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1、西 南 交 通 大 学本科毕业设计（论文）基于 PLC 的点位和平面运动控制实验装置的研究年 级: 2004 级学 号: 20041442姓 名: 冯刘中专 业: 机械设计制造及其自动化指导老师: 肖世德2008 年 6院 系 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 2004 级 姓 名 冯刘中 题 目 基于 PLC 的点位和平面运动控制实验装置研究 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章)年 月 毕业设计（论文）任务书班 级 机械(茅班)2004-01 班 学生姓名 冯刘中 学 号 20041442 发题日期： 2
2、008 年 3 月 5 日 完成日期： 2008 年 6 月 10 日题 目 基于 PLC 的点位和平面运动控制实验装置研究 1、本论文的目的、意义 独立设计并制作基于 PLC 的点位与平面运动控制装置。具体实现方式是设计智能小车，通过与上位机的串口通信和无线遥控，实现点位与平面运动。智能小车设计的过程中，第一，建立小车运动模型，包括轨迹模型、车体模型和行走模型；第二，对小车的模型进行相应的数学分析和推导。第三，根据建立的数学模型和控制要求，设计小车的控制算法。第四，基于控制算法进行编程。最后，结合电路硬件与机械结构将小车的模型完成。通过对小车的模型建立与分析，提高了分析问题和解决问题的能力；
3、通过编程控制，加深了对 PLC 的了解与掌握；通过实物模型的制作，加深了对机械设计、电路制作的了解，达到对机械电子的更深的学习。 2、学生应完成的任务 关于智能小车的调研与资料收集 总体方案的设计 智能小车的机械部分设计与加工 直流电动机驱动电路的设计与调试 PLC 控制系统的硬件接线及软件程序设计、调试 PLC 控制流程图 直流电机驱动芯片电路图 PLC 外围硬件接线图 外文资料翻译 设计、计算说明书 3、论文各部分内容及时间分配：（共 12 周）第一部分 实习 (1 周) 第二部分 收集资料、进行市场调查、完成总体设计 (3 周) 第三部分 进行详细方案设计、完成控制系统、电路板的调试及机
4、械零件的加工 (4 周)第四部分 完成智能小车总装及功能调试 (2 周) 第五部分 外文翻译以及设计说明书 (2 周)评阅及答辩 ( 周)备 注 指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日摘要智能小车是近几年社会关注的一个热点，也是汽车发展的趋势。它跨越多个学科，包括机械、电子、无线通信、计算机自动控制和人工智能等，是多学科交叉领域。智能汽车涉及的技术难点很多，运动控制是其中之一。论文首先通过市场调研，对智能小车的运动控制功能作一些简化，建立相应的机械模型。结合设计要求和实际的路径模型，对运动模型进行了相应的研究，对建立的运动模型进行了数学分析推导。然后根据建立的运动模型及其数学模型，设计
5、运动控制的算法，主要控制对象是速度与行程。在运动控制算法的研究设计中，主要设计了串口数据处理算法、速度半闭环控制算法、行程半闭环控制算法等。最后研制出了智能小车的实物模型。它采用后轮双驱动的模式，即由双直流电机分别驱动两个后轮，前轮为两个万向轮。操作控制的方式有两种：一是计算机串口，二是无线遥控器。智能小车还具有一定的避障能力，遇到障碍物会立刻停止运动，并发出警示声音。运动的状态有相关的 LED 灯指示，转弯、停止等 LED 灯均有不同有输出。智能小车运动控制的核心是两个电机的速度与方向控制。论文进行的主要工作有：建立和分析了智能小车的运动模型，基于运动模型与串口控制和无线遥控的要求，设计了相
6、应的运动控制算法。这对于移动机器人的运动控制、智能汽车的运动控制等，具有一定的参考价值。关键词：智能小车 PLC 运动控制 直流电机 传感器AbstractKey word: 第一章 绪论11 问题的提出自从 19 世纪汽车被发明出来以后,这个世界便开始被它深刻地影响。1913 年福特汽车公司首次推出了流水装配线的大量作业方式，使汽车成本大跌，汽车的价格由此低廉。从此汽车开始走向平民百姓的生活，走向这个世界的每一个角落。在我国，汽车发展相对世界是落后的。但自从改革开放以后，也取得了巨大的发展。随着经济的高速发展，我国居民的汽车拥有量也在急剧地变化着（见表1.1）表 1-1 我国居民汽车拥有量统
7、计数据年份 1985 1990 1995 1998 1999 2000民有汽车保有量（万辆） 32112 55136 104000 131930 145294 160891私人汽车拥有量（万辆） 2849 8162 24996 42365 53388 62533民有 3 03 48 86 106 115 127每千人辆数（辆） 私人 03 07 21 34 42 49近年来，随着经济的快速发展和人民生活水平的提高，我国机动车保有量持续快速增长。建设部提供的统计数据显示，我国私人汽车拥有量年均增速在 20%左右，大大快于经济增速。其中私人汽车拥有量增速明显。截止到 2007 年 6 月，全国汽车
8、保有量达 5356 万辆，其中，私人汽车达 3239 万辆。随着道路上汽车数量的增多，一系列的问题开始出现。第一、交通事故频繁发生。近来来，交通事故发生越来越频繁。表 1-2 是 2000 年-2006 年全国道路交通事故统计表。表 1-2 2000 年-2006 年全国道路交通事故统计表年份 汽车驾驶员人数（人）事故次数（次）死亡人数（人）受伤人数（人）直接经济损失（万元）2000 37465123 616971 83853 418721 2668902001 44626768 754919 105930 546485 3087872002 48270803 773137 109381 56
9、2074 3324382003 53680656 667507 104372 494174 3369142004 71016414 567753 99217 451810 2774782005 80177560 450254 98738 469911 1884012006 93172381 378781 89455 431139 148956巨大的的人员伤亡和经济损失，已经一次次地向世人提出醒示。第二、交通的拥挤。被称为“汽车王国”的美国面对着越来越严重的交通堵塞问题，每年的经济损失高达 1000 亿美元。截止 2003 年，美国 85 个主要城市因交通堵塞每年的经济损失高达 630 亿美元，
10、间接经济损失更是接近 1000 亿美元。交通堵塞使美国人每年浪费的时间达 37 亿小时，人均每年因交通高峰期浪费的时间自 1982 年以来已从 16 小时增加到 47 小时；浪费的汽油达 23 亿加仑。交通堵塞造成汽车尾气排放量增加，环境受到进一步破坏。不仅如此，严重的堵塞可能造成驾车人和乘客的烦躁不安和心理失衡，以至增加交通事故，而且车辆和路面的损耗也明显增大。由此可见，交通堵塞不仅仅是经济问题，还是个社会问题。第三、人性化发展的要求在科学技术和社会经济飞速发展的今天，人们对这个社会的生活及相关的服务提出了更高的要求。到目前为止，开汽车还是一件非常辛苦劳累的事情。很多交通事故就是由于驾驶员过
11、度的疲劳引起的。人还有很多情况是不宜或者是不能开车的，比如：酒后、用药后等。对于一些残疾人，比如盲人等，到目前为止是不可能驾车的。即使是健康的上了一定年龄的老人，驾车也是非常危险的事情。这就给人们的生活带来了极大的不便。如何较好地解决世界各国现在的交通问题，已经成为诸多专家关注的问题。目前，越来越多的国家求助于智能交通系统（ITS） ，希望通过对汽车、道路以及管理手段等涉及人、车、路各个方面的智能化来构建安全、高效、现代化的交通系统，以满足人们的出行和安全要求。智能交通系统是利用先进的信息通讯技术，使人、车、路三者整体化，在辅以先进的管理手段，从而大大改善交通安全性，提高行车舒适性，加快运输效
12、率以及兼顾环境保护的道路交通综合系统。一般可以划分为如下 6 大子系统：先进的交通管理系统（ATMS） 、先进的交通信息系统（A T I S） 、先进的车辆控制系统（AVCS） 、商用车辆系统（CVO） 、先进的公交系统（APTS） 、农区交通系统(RTS)。智能交通系统涉及的方面很多，其中实现车辆的自动驾驶就是汽车智能化的一个重要标志，因此这一问题一直是各国专家研究的重点问题1。 12 国内外的研究状况121 智能汽车的定义“智能汽车”是一个定义不明确的概念。其“智能”的类型和程度上也有很大的不同。广义上的智能汽车指带有智能技术的汽车。最常见的有车载 GPS 技术。GPS（Global Positioning System）汽车卫星导航系统这项在国外发达城市逐渐被普及的技术，如今开始在中国悄然展露。 “安全、轻松、快捷、精准、时尚”的先进实用型车载 GPS 导航系统带来了全新的驾驶理念，成熟的 GPS 技术大幅提升了汽车的智能化水平4。GPS 准确的定位导航技术配合 GPS 接收设备和车载导航系统内置详尽的地面将有信息图来实现导航及定位功能。深圳易凯数码有限公司在多家科研机构会同国家GPS 工程技术研究
