哈尔滨理工大学课程设计说明书XX 大学 XX 学院课程设计任务书姓名学号班级机电 13- 专业机械电子工程设计题目设计内容：【把题目的具体任务要求书写在此】1、根据设计要求，确定系统总体方案；2、结构设计：1根据确定的总体方案，计算各部件的结构参数及电气参数；2画出系统的结构图或硬件电路图、接线图。3、程序设计：1根据系统功能要求，设计系统的软件流程，画出总体流程图；2画出各功能模块的流程图，编写各功能模块程序。4、撰写课程设计论文字数不少于3500 字。任务分配：总体方案、控制电路、软件编程：XXX机械结构： XXX编写说明书：XXX设计时间： 2016 年 12 月 12 日至 12 月 23 日主要参考文献、资料：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 19 页哈尔滨理工大学课程设计说明书目录第 1 章 绪论 . 11.1 设计背景 . 11.2 设计的主要任务 . 1第 2 章 总体方案设计 . 22.1 设计原理 . 22.2 方案设计 . 22.2.1 结构方案设计 . 22.2.2 控制系统方案设计 . 2第 3 章 结构设计 . 43.1 XXXXX . 43.2 XXXXX . 4XXXXX . 4XXXXX . 4第 4 章 控制系统设计 . 64.1 控制原理设计 . 64.2 硬件部分设计 . 64.3 软件部分设计 . 6第 5 章 软硬件调试 . 75.1 硬件调试 . 75.1.1 电源电路的调试 . 75.1.2 红外发射与接收电路的调试. 75.1.3 控制电路的调试 . 8电机驱动电路的调试 . 95.2 软硬件联调 . 10 5.3 指标调试及结果 . 11 课程设计心得 . 12 参考文献 . 13 附录 1 . 15 附录 2 . 16 附录 3 . 17 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 19 页哈尔滨理工大学课程设计说明书第1章 绪论1.1 设计背景随着信息技术的普及和发展，尤其是跨入2000 年后，红外技术得到了迅猛发展。红外探测/控制技术已渗透到国民经济的各行各业和人们日常生活的方方面面，在工业自动化、生产过程控制、信息采集和处理、通信、红外制导、激光武器、电子对抗、红外育种、红外加热、材料加工和处理、安全防范、家用电器控制及日常生活如自动擦鞋机、节水节能控制、红外医疗与美容、智能玩具、空调等各个方面都得到了广泛的应用。单片微型电脑又称嵌入式微控制器，是20 世纪 70 年代中期发展起来的一种大规模集成电路器件。它在一块芯片内集成了电脑的各种功能部件，构成一种单片式的微型电脑。 20世纪 80 年代以来，国际上单片机的发展很快，世界上著名的半导体厂商都有它的单片机系列产品， 单片机的应用不断深入到国民经济各个领域，处处可以看到电脑型的电子产品。单片机的应用技术是一项新型的软硬件工程技术，其内涵随着单片机的发展而发展。在现实生活中，擦鞋是每家每户生活中必不可少的一部分，但擦鞋又是一件比较烦琐的事情。每当出门时看见鞋子上有很多灰尘，比较脏，如果只是稍微擦一下又擦不干净，跟没擦差不多，但如果仔仔细细的擦一下的话又很费时间，而且还容易弄脏自己的手和衣物。如何让擦鞋变得既省时又省力呢？基于单片机的自动擦鞋机就能为我们解决这个问题。本擦鞋机是采用红外线发射、接收、集成电路控制的新一代电器产品，设计合理、操作简便。伸脚既开，抽脚延时15秒关闭，全自开工作。您要做的就是把脚伸进擦鞋机，其他的事情全部由它来完成。适合企事业单位办公室、家庭等小型服务场所。1.2 设计的主要任务本设计应用单片机设计一个自动擦鞋机。基于单片机的自动擦鞋机的硬件构成包括变压器、稳压集成模块7805、红外发射与接收管、AT89C2051 芯片、L293D 芯片等组成的电源电路、 红外发射与接收电路、单片机系统控制电路、电机驱动电路和显示电路。单片机系统控制电路用来控制整个系统的正常运行，是整个系统的核心。该系统主要通过红外发射与接收电路检测信号，运用单片机的运算和处理能力来实现擦鞋机的转动，并通过显示电路显示其工作状态。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 19 页哈尔滨理工大学课程设计说明书第2章 总体方案设计2.1 设计原理该自动擦鞋机的设计是由单片机系统控制电路、电源电路、红外发射与接收电路、电机驱动电路、显示电路和外壳组成。本设计的结构实物图如图2-1 所示。图 2-1 实物图2.2 方案设计2.2.1 结构方案设计基于单片机的自动擦鞋机主要由输入、控制系统和输出三部分组成。输入部分主要包括电源电路和红外发射与接收电路；控制系统部分主要有单片机和外围电路上电自动复位电路、时钟电路、显示电路组成，该部分是整个系统电路的核心； 输出部分由驱动电路组成。基于单片机的自动擦鞋机主要通过红外发射与接收电路检测信号，运用单片机的运算和处理能力来实现擦鞋机的转动，并通过显示电路显示其工作状态。该系统电路的一般框图如图2-2 所示。输入控制系统输出图 2-2 一般框图2.2.2 控制系统方案设计方案一：采用各类数字电路来组成擦鞋机的控制系统，对外围红精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 19 页哈尔滨理工大学课程设计说明书外信号进行处理。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于擦鞋机智能化的扩展，对各路信号处理比较困难。方案二：采用AT89C2051 单片机来作为整机的控制单元。红外线探头采用市面上通用的发射管以及接收管组成简易的遮挡式红外发射与接收电路， 将感应到的红外信号通过三极管的工作状态转化为数字信号送到单片机系统处理。此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，能到达题目的设计要求，因此采用方案二来实现。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 19 页哈尔滨理工大学课程设计说明书第3章 结构设计3.1 XXXXX 低压线性稳压电路基本上由四部分组成。3.2 XXXXX XXXXX电源电路原理图如图3-1 所示。12V330uF10uF7805IN4007IN4007IN40070.1uFINOUTGND2KLED12.4V4.8Vu1u2D1D2D3D4C1C2C3U01U02图 3-1 电源电路原理图一般的变压器具有一个初级绕组、一个或多个次级绕组，线圈绕在铁心上。给初级绕组加上交流电，由于电磁感应的原理，在次级绕组上则有电压输出。为了得到平滑的负载电压，一般取d如式(3-1)所示253dTRLC(3-1) 式中 T 为电源交流电压的周期。在整流电路的内阻不太大几欧和放电时间满足上式的关系时，电容滤波电路的负载电压VL与 V2的关系如式 (3-1)所示，约为VL =1.11.2V2(3-2) 总之，电容滤波电路简单，负载直流电压VL 较高，纹波也较小，它的缺点是输出特性较差，故适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。XXXXX红外技术是现代物理和电子学的一部分，它包括电磁波红外精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 19 页哈尔滨理工大学课程设计说明书波段内的辐射、传播和波形记录及其在科学、技术、国民经济和军事中的实际应用。红外技术是现代无线电电子学和物理学中的重要方向之一，它对于促进国民经济各部门采用先进技术以及加强基础科学和应用科学的研究都有极其重要的作用。今天，红外技术正被广泛地用于解决国民经济中的各种不同的问题。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 19 页哈尔滨理工大学课程设计说明书6 第4章 控制系统设计4.1 控制原理设计整个软件控制模块部分包括红外信号接收模块和信号输出模块两个部分。红外信号接收模块是将输入信号进行判断，通过主程序控制实现其功能。 输出模块是将主程序输入的信号进行处理从而实现其功能。软件框图如图4-1 所示。软件控制模块红外信号接收模块信号输出模块图 4-1 软件框图4.2 硬件部分设计主程序的功能分析主程序是将输入的信号进行识别和处理运算，然后输出相应的码值给驱动芯片，使驱动芯片带动电机运转，从而实现其功能。4.3 软件部分设计根据本课题设计的要求指标，在擦鞋结束后要延时15 秒后自动停止转动。而该延时子程序就是为了实现这个功能而设计的。2、15 秒延时子程序流程图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 19 页哈尔滨理工大学课程设计说明书7 第5章 软硬件调试5.1 硬件调试电源电路的调试1.接好电源电路后，在通电之前，首先用万用表等工具，根据电源电路原理图仔细检查电源电路线路的正确性，并核对元器件的型号、规格和安装是否符合要求。通过检查确定无误。电源电路原理图如图 5-1 所示。12V330uF10uF7805IN4007IN4007IN40070.1uFINOUTGND2KLED12.4V4.8Vu1u2D1D2D3D4C1C2C3U01U02图 5-1 电源电路原理图2.经过上述检查确定无误后，接通电源用万用表仔细测量各点电位是否正常。通过测量各点的电位如下：3.经过以上两步的检查，通过所测的电位可知，该电源电路是正常工作的。红外发射与接收电路的调试1.接好红外发射与接收电路后，在通电之前，首先用万用表等工具，根据红外发射与接收电路原理图仔细检查红外发射与接收电路线路的正确性，特别是电源的走线，防止电源之间的短路和极性错误，并核对元器件的型号、 规格和安装是否符合要求。 通过检查确定无误。红外发射与接收电路原理图如图5-2 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 19 页哈尔滨理工大学课程设计说明书8 51K100K1KSE303PH3024.8VP3.0VD1VD2RP1R2R3VT9014AB图 5-2 红外发射与接收电路原理图2.上述检查确定无误后，接通电源后测量红外发射与接收电路的各点电位，通过测量各点的电位如下表5-1 所示：表 5-1 红外发射与接收电路测试数据VAVB无遮挡时遮挡时3.由各点的电位可知，在红外光发射与接收间的红外线光路没被遮挡时，调节 RP1， 使红外发光二极管的工作电流限制在90mA 之内，并保证其正常工作。由于A 点的电压小于 0.35V，B 点的电压呈高电平，三极管处于截止状态，红外发射与接收电路正常工作；在红外光发射与接收间的红外线光路没被遮挡时，由于 A 点的电压升高， B 点的电压小于 0.4V，三极管处于饱和导通状态， 红外发射与接收电路停止工作。同时，拉伸红外发光二极管与红外接收管，确定发射与接收的最大距离。控制电路的调试1.接好单片机系统控制电路后，在通电之前，首先用万用表等工具，根据单片机系统控制电路原理图仔细检查单片机系统控制电路线路的正确性，特别是电源的走线，防止电源之间的短路和极性错误，并核对元器件的型号、 规格和安装是否符合要求。 通过检查确定无误。单片机系统控制电路原理图如图5-3 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 19 页哈尔滨理工大学课程设计说明书9 AT89C2051RSTX2X1P3.08.2K10uF30PF30PF11.0592MHZ4.8VVCCGND14522019P1.7P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.510121314151617220LED图 5-3 单片机系统控制电路原理图2.过上述检查确定无误后，接通电源后测量单片机系统控制电路的各点电位，通过测量单片机AT89C2051 各脚的电位如下表5-2 所示：表 5-2 单片机系统控制电路测试数据遮挡时没遮挡时3.8V0.02VP3.0 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5P1.74.8V 4.8V4.8V4.8V4.8V0V0V0V0V0V0V0V0V0V3.由单片机 AT89C2051 的各脚电位可知，当P3.0 口的电位为高电平时，单片机系统控制电路不能正常工作；当P3.0 口的电位为低电平时，单片机系统控制电路正常工作。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，调试通过。电机驱动电路的调试1.接好电机驱动电路后，在通电之前，首先用万用表等工具，根据电机驱动电路原理图仔细检查电机驱动电路线路的正确性，特别是电源的走线，防止电源之间的短路和极性错误， 并核对元器件的型号、规格和安装是否符合要求。通过检查确定无误。电机驱动电路原理图如图 5-4 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 19 页哈尔滨理工大学课程设计说明书1 0MMAT89C20514.8VL293DVCCGND4.5.12.1319271015EN12EN34IN1IN2IN3IN4VMOUT1OUT2OUT3OUT412.4VRIGHTLEFT8361114图 5-4 电机驱动电路原理图2.经过上述检查确定无误后，接通电源后测量电机驱动电路的各点电位，通过测量驱动芯片L293D 各脚的电位如下表5-3 所示：表 5-3 单片机系统控制电路测试数据遮挡时没遮挡时EN12 EN34 IN1IN2IN3IN4OUT1 OUT2OUT3 OUT40V0V0V0V0V12.4V12.4V4.8V4.8V4.8V4.8V0V0V0V0V0V0V0V0V0V电机两端的电流IM = 103mA。3.由驱动芯片 L293D 各脚的电位可知， 当红外没被遮挡时， 驱动芯片 L293D 各脚的电位为低电平，电机驱动电路不能正常工作；当红外被遮挡，驱动芯片L293D 各脚的电位如上表所示时，电机驱动电路正常工作。调试时在依照上表，用程序输入对应的电平，能够实现对应的动作，调试通过。5.2 软硬件联调软件调试与所选用的软件结构和程序设计技术有关。采用模块程序设计技术调试，则逐个模块主程序、延时子程序进行调试好以后，再联成一个大的程序，然后进行系统程序综合调试。调试时，先将写好的软件程序进行编译/汇编，如果通过则说明精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 19 页哈尔滨理工大学课程设计说明书1 1该软件程序没有语法错误。本软件程序在编译/汇编后没有任何语法错误和警告，第一步调试通过。然后将软件程序产生代码并装入仿真器运行，观察运行结果发现有点不正常，原来是程序失控，主要原因有两个：（1）红外接收信号模块有干扰；2软件程序在运行时有点乱。为了解决这两个问题，对P3.0 口进行了两次判断，并在中间加了一个 10ms的短延时，这样就解决了红外接收模块有干扰的问题；同时，在每个语句后加了空操作指令，用于调整CPU 的时间，使软件程序在运行时趋于正常。此时，软件程序调试结束，结合硬件可以正常工作。5.3指标调试及结果1.已完成的指标：1电源： AC 220V 10% 50HZ；2具有上电复位功能；3启动方式：红外线感应，离开15 秒自动关闭；4显示电路可显示擦鞋机的运行状态。2.结果：通过这次课题设计完成了具有以上指标功能的基于单片机的自动擦鞋机的设计。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 19 页哈尔滨理工大学课程设计说明书12课程设计心得课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会从事职业工作前一个必不可少的过程。通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天学会认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 19 页哈尔滨理工大学课程设计说明书13参考文献1 魏永广 . 现代传感技术 M. 辽宁：东北大学出版社， 2001 2 罗志增 .机器人感觉与多信息融合M. 北京：机械工业出版社，20026 3 周坚.单片机轻松入门 M. 北京:航空航天大学出版社， 2004，2 4 张毅坤等 .单片微型电脑原理及应用 M. 西安：西安电子科技大学出版社， 1998 5 刘光斌 .单片机系统实用抗干扰技术M. 北京：人民邮电出版社，2003 6 张友德赵志英涂时亮 . 单片微型机原理应用与实验第四版M. 上海：复旦大学出版社， 2005 7 耿德根 .单片机创新开发与机器人制作M. 北京:航空航天大学出版社， 2005，3 8 刘文涛 .单片机语言 C51 典型应用设计 M. 北京:人民邮电出版社，9 张毅刚，谭晓均 .MCS-51 单片机应用设计 M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，10 祁伟.单片机 C51 程序设计教程与实验 M. 北京:航空航天大学出版社，11 陈永甫 . 红外探测与控制电路 M. 北京：人民邮电出版社， 2004 12 熊如贵 .遮挡式红外声光报警装置J.北京： 电子制作杂志社，2006 13 康华光 .电子技术基础模拟部分 M. 北京： 高等教育出版社，2004 14Intel.MCS-51 Family of Single Chip Micr ocomputers Users Manual，1990 15Keil Software.Getting started with u Vision2 and the C51 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 19 页哈尔滨理工大学课程设计说明书14Microsontroller Development Tools，2000 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 19 页哈尔滨理工大学课程设计说明书15附录 1 结构图纸 A4 时放在此附录中，其他均单独打印精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 19 页哈尔滨理工大学课程设计说明书16附录 2 硬件电路图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 19 页哈尔滨理工大学课程设计说明书17附录 3 软件控制程序精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 19 页