摘 要
本论文介绍了基于STC89C51单片机的自动转向修复系统的设计与实现。随着智能化技术的发展，自动转向修复系统在提高驾驶安全性和舒适性方面发挥着越来越重要的作用。本系统利用STC89C51单片机作为核心控制器，集成了LCD1602显示屏、HMC5883L磁阻传感器、AT24C02存储芯片等多个模块，实现了对车辆方向的智能修正与控制。系统通过磁阻传感器获取地磁信息，并依此调整舵机，以修正车辆偏离预设轨迹的情况。设计还考虑了用户交互和数据存储，保障了系统的友好性和可靠性。经过详尽的软硬件设计与功能测试，本系统展现了良好的稳定性和实用性，对教育和智能驾驶辅助系统的研究具有一定的参考价值。
关键词：自动转向修复系统；STC89C51单片机；磁阻传感器
第二章 总体方案及其模块选型
2.1 设计思想及基本功能
2.1.1 设计思想
模块化设计：
系统采用模块化的设计方法，使得输入和输出设备能够根据需求进行灵活配置和扩展。
中心化处理：
所有的数据处理和控制逻辑都由中央处理器（STC89C51单片机）执行，保证了系统操作的一致性和同步。
实时性能：
设计考虑到了实时响应的需求，确保系统能够快速响应输入信号，并及时调整输出。
可靠性与稳定性：
系统设计时重视可靠性和稳定性，采用了保护和冗余机制，以应对可能的硬件故障或外部干扰。
用户交互：
提供了用户界面，允许用户进行操作设置，增加了系统的互动性和易用性。
2.1.2 基本功能
信息采集：
通过传感器模块收集环境和设备状态信息，如转向角度、设定阈值等。
指令输入：
接受用户通过按键或界面输入的命令，如阈值调整等。
数据处理：
单片机接收输入信号并处理，执行预设的程序逻辑，对输入数据进行分析和计算。
执行控制：
控制输出到执行器模块，如电机控制转向系统，根据处理后的数据进行物理操作。
状态反馈：
将系统状态和操作结果反馈给用户，可能通过液晶显示屏或其他指示设备展示。
电源管理：
管理系统的电源供应，确保各个部件都能在适当的电压和电流下稳定工作。
该设计提供了一个基于STC89C51单片机的在自动转向控制系统，可以通过精确控制转向机构的舵机来调整方向，同时监控系统的状态并提供实时反馈给使用者。
图2-1 系统框图
2.4 显示模块选择
方案一：采用LCD1602，它是一种流行的字符型液晶显示屏，其中"1602"表示它可以显示1行共16个字符的2行文本。这种显示器具有简单的接口，通常使用并行接口与控制器通信，能够显示数字、字母和有限的符号。由于其简洁的显示能力和低功耗特性，LCD1602广泛用于需要基本文本输出的设备中，如计时器、计数器和其他基本的用户界面[4]。它的优点包括易于编程、成本效益高以及对环境光依赖小，可在不同光照条件下清晰显示信息。
方案二：采用液晶显示屏（OLED），OLED显示屏提供了出色的色彩和对比度，以及宽广的视角，但它们也存在一些缺点，特别是相对较短的使用寿命，尤其是蓝光OLED素材容易衰减；此外，长时间显示静态图像可能导致烧屏问题，即永久性的影像残留；而且，OLED屏幕在高亮度下的能耗较高，也使得它们在大尺寸应用时成本较高。
虽然OLED显示屏显示效果好，但是LCD1602成本效益高，且在本次设计中，LCD1602显示屏已经能够满足设计要求，且具有更低的功耗和稳定性，适应复杂环境下的工作需求。如果采用其他显示屏技术，将导致资源浪费和设计成本上涨，与本次设计的目标不符。实物如图2-4所示。
图2-4 LCD1602实物图
2.5 定向模块选型
方案一：QMC5883L传感器，QMC5883L传感器是一款经济型三轴磁阻传感器，常被用作更昂贵传感器如HMC5883L的替代品。虽然它具有成本效益高和易于集成等优点，QMC5883L的性能在几个关键方面存在显著不足。它的测量精度和分辨率较低，这在需要精确定位和方向测定的应用中可能导致问题。QMC5883L对温度变化和环境噪声的敏感性较高，这降低了其在动态或极端环境条件下的可靠性。此外，该传感器在处理高速信号时的响应时间较慢，可能不适合快速动态跟踪系统。这些缺点使得QMC5883L虽然在成本敏感型项目中有其用武之地，但在性能要求较高的专业应用中可能不是最佳选择。
方案二：磁阻传感器HMC5883L，磁阻传感器HMC5883L是一款广泛应用于各种导航系统中的三轴数字罗盘传感器，它提供高精度和高分辨率，能够实现1到2度的测量精度和0.92毫高斯的分辨率，这使得它在需要精确方向数据的应用（如无人机和手机导航）中表现卓越[5]。HMC5883L具有较低的功耗，这对于便携式设备尤其重要，因为它有助于延长电池寿命。它还支持I2C接口，简化了与其他微控制器的集成过程。尽管它对温度变化和周围磁场的干扰较敏感，但其优异的性能和便捷的特性使它成为当前市场上非常受欢迎的选择。
经过多方面比较，综合设计定向需求，最终选择方案二。实物如图2-5所示。
图2-5 磁阻传感器HMC5883L实物图
第三章 硬件分析与设计
3.1 最小系统设计
3.1.1 单片机最小系统
图3-1 单片机最小系统
单片机、复位控制电路和晶振三个部分共同工作组成了一个基于单片机的最小系统图3-1所示。单片机简单的说就是一种集成电路芯：STC89C51芯片的直流电压最大数值为5.5伏；最小为4.5伏；因此，通常选择5伏的直流电压作为其工作电压。
在启动单片机的过程中，需要使用复位电路完成工作状态的确定。图3-5所示单片机构成的数字时钟电路比传统数字时钟电路需要的元器件少得多,电路结构简单[4]，复位信号会在电源接通后立即产生，实现工作状态的初始化。
3.1.2 晶振电路
该集成电路元件中的晶体振荡器是一种石英晶体振荡器。因为石英晶体振荡器本身就具有良好的内部频率驱动稳定性和能够抵御外部条件干扰,所以目前石英晶体振荡器被广泛应用于控制产生各种参考频率[8]。电路中频率的精度由参考频率控制。同时它还在正常工作中产生振荡电流，并向微控制器输出一个时钟信号。
单片机的晶振电路如图3-2所示。
图3-2 单片机晶振电路图
第四章 程序设计
4.1 编程语言的选择
本设计软件部分可以选择汇编语言或c语言编写。
汇编语言是一种底层的编程语言，汇编语言几乎直接对应于机器代码指令，这些指令由计算机的处理器直接执行[11]。
c语言是一种结构化语言，可以分模块编写程序，这对于调试程序非常有用。
基于模块化编程需求选择使用c语言作为编程语言。
4.1.1 系统语言开发环境
使用keil软件进行编程，功能多也有丰富的函数库，包含着编辑、编译、连接、调试和仿真一整套流程。使用keil编写c语言程序在结构和可读性上有优势[12]。
4.2 主程序设计
在设计软件系统的过程中采用了以下几个组成部分，包括了步进电机控制和报警程序，主程序的流程图如图4-1所示。
图4-1 主程序流程图
大致工作流程：当主程序启动时，磁阻传感器收集信息，显示屏显示信息，可按键设置方向范围，也可使用默认值，单片机判断当方向，若在范围内则循环检测，若不在控制舵机转动回正，其中，数据会被存储，掉电不丢失。不断循环此过程从而修正方向[13]。
第五章 功能测试
5.1 硬件调试
本设计中，进行硬件电路的调试是非常重要的一步。调试的过程中需要检查电路中是否存在接触不良、元器件虚焊、断路、短路等问题，同时也需要检查电路设计是否存在问题和元器件是否完好。调试时使用的主要工具是万用表，可用于测量电阻、电容、电流、电压等参数[14]。
焊接出错时，使用吸锡枪或者焊锡来解决虚焊问题。对于电路断路或短路的问题，可以飞线或者锡将电路连接起来。然而，需要注意的是，解决问题的方法必须确保电路的稳定性和可靠性，不能对电路进行不必要的破坏或改变。
在调试过程中，需要检查电路各部分的工作状态和性能表现，以便发现问题和优化电路。同时，在优化和改进电路之后，还需要重新进行性能评估，以确保电路的性能和稳定性符合设计要求[15]。
5.2 软件调试
本设计在keil软件上使用c语言编程。它能更好的对代码进行测试和修改。
程序调试期间遇到的BUG均可在电子社区找到解决方法，例如keil5 编译时总是警告一些不必要的问题，通过社区找到解决方法：project > options for target>user选项卡最下面有个beep when compelet去掉钩就行了。
通过不断学习，本人更加熟练的使用该程序，从而非常成功的对整个程序进行编译和烧写录入。
编译过程如下图所示：
图5-1 keil编译图
5.3 功能测试
图5-3实物上电运行图
如图5-3，通过显示屏可以看到当前方向角度信息和设定范围。
图5-4按键设置范围图
文章底部可以获取博主的联系方式，获取源码、查看详细的视频演示，或者了解其他版本的信息。
所有项目都经过了严格的测试和完善。对于本系统，我们提供全方位的支持，包括修改时间和标题，以及完整的安装、部署、运行和调试服务，确保系统能在你的电脑上顺利运行。
