智能小車畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))</b></p><p><b>　　題目：智能小車</b></p><p>　　姓名： 學(xué)號(hào)： </p><p>　　系別： 信息與設(shè)計(jì)系 專業(yè)： 電子信息工程技術(shù)</p><p>　　班級(jí)：

2、 電信0931班 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2011年 10 月 28 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘 要…………………………………………………………………………3</p>

3、<p>　　第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)概述</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)概述………………………………………………………………3</p><p>　　1.2 主要功能……………………………………………………………………4</p><p>　　1.3 說明…………………………………………………………………………4</p><p>&l

4、t;b>　　第二章 方案選擇</b></p><p>　　2.1 車體設(shè)計(jì)……………………………………………………………………5</p><p>　　2.2 電源模塊……………………………………………………………………5 </p><p>　　2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊………………………………………………………………5</p><p

5、>　　2.4 尋跡傳感器模塊……………………………………………………………6</p><p>　　2.5 避障傳感器模塊……………………………………………………………6</p><p>　　2.6 總體設(shè)計(jì)方案………………………………………………………………6</p><p><b>　　第三章 硬件設(shè)計(jì)</b></p>&

6、lt;p>　　3.1 電源模塊……………………………………………………………………7</p><p>　　3.2 驅(qū)動(dòng)模塊……………………………………………………………………7</p><p>　　3.3 循跡模塊……………………………………………………………………8</p><p>　　3.4 避障模塊……………………………………………………………………8&

7、lt;/p><p>　　3.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)……………………………………………………………9</p><p>　　3.6 蜂鳴器………………………………………………………………………9</p><p>　　3.7 液晶顯示……………………………………………………………………10</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p>&

8、lt;p>　　4.1系統(tǒng)軟件流程圖……………………………………………………………10</p><p>　　第五章 制作安裝與調(diào)試</p><p>　　5.1 PCB的設(shè)計(jì)制作與安裝……………………………………………………12</p><p>　　5.2 小車調(diào)試……………………………………………………………………12</p><p>　

9、　總 結(jié)…………………………………………………………………………12</p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………12</p><p>　　致 謝…………………………………………………………………………13</p><p>　　摘要：本設(shè)計(jì)制作的智能小車系統(tǒng)以越野玩具車為車架主體，以STC89C52單片機(jī)為控制核心

10、，再配置直流電機(jī)、光電傳感器、光電開關(guān)以及電源等構(gòu)成。系統(tǒng)中，STC89C52通過IO口控制小車的循跡以及避障；尋跡由TRCT5000型光電對(duì)管完成；避障由E3F-DS30C4光電開關(guān)完成。另外本系統(tǒng)還設(shè)有顯示功能，可以進(jìn)行行程設(shè)計(jì)，將該車當(dāng)前的行程總時(shí)間送給顯示臺(tái)，顯示臺(tái)由1602液晶屏進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示。</p><p>　　關(guān)鍵詞：智能小車 STC89C52 單片機(jī) 直流電機(jī) 紅外對(duì)管 光電開關(guān)

11、 L298</p><p>　　第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)概述</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)概述</p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)劃設(shè)計(jì)一臺(tái)智能電動(dòng)小車，行進(jìn)路線如圖： </p><p>　　注：圖中標(biāo)示數(shù)值單位：米；實(shí)線為擋板。</p><p><b>　　1.2 主要功能</b></p&

12、gt;<p>　?。?）從起跑線A出發(fā)，沿軌跡至B，最后經(jīng)C到達(dá)停止線D，總時(shí)間盡量在90秒內(nèi)完成，并能實(shí)時(shí)顯示時(shí)間。</p><p>　?。?）行進(jìn)過程共分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)區(qū)。到Ⅱ區(qū)入口處B點(diǎn)，停留5秒，并能發(fā)出斷續(xù)聲光報(bào)警。</p><p>　?。?）到停止線D，小車車身中心點(diǎn)（車底中心）對(duì)準(zhǔn)停止線，誤差控制在±2cm，并能發(fā)出斷續(xù)聲光報(bào)警。</p>

13、<p>　?。?）能實(shí)時(shí)記錄并顯示行駛路程。</p><p>　?。?）行駛過程中不碰壁。</p><p><b>　　1.3 說明</b></p><p>　　1. 小車行進(jìn)過程全部地面為白色制圖紙。</p><p>　　2. Ⅱ、Ⅲ區(qū)四周均為粘貼白紙的擋板，擋板為細(xì)木工或密度板制成，尺寸如圖。虛線包圍的

14、為Ⅰ區(qū)，無擋板。</p><p>　　3. 起跑線A，軌跡AB，停止線D為2cm寬的黑線，用黑色膠帶做成。</p><p>　　4. 電動(dòng)小車用玩具車改裝。 </p><p>　　5. Ⅲ區(qū)入口處設(shè)在中心線的左側(cè)。</p><p><b>　　第二章 方案選擇</b></p><p>　　根據(jù)題目

15、要求，本系統(tǒng)主要由微控制器模塊、電源模塊、尋跡傳感器模塊、避障傳感器模塊、直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊、行時(shí)計(jì)算模塊、聲光報(bào)警模塊、液晶顯示模塊等構(gòu)成，如圖1所示：</p><p>　　圖1 系統(tǒng)模塊構(gòu)成示意圖</p><p><b>　　2.1 車體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)對(duì)越野玩具車的小型電動(dòng)車進(jìn)行適當(dāng)改裝，得到所需電動(dòng)車。小車前

16、后各一個(gè)直流電機(jī)，前面一個(gè)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制小車的轉(zhuǎn)向，后面一個(gè)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制小車的前進(jìn)和后退。車輪用齒輪進(jìn)行鏈接，力矩大，讓小車反應(yīng)更加靈敏，而且可以減少由于地面光滑而引起的打滑。</p><p>　　2.2 電源模塊 </p><p>　　由于系統(tǒng)需要電池供電，本設(shè)計(jì)用8節(jié)1.5V聚能環(huán)南孚電池直接為直流電機(jī)和光電開關(guān)單獨(dú)供電，再用6節(jié)可充電式鎳電池給單片機(jī)系統(tǒng)和傳感器以及其它模塊供

17、電。此種供電方式，使得各模塊工作互不影響，同時(shí)穩(wěn)定、耐用，很好滿足系統(tǒng)要求。</p><p>　　2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊</p><p>　　采用專用芯片L298作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。L298N是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它相應(yīng)頻率高，一片L298N可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。</p><p&g

18、t;　　2.4尋跡傳感器模塊</p><p>　　用紅外發(fā)射和接收一體管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測出黑線繼而輸出高電平。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器就能夠滿足題目要求。</p><p>　　2.5 避障傳感器模塊</p><p>

19、　　使用三只E3F-DS30C4光電開關(guān)，分別探測正前方，右側(cè)，左側(cè)障礙物信息，在特殊地形（如障礙物密集地形）可將正前方的光電開關(guān)移置后方進(jìn)行探測。E3F-DS30C4光電開關(guān)平均有效探測距離0~30cm可調(diào)，且抗外界背景光干擾能力強(qiáng)，可在日光下正常工作。</p><p>　　2.6 總體設(shè)計(jì)方案：</p><p>　　采用STC89C52單片機(jī)作為主控制器。</p><

20、;p>　　車體使用越野車車架。</p><p>　　用8節(jié)聚能環(huán)南孚電池為直流電機(jī)和光電開關(guān)供電，用6節(jié)可充電式鎳電池為單片機(jī)、傳感器模塊、提示模塊及其它模塊供電。</p><p>　　用紅外發(fā)射和接收一體管尋跡傳感器光電對(duì)管TCRT5000進(jìn)行尋跡。</p><p>　　用光電開關(guān)E3F-DS30C4進(jìn)行障礙物信息采集。</p><p&g

21、t;　　詳細(xì)的系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)框圖，如圖2所示：</p><p>　　圖2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　第三章 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1.電源模塊</b></p><p>　　電源模塊使用的LM7809和LM7805 兩片穩(wěn)壓芯片分別作為動(dòng)力供電和邏輯

22、供電。在電源模塊制作中，由于使用電池供電，輸入電壓幾乎是完美直線，所以省去了輸入部分的濾波電容，而經(jīng)過開關(guān)芯片穩(wěn)壓后的電壓帶有較高的雜波，故而加大了輸出濾波電容。由于本次電機(jī)為9V電機(jī)，所以選用LM7809來做電力供電電源而LM7805 是輸出固定5V的芯片所以用其來為單片機(jī)和其他的芯片供電，這兩種芯片都是最經(jīng)典的三端線性穩(wěn)壓芯片，具有較好的線性穩(wěn)壓效果，外圍電路十分簡單，所以在本次設(shè)計(jì)中選為邏輯供電穩(wěn)壓芯片。為了得到理想的電壓，在輸出

23、端用大的濾波電容和小電容并聯(lián)的方式進(jìn)行整波。經(jīng)測試，完全符合電氣性能以及各項(xiàng)指標(biāo)。電路圖如下圖所示：</p><p><b>　　3.2．驅(qū)動(dòng)模塊</b></p><p>　　驅(qū)動(dòng)部分采用的是L298 芯片，該芯片是專門的雙全橋步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，也可以作為兩個(gè)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。該芯片有較強(qiáng)的的驅(qū)動(dòng)能力，可驅(qū)動(dòng)2A 的步進(jìn)電機(jī)或兩個(gè)1A 的直流電機(jī)。芯片上的的ENA 與E

24、NB 為高電平時(shí)有效，只有當(dāng)ENA 與ENB 為高電平時(shí)，電機(jī)才旋轉(zhuǎn)，否則電機(jī)不轉(zhuǎn)，這里的電平指的是TTL 電平。ENA 為IN1 和IN2 的使能端，ENB 為IN3 和IN4 的使能端。當(dāng)ENA=1，IN1=1 INT2=0 時(shí)電機(jī)1 正轉(zhuǎn)，ENA=1，IN1=0 IN2=1 電機(jī)1 反轉(zhuǎn)。同理，當(dāng)ENB=1，IN1=3 INT4=0 電機(jī)2 正轉(zhuǎn)，ENB=1，IN3=0 IN4=1 電機(jī)2 反轉(zhuǎn)。OUT1、OUT2 接電機(jī)1，OU

25、T3、OUT4 接電機(jī)2。L298 的應(yīng)用電路圖如下所示：</p><p><b>　　3.3．循跡模塊</b></p><p>　　小車共放置5個(gè)光電傳感器來采集路面信息。這5個(gè)光電傳感器以十字型放置在小車的最中間用于循跡，采集到的信號(hào)通過P1 口傳給單片機(jī)，循跡傳感器采集到的信息經(jīng)LM324 放大整形后后傳送給單片機(jī)，最終達(dá)到控制小車循跡的目的。因每個(gè)光電傳感器的

26、信號(hào)處理過程相同，其電路圖如下：</p><p>　　3.4 避障模塊 三個(gè)光電開關(guān)探測前方障礙物， 將光電開關(guān)傳回的非標(biāo)準(zhǔn)的開關(guān)電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成CMOS標(biāo)準(zhǔn)電平（即將0~9V轉(zhuǎn)換成0~5V）。采集到的信號(hào)通過P3 口傳給單片機(jī)。 任務(wù)實(shí)現(xiàn)： 1. 光電開關(guān)發(fā)射出的紅外線在經(jīng)障礙物漫反射后會(huì)由光電開關(guān)再接收到，這會(huì)引起光電開關(guān)傳回的電平的變化。若前方有障礙物，則光電開關(guān)傳回低電平；若前方無障礙物，則光

27、電開關(guān)傳回的是高電平。有電平的變化可以實(shí)現(xiàn)對(duì)前方障礙物的探測。 2. 光電開關(guān)傳回的信號(hào)是非標(biāo)準(zhǔn)的電平信號(hào)，這對(duì)于Mega16芯片是不適用的。因此，我們使用了三個(gè)8050三極管來實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換。由三極管的電氣特性，當(dāng)其基極為低電平時(shí)，即基極——發(fā)射極電壓小于導(dǎo)通壓降，其輸出電平為高電平，在其輸出端有用一個(gè)5K1的電阻上拉，使輸出的高電壓為+5V；而在基極為高電平時(shí)，三極管發(fā)射極正偏，輸出電平為0。這樣輸出電平已經(jīng)轉(zhuǎn)化為CMOS標(biāo)準(zhǔn)電平

28、。不過，這時(shí)傳回到Mega16的電平信號(hào)已經(jīng)和原來光電開關(guān)傳回的信號(hào)高低相反，但這并不影響前方障礙物的探測。 其電路圖如下：</p><p>　　3.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　單片機(jī)采用了STC89C52，該芯片的應(yīng)用電路于其他51 單片機(jī)完全一樣。介于小車各部分功能均為模塊實(shí)現(xiàn)，所以，將單片機(jī)最小系統(tǒng)布局好后，其余各I/O口用排針引出。Stc 單片機(jī)支持串口下載功能，所以省

29、去了調(diào)試時(shí)不住地插拔片子的麻煩，也保證了片子的完好。單片機(jī)引腳分布圖及最小系統(tǒng)圖如下：</p><p><b>　　3.6 蜂鳴器</b></p><p>　　蜂鳴器用于小車位置指示，用三極管驅(qū)動(dòng)，由單片機(jī)P2.0 口控制，小車到站后，單片機(jī)給蜂鳴器一個(gè)方波信號(hào)，蜂鳴器鳴叫提示。電路圖如下：</p><p><b>　　3.7 液晶顯

30、示</b></p><p>　　液晶由單片機(jī)控制，實(shí)時(shí)顯示小車行駛的時(shí)間和路程，由于其內(nèi)部集成了顯示處理模塊，所以外圍電路十分簡單。電路圖如下：</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1系統(tǒng)軟件流程圖</p><p>　　如果硬件結(jié)構(gòu)是智能小車的軀體，那軟件就是小車的靈魂，沒有軟件，小車就無法實(shí)現(xiàn)智能化

31、。一個(gè)好的程序，能讓小車在現(xiàn)有的硬件基礎(chǔ)上，發(fā)揮出其最佳的效果，所以程序的設(shè)計(jì)是很重要的環(huán)節(jié)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的軟件的主程序流程圖如圖所示：</p><p>　　第五章 制作安裝與調(diào)試</p><p>　　5.1 PCB的設(shè)計(jì)制作與安裝</p><p>　　采用DXP2004繪制原理圖與PCB板，布線的過程中必須注意焊盤的大

32、小與銅線的寬度。我選取的焊盤內(nèi)徑為0.8mm,外徑2mm；銅線寬1mm。從做板的情況來看基本達(dá)到制作得要求。采用黑小膠帶將循跡板安裝在車的正底部，主板與電機(jī)驅(qū)動(dòng)安裝在小車頂部。</p><p><b>　　5.2 小車調(diào)試</b></p><p>　　通過改變循跡板滑動(dòng)變阻器器的大小來調(diào)試紅外對(duì)管的靈敏度，通過改變延時(shí)程序來改變速度的大小。</p>&l

33、t;p>　　在這個(gè)階段，我們的主要任務(wù)是務(wù)必使車完全達(dá)到任務(wù)的性能指標(biāo)。使各個(gè)模塊之間協(xié)調(diào)可靠，互不影響，按預(yù)計(jì)完成任務(wù)。在調(diào)試的過程中我們才發(fā)現(xiàn)。所有的情況并非是想象中的那么符合常理，每一次的轉(zhuǎn)彎。每一次的位置信息的獲取都是在慢慢的反復(fù)調(diào)試中完成的。我們要對(duì)之前的各種方案進(jìn)行不斷地修改，我們要仔細(xì)分析每一次出錯(cuò)的情況并找出原因所在。一次次地修正程序的漏洞，一步步地完善傳感器的排布情況，一點(diǎn)點(diǎn)地校正小車的行駛軌跡。對(duì)控制算法的每一

34、次優(yōu)化。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，利用了多種傳感器，將軟件和硬件相結(jié)合。本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)如下功能：</p><p>　?。?） 自動(dòng)沿預(yù)設(shè)軌道行駛小車在行駛過程中，能夠自動(dòng)檢測預(yù)先設(shè)好的軌道，實(shí)現(xiàn)直道和弧形軌道的前進(jìn)。若有偏離，能夠自動(dòng)糾正，返回到預(yù)設(shè)軌道上來。</p>

35、;<p>　?。?）當(dāng)小車探測到前進(jìn)前方的障礙物時(shí)，可以自動(dòng)調(diào)整，躲避障礙物，從無障礙區(qū)通過。</p><p>　?。?）自動(dòng)檢測停車線并自動(dòng)停車。</p><p>　　從運(yùn)行情況來看循跡的效果比較好，避障的效果不是很好，我認(rèn)為是由于電源不能穩(wěn)定而是的小車的速度不好控制，這也是我這次設(shè)計(jì)最大的誤區(qū)，沒有選取穩(wěn)定的電源。我相信如果實(shí)驗(yàn)條件和時(shí)間的允許下我肯定能解決這一問題。&l

36、t;/p><p>　　通過本次設(shè)計(jì)我掌握了很多以前不熟練的東西，認(rèn)識(shí)了很多以前不熟悉得東西，使我在人生上又進(jìn)了一步。也認(rèn)識(shí)到很多的不足。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 微機(jī)原理與接口技術(shù) . 王汀. 北京化學(xué)出版社.2004.</p><p>　　[2] 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

37、（第三版）. 何小艇. 浙江大學(xué)出版社.2004.</p><p>　　[3] C語音程序設(shè)計(jì) （第二版）. 譚浩強(qiáng). 清華大學(xué)出版社.2006.</p><p>　　[4] 單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì) 馬忠梅等. 北京航空航天大學(xué)出版社 2007</p><p>　　[5] 模擬電子技術(shù). 胡宴如. 高等教育出版社.2007</p><p&

38、gt;　　[6] 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 楊志忠. 高等教育出版社.2006</p><p>　　[7] 傳感技術(shù)及其應(yīng)用. 謝文和 高等教育出版社.2002</p><p>　　[8] 單片機(jī)C51程序設(shè)計(jì)教程與實(shí)驗(yàn)祁偉等. 北京航空航天大學(xué)出版社.2006</p><p><b>　　致 謝</b></p><p&g