声波发射和接收的信号。显示及操作界面为人机交互的通道, 我们利用LCD来显示被测距离, 从而实现人机的交流。
2.2.1单片机控制系统
采集到反射回来的信号后, 可精确测试从开始至结束全过程所花的时间, 同时利用单片机来判断整个测试过程的时序, 即被测物体之间的距离是由发射信号经过障碍物反射回来之间的距离, 而并不是由发射出来的信号直接被接收器接收之间的距离, 从而正确显示出来。
2.2.2显示及操作界面
显示面板电路采用LCD液晶显示测量的时间和距离, 最大显示距离为5.00M左右, 使用3个键来控制, 一个电源按键, 一个复位按键, 还有一个启动按键。面板还包括仪器的电源指示LED以及蜂鸣器。
3 系统软件的设计
超声波测距仪的软件设计主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序及显示子程序组成。我们知道C语言程序有利于实现较复杂的算法, 汇编语言程序则具有较高的效率且容易精细计算程序运行的时间, 而超声波测距仪的程序既有较复杂的计算 (计算距离时) , 又要求精细计算程序运行时间 (超声波测距时) , 所以控制程序可采用C语言和汇编语言混合编程。
超声波测距仪的算法设计。超声波测距的原理为超声发生器T在某一时刻发出一个超声波信号, 当这个超声波遇到被测物体后反射回来, 就被超声波接收器R所接收到。这样只要计算出从发出超声波信号到接收到返回信号所用的时间, 就可算出超声波发生器与反射物体的距离。距离的计算公式为:
其中, d为被测物体与测距仪的距离, s为声波的来回的距离, c为声速, t为声波来回所用的时间。在启动发射电路的同时启动单片机内部定时器T0, 利用定时器的计数功能记录超声波发射至收到反射波的时间。当收到超声波反射波时, 接收电路输出端产生一个负跳变, 在INT0或INT1端产生一个中断请求信号, 单片机响应外部中断请求, 执行外部中断服务子程序, 读取时间差, 计算距离。
4 结论
本文介绍了以STC89C51单片机控制制作的超声波模块测距仪, 并讲述了单片机传感器控制的原理及本系统采用的方式。该仪器的提升空间还很大, 若能将超声波接收电路用金属壳屏蔽起来, 则可提高抗干扰能力。
摘要：介绍了一种基于单片机STC89C51的超声波测距系统, 重点阐述该系统的硬件电路设计和软件设计, 并利用温度检测电路有效消除了环境温度变化对传播速度的影响;在数据处理方面, 利用最小二乘法得出实际值与测量值之间的补偿公式, 从而使系统的测量误差进一步减小;在盲区消隐方面, 通过在软件上采用延迟接收技术, 有效消除了串绕信号, 进一步提高了检测的精度及灵敏度。
关键词：超声波,单片机,测距
参考文献
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STC89C51 篇6
关键词：单片机,微喷灌控制系统,节水灌溉
1 概述
微喷灌技术就是一种新型的节水灌溉技术, 它是介于喷灌与滴灌之间的一种灌水方法。喷灌又叫喷水灌溉, 即把经过水泵加压 (或水库自压) 的水用管道送到田间, 由喷头 (水枪) 射到空中, 变成雨点洒落到地面进行灌溉。喷灌工作压力较高, 雨点较大, 适用于竹园、果园和菜园的灌溉。微喷灌即微小水量、微小水压的喷灌。微喷灌喷出来的水如同“毛毛雨”, 适用于易被大水滴“打倒”的作物如蔬菜和花卉等的灌溉, 特别适用于空气湿度要求较高的大棚作物的灌溉。滴灌又称滴水灌溉, 即用滴灌带或滴头把水一滴一滴地渗入土壤。
2 系统的总体设计
整个控制系统由电源、微处理器、键盘、显示器、数据采集电路、数据存储器、输出驱动电路组成, 结构框图如图1所示。
2.1 LED显示接口电路的设计
本系统显示部分主要选用最常用的LED七段数码管来显示系统的数据和参数。如图2所示。
2.2 数据采集电路的设计
TLC549的片选信号由单片机P3.6引脚提供, TLC549的时钟信号由单片机的P3.1脚产生, 最终转换数据由单片机的P3.2脚读取。
3 系统软件的设计
控制系统软件模块主要包括主监控程序、系统时钟程序、按键监控及处理程序、动态显示程序、AD转换驱动程序、24C16驱动程序及输出控制程序, 主要流程图如图3所示。
4 结论
本文主要设计了一款基于STC89C51单片机的智能微喷灌控制器的开发过程, 该控制器以目前比较流行的单片机为控制核心, 硬件电路由电源模块、键盘显示器接口电路、数据采集电路及输出驱动电路等组成;系统软件使用目前最流行的51系列单片机的开发软件Keil软件进行开发, 软件开发过程主要包括:主监控程序的设计、系统时钟程序设计、按键识别和处理程序设计、动态显示程序设计和转换程序的设计等。控制器具有多任务处理能力, 它能同时控制多组电磁阀独立工作, 互不干涉, 以完成不同定时要求的多站灌溉控制。控制器具有多种喷灌控制模式的选择功能, 用户可为每路输出选择不同的喷灌控制模式。可实现无人值守灌溉。
参考文献
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基于89C51的数控算法的研究 篇7
数控是数字控制(Numerical Control缩写为NC)的简称。数控系统是用数字控制技术实现的自动控制系统,其被控对象可以是各种生产过程。
自1952年美国的麻省理工学院伺服机构实验室研制出世界上第一台三坐标数控铣床以来,数控系统在制造业中得以广泛地应用。半个世纪以来,数控技术无论在硬件还是软件方面发展都很迅速。目前,在市面上已经看不到普通的数控(NC)装置,取而代之的是计算机数控(CNC—Computer Numerical Control)装置。它采用存储程序的专用计算机,由软件实现部分或全部数控功能,具有良好的“柔性”,容易通过改变软件来更改功能。CNC装置由硬件和软件组成,软件在硬件的支撑下运行,离开软件硬件无法工作,二者缺一不可。
本文从软件和硬件的设计对一些数控算法的实现进行研究。图1所示为基于单片机数控算法的总体框图。
2 基于PC的数控实现硬件结构
硬件部分主要是键盘输入、显示、输出的接口电路。利用键盘向计算机发布命令、传送数据,控系统硬件总体,利用数码管显示计算结果、状态信息。
3 基于PC的数控实现软件结构
数控系统软件为实时多任务系统,系统中的各任务在数控实时操作系统控制下协调进行。系统中的各模块功能如图2所示。
1)数控实时操作系统:它是数控实现软件中的核心系统,它对系统中的资源进行调度,协调各模块的高效运行,并辅助完成各任务间的通讯和信息交换。
2)信息预处理:该模块完成输入信息译码,完成轨迹插补前的坐标转换和刀补运算。
3)轨迹插补:它是数控系统的核心模块,其任务是根据信息预处理给出的希望轨迹和从检测装置获得的实际轨迹信息,实时生成各坐标轴的移动指令,使刀具根据程序轨迹运动。
4)加工仿真模块:该模块以动画方式对数控加工过程进行动态仿真,从而可在加工前检验参数输入正确性和机床运动合理性。
4 数控插补技术
直线是构成被加工零件轮廓的基本线型,插补的任务就是根据进给速度的要求,计算出每一段零件轮廓起点与终点之间的插入中间点的坐标值。
4.1 Ⅰ象限直线插补原理偏差计算公式
在图3中,OE为要加工的直线轮廓,而动点N(Xi,Yi)对应切削刀具的位置。当刀具处于直线下方区域时(F<0),当刀具处于直线上方区域时(F>0),为了更靠拢直线轮廓,则要求刀具向(+X)方向进给一步;当刀具正好处于直线上时(F=0),根据上述原则从O(0,0)开始,走一步,算一算,判别F符号,再趋向直线进给,步步前进,直至终点E。这样,通过逐点比较的方法,控制刀具走出一条尽量接近零件轮廓直线的轨迹,如图3中折线所示。当每次进给的台阶(即脉冲当量)很小时,就可将这条折线近似当作直线来看待。显然,逼近程度的大小与脉冲当量的大小直接相关。
为了简化运算,通常采用递推法,即每进给一步后新加工点的加工偏差值通过前一点的偏差递推算出。
现假设第i次插补后,动点坐标N(Xi,Yi),偏差函数为
若Fi≥0,则向(+X)方向进给一步,新的动点坐标值为
因此新的偏差函数为
所以
同样,若Fi<0,则向(+Y)方向进给一步,新的动点坐标值为
因此新的偏差函数为
所以
根据式(1)和(2)可以看出,采用递推算法,偏差函数F的计算只与终点坐标值Xe、Ye有关,新动点的偏差函数可以由上一个动点的偏差函数值递推出来。因此,算法相当简单,易于实现。
综上所述,第一象限内偏差函数与进给方向的对应关系如下:
当F≥0时,进给(+X)方向,新的偏差函数Fi+1=Fi-Ye;
当F<0时,进给(+Y)方向,新的偏差函数Fi+1=Fi+Xe。
前面讲过,在插补计算、进给的同时期还要进行终点判别,若已经到达终点,就不再进行插补运算,并发出停机或转换新程序段的信号,否则返回继续循环插补。
4.2 软件实现
逐点比较法软件实现实际上就是利用软件来模拟硬件插补的整个过程,显然它具有极大的灵活性,但插补的精度和速度受到控制系统中所用计算机的字长和运算速度等方面的限制。
根据前面总结出的四个节拍,可设计出逐点比较法第一象限直线插补的软件流程图如图4所示。
4.3 不同象限的直线插补
实际上,任何机床都必须具备处理不同象限、不同走向轮廓曲线的能力,而这时其插补计算公式和脉冲进给方向都是不同的,但为了处理和实现的方便起见,尽量寻找其间共同规律,以利于优化程序设计,提高插补质量。
现将第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限内直线分别记为L1、L2、L3、L4;
现不妨假设有Ⅱ象限直线如图5所示,起点在原点O(0,0),终点为A(-Xe,+Ye),则仿照前面方法,很易推得对应的插补算法及进给方向如下:
当Fi≥0时,进给(-X)方向,Fi+1=Fi-Ye;
当Fi<0时,进给(+Y)方向,Fi+1=Fi+Xe。
与前面进行比较后发现,当被插补直线处于不同象限时,其计算公式及处理过程完全一样,仅仅是进给方向不同而已。进一步可总结出L1、L2、L3、L4的进给方向如图6和表1所示。
由此设计出四个象限内直线插补的通用软件流程图如图7所示。
如果直接利用图7来插补四个坐标轴直线时,将会造成较大的插补误差,显然不太理想。为此,可对这四种特殊情况进行专门处理,即当判出是插补四个坐标轴直线时,可将(+X)轴直线插补归入(+△X)进给方向类,将(-X)轴直线插补归入(-△X)进给方向类,将(+Y)轴直线插补归入(+△Y)进给方向类,将(-Y)轴直线插补归入(-△Y进给方向类,这样可将其插补误差减小到零。
5 结语
实现高速高精度加工一直是数控技术研究的重点,但目前多数CNC系统在轨迹控制上依然只有直线等功能,并不具备曲线尤其是任意曲线的加工功能,即具备这项功能,其数控系统的成本也相当大。
摘要：该文以89C51为软件开发工具来完成数控机床的模拟功能,提出了插补概念,重点提出了实现零件加工的逐点比较法算法。
关键词：数控,插补,逐点比较法
参考文献
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STC89C51 篇8
脉搏是人体重要的生命体征, 包含着大量的人体生命信息。构建一种可携带的日常心率监测系统, 能够采集脉搏信号, 进行心率测试、储存、报警、实时监控等功能, 这种PVDF脉搏测量仪可为病人、老人等人群带来便利[1]。
本文设计了一种可自动测量人体脉搏的测量仪, 该测量仪采用了AT89C51单片机处理芯片, 具有良好的人机交流模式、性能稳定、噪声低等优点, 可动态连续地堆脉搏进行实时监测, 并且可直观地显示人体的脉搏数[2]。
2、系统硬件设计
从功能上来讲, 本设计可分为4个模块:供电模块、脉搏测量模块、处理模块和人机交互模块。其中测量模块由PVDF传感器、信号处理电路组成;处理模块由单片机及其外围电路组成;人机交互模块由指令输入和结果反馈组成。
2.1 供电模块
由于是便携式脉搏测量仪, 因此本设计采用纽扣电池供电。整个电路的工作电压为正负5V, 电源采用9V电源供电, 通过电压转换芯片将9V电源转换为5V, 向单片机及信号采集电路提供5V电源;同时5V电压送入MAX660, 转换成-5V, 作为信号采集电路的负电源。
2.2 测量模块
由于PVDF传感器在脉搏跳动的作用下会有电荷的产生, 此电荷量不能直接测量, 需经过信号调理将电荷量转化为电压量才能进行测量和采集[3]。信号调理电路框图如图1所示。
本设计采用PVDF压电材料制作的传感器来传输脉搏信号, 由于PVDF频响宽, 室温下在10-5~109Hz范围内响应平坦, 而人体信号频率一般不会超过100Hz, 电路的频带设计在0.1~100Hz。电路中所选的运放要求高阻抗输入, 且开环增益要大, 频带要宽, 本设计选用OP07。人体脉搏跳动产生的电压大约在20mv左右, 因此放大倍数应选择200倍左右。我们采用的是三运放精密放大电路, 其电路的输入电阻高, 抑制共模信号能力强。本系统中的噪声有很多种, 主要有元器件噪声、市电50Hz噪声、人体抖动噪声等。在信号放大电路后设置低通滤波器是为了滤除因信号放大而产生的高频噪声。值得注意的是, 50Hz工频干扰是脉搏信号的主要干扰因素之一, 因此50Hz陷波器非常有必要。
2.3 脉搏测量原理及系统简介
整个系统由AT89C51单片机、脉搏信号采集电路、输入设备、显示部分及报警装置组成。系统工作原理:PVDF压电薄膜感受脉搏的跳动, 而在薄膜表面产生电荷变化, 信号调理电路将电荷信号转化为电压信号, 通过模数转换输入到AT89C51。单片机根据输入设备上的输入指令进行处理, 当测量出的数据超出了设置的上下限时就会进行报警[4]。
2.4 处理模块
通过AD转换之后的8位数字脉搏信号送入AT89C51单片机的P0口, 由单片机对数据进行处理, 送至显示模块进行数字显示。
2.5 人机交互模块
(1) 指令输入设备。输入指令由按键控制, 设有复位键和测量控制键。
(2) 输出设备。测量结果采用液晶显示。液晶供电电压为3V, 液晶驱动模块整合在液晶电路板上。
(3) 报警装置。采用有源蜂鸣器, 在测量出的脉搏数超出设置的上下限时发出声音警报。
3、系统软件设计
系统的软件使用汇编语言编程, 分为中断服务模块、单片机数据处理模块及人机交互模块三部分, 便于修改和维护。AT89C51对系统的时序控制主要是通过定时器实现的。程序运行时, 定时器工作在递增计数模式下, 用脉冲信号的上升沿来确定时间间隔, 产生中断请求。单片机通过中断时计数器对应的计数值进行数据运算, 计算每分钟的脉搏数, 并通过液晶显示出实时的每分钟脉搏数。程序流程图如图2所示:
4、结语
PVDF压电薄膜膜质轻柔, 能紧贴皮肤, 且灵敏度高, 制作出的脉搏传感器应用到人体生理指标的测量准确可靠。此脉搏测量仪不仅体积小, 便于携带, 而且功耗和成本较低, 使用方便快捷。测量时可通过观察液晶上数字直观地得出人体的脉搏数, 也可以连续且动态地进行监测。这种脉搏测量仪准确度高且重复使用性强, 测量快捷且携带方便, 在家庭医疗监护和医院临床等领域应用前景广泛。
摘要：本文介绍了以AT89C51为核心, 用PVDF传感器采集人体脉搏的数字心率检测装置。PVDF传感器将采集到的脉搏信号送入单片机进行处理, 单片机将采集到的脉搏心率在液晶实时显示出来, 同时还设置了脉搏次数上下限报警电路。
关键词：FVDF,AT89C51,脉搏测量
参考文献
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[3]张凌飞, 刘承桥, 王岩.简易人体脉搏信号调理电路的设计[J].科技信息, 2011 (11) :103-104.
STC89C51 篇9
水是可持续发展最重要的资源之一,许多国家都重视有效利用水资源。灌溉管理的自动化是发展高效农业的重要途径[1,2,3],刘楷等进行了基于AT-MEGA128单片机节水灌溉系统的设计,系统自动检测土壤水分含量并通过电磁阀模糊控制实现及时适当的灌溉[4]。郁晓庆等设计了一套由单片机、无线传感器网络、GSM无线通信和可变控制技术集成的精确灌溉闭环远程监控系统,实现按需灌溉,可节约20% 的用水量[5]。顾博飞等设计了一个光伏电源自动灌溉系统,可解决偏远地区电力短缺问题,提高灌溉效率[6]。
本文设计了一套蔬菜大棚自动灌溉控制系统,以改善手动浇水现状,通过设定所需土壤温度、湿度的范围值,利用传感器测量土壤温度和湿度,采用模糊控制实现自动灌溉。
1 节水灌溉控制系统的总体方案
本系统采用温、湿度传感器检测土壤温、湿度,所得电压信号通过A/D转换器转化为数字信号,送入单片机处理,根据处理结果控制电磁阀,温、湿度用LCD1602进行显示,系统整体方案框图如图1所示。
1.1 液晶显示器、振荡、复位电路
LCD1602与AT89C51的接口电路如图2 所示。LCD1602是一种使用5×7点阵图形LCD模块、可显示16(字符)*2(行)的液晶显示器,包括控制器、驱动器和显示装置3部分[7]。LCD1602具有体积小、功耗低、显示操作简单、显示值清晰等特点,正常温度范围为-20 ℃~+60 ℃。
1.2 土壤湿度检测及A/D转换电路及其接口
土壤湿度检测及A/D转换电路如图3所示。湿度传感器将土壤湿度转换为电压信号,经调理后送入ADC0809,产生数字信号,再送入单片机。ADC0809模数转换器是带有8位A/D转换器、8位多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑CMOS组件[8]。该装置的转换时间为100μs时,时钟频率为500kHz。图3中,ALE用作时钟信号,P0.0~P0.2与ADC0809的地址线A、B和C连接,选择模拟信道,用P2.6、RD、WR生成START、ALE和OE信号,ADC0809的D0~D7数据线直接与AT89C51的双向数据传输P0口相连。ADC0809 的转换结束(EOC)信号取反后与AT89C51的INT1引脚连接,通过查询法检查A/D转换是否结束。A/D转换结束后,通过P0口读取结果。
1.3 电磁继电器驱动电路
采用双稳态电磁阀控制水阀,电磁阀只在转换的时候才消耗电能,在保持状态下不消耗电能[9]。通过输出口的电压信号控制电磁阀的通断。电磁阀驱动电路如图4所示,其中输入信号IN由单片机控制,光耦U3起隔离作用,该电路采用双电源(+5V和+12V)供电。
1.4 键盘控制电路
通过4个独立按键设置土壤温度和湿度的上下限,键盘电路如图5 所示。K1和K2用于温度设定,K3和K4用于湿度设定,R5、R6、R7和R8是上拉电阻。
1.5 光伏发电系统
节水灌溉应用光伏发电系统可以节省能源,简化设计。光伏发电系统原理如图6所示,主要由太阳能电池板、电池组、太阳能控制器和DC-DC转换器组成。太阳能电池板将太阳能转换成电能;电池组储存电能;太阳能控制器能调节充放电速率,保证太阳能电池板以最大功率输出;DC-DC转换器产生5V电压源。
2 节水灌溉的模糊控制
模糊控制的关键是模糊控制器的设计,须解决以下几个问题:输入量的模糊化、建立模糊控制规则、生成模糊控制表、对输出量进行模糊判断。单片机控制器根据模糊变量,实时查模糊控制表,进行模糊输出。
首先求出与设定土壤湿度值的偏差E及偏差变化率EC,考虑土壤湿度是一个缓慢变量,间隔10min运算一次,以避免电磁阀频繁启闭现象[10]。模糊控制算法的思路是:对土壤湿度值进行A/D处理,记录采样湿度值,求取平均值,计算出偏差E及偏差变化率EC并对其进行模糊量化,查表确定输出控制量的值。
设E、EC和控制结果U的模糊语言变量分为7个等级,缩写为:{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},相应值域设定为:E={-3,-2,-1,0,1,2,3},EC={-3,-2,-1,0,1,2,3},U={-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6}。
模糊控制规则见表1,U的模糊控制表见表2。根据表2的U值决定开启电磁继电器的数量N,如表3所示。节水灌溉模糊控制流程图如图7所示。
3 系统软件调试
系统软件程序由液晶显示子程序、土壤湿度检测子程序、A/D转换子程序、电磁阀驱动子程序、键盘控制子程序和模糊控制子程序组成。液晶显示子程序在系统上电后进行LCD1602 的初始化,LCD1602 显示子程序流程图如图8所示。上电后先进行模拟通道的初始化并启用A/D转换,A/D转换子程序流程图如图9所示。总的系统流程图如图10所示。
程序调试使用Keil51。在Proteus中建立系统模型,将系统程序写入单片机模型中,进行仿真,得到预想结果。
4 系统测试
在实验室环境下测试本系统装置,将土壤温、湿度传感器插在刚浇过水的杜鹃花盆中,测得的温、湿度值由LCD1602显示,此时湿度值高于上限设定值,电磁阀断开不进行灌水。将土壤温、湿度传感器插在干燥的仙人掌花盆中,土壤湿度低于下限设定值,电磁阀闭合进行灌水;当土壤湿度达到上限时,电磁阀断开,停止灌水。
5 结论
本文研制了一款基于AT89C51的太阳能供电自动节水灌溉系统,能将测量的土壤温度值与湿度值显示在LCD1602液晶显示器上,根据测得的湿度和温度值模糊控制灌水速度。试验结果表明,该系统能够正确和有效地工作。
摘要：自动控制节水灌溉技术水平的高低代表着农业现代化的发展状况,自动化节水灌溉水平较低是制约我国高效农业发展的主要原因。设计了一个单片机节水灌溉自动系统,可对土壤湿度、温度进行监控,并进行适时、适量的灌水,从而达到节水目的。经测试本系统能实现稳定、高效、节能的效果。
关键词：节水灌溉,自动化灌溉,AT89C51单片机
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