基于51单片机巡逻报警小车的设计与实现【字数：8059】
摘 要本课题主要以基于51单片机巡逻报警小车的设计与实现作为了研究课题，设计了一款采用STC89C51单片机来作为内部核心控制器的智能巡逻小车系统，为这款新型的智能小车配备了多种巡逻功能，主要用于实现对小车行驶沿线的环境参数进行自动检测并在数据出现异常时进行报警的功能，这款小车能够沿着黑色引导线快速前进并不断采集沿线的温度数据和自然光线强度数据，当温度出现异常过高或者自然光线异常过亮时将会引起巡逻小车的自动报警，与此同时还能够将检测到的数据显示在液晶屏上供小车管理者查看。由于采用的主控微处理器芯片内部资源较为丰富并且CPU的主频频率比较高，使得运算速度非常快，所以这款智能巡逻报警小车系统的整体性能经过多角度测试后表现的非常稳定和灵活，能够按照使用者的操控进行快速响应，达到了预期所有的功能设计指标。本课题对这款智能巡逻报警小车系统的设计内容分为了软件系统和硬件系统两个部分，通过长时间的测试结果可以发现这款系统非常适合推向市面，能在一定程度上降低相关产品的研发成本。
目录
一、 引言 1
（一） 智能巡逻报警小车的发展背景 1
（二） 智能巡逻报警小车的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 智能巡逻报警小车的方案设计 3
三、 系统硬件设计 4
（一） 智能巡逻报警小车主控电路设计 4
（二） 沿线温度采集电路设计 5
（三） 沿线光线检测电路设计 6
（四） 环境参数异常报警电路设计 7
（五） 巡逻小车车轮驱动电路设计 7
（六） 巡逻小车的液晶显示电路设计 9
四、 系统软件设计 11
（一） 智能巡逻报警小车的主程序流程设计 11
（二） 沿线温度采集电路设计 11
（三） 沿线光线检测子程序设计 12
（四） 环境参数异常报警子程序设计 13
（五） 参数显示子程序设计 13
总结 15
参考文献 16
致 谢 17
附录一 原理图 18
附录二 PCB图 19
附录三 元件列表 20
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附录四 程序 21
引言
智能巡逻报警小车的发展背景
我们经常说的智能巡逻报警小车系统指的是一种通过单片机等微处理器芯片的强大控制作用而实现的微型智能系统，它的实现是微处理器生产技术飞速发展后的一个产物，目前市面上大多数厂商研发的微型处理器都在朝着微型化、高速化和智能化方向发展，这为许多种类型微型系统的发展提供了方向，同时也使得智能巡逻报警小车系统的发展越来越快速、性能越来越高。智能巡逻报警小车系统在最近几年中的主要发展方向主要是微型化和嵌入式，同时越来越高的智能元素也是这类系统所必需拥有的，除了设计人员对于硬件电路和软件程序代码的优化设计外，在系统内部所需要使用的器件本身属性方面，是制约大多数智能系统的关键因素之一。智能巡逻报警小车系统的核心部分是其内部的主控微处理器，它在系统中的作用主要是用来对片外的功能模块提供驱动，使得每个芯片或者传感器能够表现出正常功能，在智能巡逻报警小车系统的发展背景中，最早的系统大多数采用了模拟电路架构，微处理器控制的概念较少，那时的数字电路以及控制系统的思想还没有得到普及，智能巡逻报警小车系统只能够通过大量的模拟电路来实现，因此最终的表现形态较为单一，智能化元素较少。而当微处理器技术得到普及之后，智能化的智能巡逻报警小车控制系统得到实现，人们可以将心中所想通过C语言等程序代码进行转换并烧录到微处理器芯片中，使得微处理器按照人们的预想控制进行工作，最终将表现出非常智能的表现。本文就将在智能巡逻报警小车系统的发展基础上，提出了可以通过STC89C51单片机来作为主控核心，结合目前市面上大多数智能巡逻报警小车系统产品所表现出的常见功能以及优缺点，本课题将实现这些产品的优点并且避开常见缺点，实现一款能够实现点阵显示、高精度的温度检测、产生报警、直流电机驱动、光照强度采集和直流电机控制的高性能智能巡逻报警小车系统。
智能巡逻报警小车的国内外发展现状
国内外在对智能巡逻报警小车系统的研究方面都呈现出了一种较为热情的局面，由于目前对于研发智能巡逻报警小车系统所需要的核心元器件的生产研发技术都掌握在了欧美国家的一些企业中，而国内还无法真正掌握这些元器件的核心研发技术，而市面上这些高端性能的智能巡逻报警小车系统产品的硬件框架都是由这些基本元器件作为铺垫的，所以缺少了核心技术的支撑，最终研发出来的产品无论是在性能方面还是在成本方面都需要比较大比例的依靠进口，然而在市场上的竞争力也就会稍逊于国外产品，这是目前国内对于智能巡逻报警小车系统的研究所面临的现状。
本文主要研究内容
本次毕业设计将要实现的是一款智能巡逻小车，能够实现对小车行驶沿线的环境参数进行自动检测并在数据出现异常时进行报警的功能，这款小车能够沿着黑色引导线快速前进并不断采集沿线的温度数据和自然光线强度数据，当温度出现异常过高或者自然光线异常过亮时将会引起巡逻小车的自动报警，与此同时还能够将检测到的数据显示在液晶屏上供小车管理者查看，将采用STC89C51单片机来作为控制器，并设计了参数显示电路、DS18B20温度传感器电路、报警电路、MX1508直流电机驱动电路、光线检测电路和直流电机电路等子电路模块，通过这些电路的构建实现了如下的功能指标：
1、能够将智能巡逻报警小车系统的重要运行参数通过高清晰度液晶显示效果展示出来；
2、能够在STC89C51单片机的驱动控制下实现对周围环境温度的高精度检测；
3、能够在STC89C51单片机的高低电平控制下实现蜂鸣器的报警声音输出；
4、能够实现直流电机驱动电路设计，通过MX1508芯片的配置，使得四相驱动脉冲得到功率放大；
5、能够通过传感器的配置，实现将周围光线强弱的情况通过电信号进行输出，使得STC89C51单片机进行识别；
6、能够通过STC89C51单片机生成软件方式的PWM波信号，通过控制PWM波占空比的方式来对直流电机的运行状态进行控制；
智能巡逻报警小车的方案设计
通过图1中的各个模块之间的关系可以看出，STC89C51单片机芯片结合了时钟电路和复位电路两个部分组成了最小系统部分，作为整个智能巡逻报警小车系统的主控部分，最小系统将实现对LCD1602液晶显示屏、DS18B20温测器件、有源蜂鸣器、直流电机驱动器、光敏传感器和直流电机等器件的驱动。
为了实现将智能小车采集到的沿线温度数据、光线数据显示给智能小车管理者进行查看，本课题选用了一片具有高清显示性能的LCD1602液晶屏模块，将它与STC89C51单片机进行并口对接，实现待显示数据的送入。
为了实现对黑色导航线路的检测，本课题选用了两个完全相同的红外线传感器模块分别安置在小车车头的左右两侧，实现对黑色导引线的持续监测，使得系统能够获取到小车的前进方向并制定下一刻左右两轮的转速情况。
目录
一、 引言 1
（一） 智能巡逻报警小车的发展背景 1
（二） 智能巡逻报警小车的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 智能巡逻报警小车的方案设计 3
三、 系统硬件设计 4
（一） 智能巡逻报警小车主控电路设计 4
（二） 沿线温度采集电路设计 5
（三） 沿线光线检测电路设计 6
（四） 环境参数异常报警电路设计 7
（五） 巡逻小车车轮驱动电路设计 7
（六） 巡逻小车的液晶显示电路设计 9
四、 系统软件设计 11
（一） 智能巡逻报警小车的主程序流程设计 11
（二） 沿线温度采集电路设计 11
（三） 沿线光线检测子程序设计 12
（四） 环境参数异常报警子程序设计 13
（五） 参数显示子程序设计 13
总结 15
参考文献 16
致 谢 17
附录一 原理图 18
附录二 PCB图 19
附录三 元件列表 20
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附录四 程序 21
引言
智能巡逻报警小车的发展背景
我们经常说的智能巡逻报警小车系统指的是一种通过单片机等微处理器芯片的强大控制作用而实现的微型智能系统，它的实现是微处理器生产技术飞速发展后的一个产物，目前市面上大多数厂商研发的微型处理器都在朝着微型化、高速化和智能化方向发展，这为许多种类型微型系统的发展提供了方向，同时也使得智能巡逻报警小车系统的发展越来越快速、性能越来越高。智能巡逻报警小车系统在最近几年中的主要发展方向主要是微型化和嵌入式，同时越来越高的智能元素也是这类系统所必需拥有的，除了设计人员对于硬件电路和软件程序代码的优化设计外，在系统内部所需要使用的器件本身属性方面，是制约大多数智能系统的关键因素之一。智能巡逻报警小车系统的核心部分是其内部的主控微处理器，它在系统中的作用主要是用来对片外的功能模块提供驱动，使得每个芯片或者传感器能够表现出正常功能，在智能巡逻报警小车系统的发展背景中，最早的系统大多数采用了模拟电路架构，微处理器控制的概念较少，那时的数字电路以及控制系统的思想还没有得到普及，智能巡逻报警小车系统只能够通过大量的模拟电路来实现，因此最终的表现形态较为单一，智能化元素较少。而当微处理器技术得到普及之后，智能化的智能巡逻报警小车控制系统得到实现，人们可以将心中所想通过C语言等程序代码进行转换并烧录到微处理器芯片中，使得微处理器按照人们的预想控制进行工作，最终将表现出非常智能的表现。本文就将在智能巡逻报警小车系统的发展基础上，提出了可以通过STC89C51单片机来作为主控核心，结合目前市面上大多数智能巡逻报警小车系统产品所表现出的常见功能以及优缺点，本课题将实现这些产品的优点并且避开常见缺点，实现一款能够实现点阵显示、高精度的温度检测、产生报警、直流电机驱动、光照强度采集和直流电机控制的高性能智能巡逻报警小车系统。
智能巡逻报警小车的国内外发展现状
国内外在对智能巡逻报警小车系统的研究方面都呈现出了一种较为热情的局面，由于目前对于研发智能巡逻报警小车系统所需要的核心元器件的生产研发技术都掌握在了欧美国家的一些企业中，而国内还无法真正掌握这些元器件的核心研发技术，而市面上这些高端性能的智能巡逻报警小车系统产品的硬件框架都是由这些基本元器件作为铺垫的，所以缺少了核心技术的支撑，最终研发出来的产品无论是在性能方面还是在成本方面都需要比较大比例的依靠进口，然而在市场上的竞争力也就会稍逊于国外产品，这是目前国内对于智能巡逻报警小车系统的研究所面临的现状。
本文主要研究内容
本次毕业设计将要实现的是一款智能巡逻小车，能够实现对小车行驶沿线的环境参数进行自动检测并在数据出现异常时进行报警的功能，这款小车能够沿着黑色引导线快速前进并不断采集沿线的温度数据和自然光线强度数据，当温度出现异常过高或者自然光线异常过亮时将会引起巡逻小车的自动报警，与此同时还能够将检测到的数据显示在液晶屏上供小车管理者查看，将采用STC89C51单片机来作为控制器，并设计了参数显示电路、DS18B20温度传感器电路、报警电路、MX1508直流电机驱动电路、光线检测电路和直流电机电路等子电路模块，通过这些电路的构建实现了如下的功能指标：
1、能够将智能巡逻报警小车系统的重要运行参数通过高清晰度液晶显示效果展示出来；
2、能够在STC89C51单片机的驱动控制下实现对周围环境温度的高精度检测；
3、能够在STC89C51单片机的高低电平控制下实现蜂鸣器的报警声音输出；
4、能够实现直流电机驱动电路设计，通过MX1508芯片的配置，使得四相驱动脉冲得到功率放大；
5、能够通过传感器的配置，实现将周围光线强弱的情况通过电信号进行输出，使得STC89C51单片机进行识别；
6、能够通过STC89C51单片机生成软件方式的PWM波信号，通过控制PWM波占空比的方式来对直流电机的运行状态进行控制；
智能巡逻报警小车的方案设计
通过图1中的各个模块之间的关系可以看出，STC89C51单片机芯片结合了时钟电路和复位电路两个部分组成了最小系统部分，作为整个智能巡逻报警小车系统的主控部分，最小系统将实现对LCD1602液晶显示屏、DS18B20温测器件、有源蜂鸣器、直流电机驱动器、光敏传感器和直流电机等器件的驱动。
为了实现将智能小车采集到的沿线温度数据、光线数据显示给智能小车管理者进行查看，本课题选用了一片具有高清显示性能的LCD1602液晶屏模块，将它与STC89C51单片机进行并口对接，实现待显示数据的送入。
为了实现对黑色导航线路的检测，本课题选用了两个完全相同的红外线传感器模块分别安置在小车车头的左右两侧，实现对黑色导引线的持续监测，使得系统能够获取到小车的前进方向并制定下一刻左右两轮的转速情况。
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