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1、南京机电职业技术学院毕 业 设 计（论 文）题目系部 电气自动化专业机电一体化姓名 潘乔翔学号指导教师蒋雯2013 年 4 月 23 日智能机器人小车摘要智能作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模 式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的 或是更高的目标。本设计主要体现多功能小车的智能模式，设计中的理论方案、 分析方法及特色与创新点有一定的参考意义。同时小车可以作为玩具的发展对 象，为中国玩具市场技术含量的缺乏进行一定的弥补，实现经济收益，形成商业 价值。整个小车平台主要以51 单片机为控制核心，通过自动控制实现前进停止行 驶；通过红外线传
2、感器,实现小车的自适应巡航、避障等功能。设计采用对比选择，模块独立，综合处理的研究方法。通过翻阅大量的相关 文献资料，分析整理出有关信息，在此基础上列出不同的解决方案，结合实际情 况对比方案优劣选出最优方案进行设计。最后将各个调试成功的模块结合到小车 的车体上，结合程序，通过单片机的控制，将各模块有效整合在一起，达到所预 期的目标，完成最终设计与制作，能使小车在一定的环境中智能化运转。关键词：智能，红外线传感器，自动寻迹，AbstractSmart as a new product of modern society, is the future development direction,
3、he can follow the pattern set in advance in a specific environment where automatic operation, without human management, can achieve the expected higher goal. Mainly reflected a smart-car model of the design scheme, design theory, the analysis has certain reference significance and characteristic and
4、 innovation. This car can be used as a toy development object, as the lack of technical content in the Chinese toy market must make up, to realize economic profit, the formation of commercial value.The whole car platform mainly by 51 single chip microcomputer as control core, through the realization
5、 of stops running automatic control; through the infrared sensor, trolley achieve adaptive cruise, functions such as obstaele avoidance.The design uses a comparativeselection, module independent,comprehensive treatment of research methods. Through a large number of relevant literature, analysis of s
6、orting out the relevant information, list of different solutions on the basis of this, combined with the actual situation of contrast and choose the best scheme to design. Finally, the various debugging module to the body of the car, with the program, through the MCU control, each module effectively
7、 integrate together, achieve the desired objectives, the final design and production, can make the car intelligent operation in the environment.Keywords: intelligent, infrared sensor, automatic tracing,目录摘要2Abstract 3第一章 绪论 51.2 课题的目的和意义 5第二章 系统方案比较与论证 62.1 车体设计 62.2 控制器模块72.3 电源模块72.4 寻迹传感器模块 82.5
8、电机模块82.6 电机驱动模块 92.7 直流调速系统 92.8 检测放大器方案 102.9 最终方案 11第三章 硬件实现及单元电路设计 123.1 系统总体设计框图 123.2 微控制器模块的设计 123.3 光电对管电路的设计 133.4 单片机控制模块 143.5 时钟电路 153.6 复位电路 153.7 红外对管寻迹模块 16第四章 软件设计 184.1 程序设计总体思路 184.2 小车状态定义184.3 程序主函数流程图 204.4 模糊控制算法 214.4.1 模糊理论的发展 214.4.2 模糊控制算法原理 214.4.3 智能小车中的模糊控制算法 224.5 软件抗干扰技
9、术 22第五章 结束语 26第六章 结论与展望 29参考文献30第一章 绪论1.1 课题背景随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子 大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重 视该题目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的，指 导教师已经有充分的准备。本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。设计的 智能电动小车应该能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障 功能，可程控行驶速度、准确定位停车。1.2 课题的目的和意义在现有玩具电动车的基础上，加装光电红外传感器实现对电动车的实时检测 和调节，然后由单片机根据
10、所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度 高，可满足对系统的各项要求。本设计采用 MCS-51 系列中的 STC12C5410AD 单片机。以 STC12C5410AD 为控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍， 控制电动小汽车的自动避障，快慢速行驶，以及自动停车，并可以自动记录时间、 里程和速度，自动寻迹和寻光功能。 STC12C5410AD 是一款八位单片机，它的 易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。它是第三代单片机的代表。第三代单片机包括了 Intel公司发展MCS-51系列的新一代产品，如8xC152 、80C5
11、1FA/FB、80C51GA/GB、8xC451、8 x C452，还包括了 Philips、Siemens 、ADM、Fujutsu、OKI、Harria-Metra、ATMEL 等公司以 80C51 为核心推出的 大量各具特色、与80C51兼容的单片机。新一代的单片机的最主要的技术特点 是向外部接口电路扩展，以实现Microcomputer完善的控制功能为己任，将一些 外部接口功能单元如A/D、PWM、PCA（可编程计数器阵列）、WDT（监视定时器） 、高速I/O 口、计数器的捕获/比较逻辑等。这一代单片机中，在总线方面最重 要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线，为单片机应用系统设计提
12、供了更 加灵活的方式。 Philips 公司还为这一代单片机 80C51 系列 8xC592 单片机引入 了具有较强功能的设备间网络系统总线CAN（Controller Area Network BUS）.本设计就采用了比较先进的STC12C5410AD为控制核心，STC12C5410AD 采用 CHOMS 工艺，功耗很低。该设计具有实际意义，可以应用于考古、机器人、 医疗器械等许多方面。尤其是在足球机器人研究方面具有很好的发展前景；在考 古方面也应用到了超声波传感器进行检测。所以本设计与实际相结合，现实意义 很强。第二章 系统方案比较与论证根据设计要求，本系统主要由控制器模块、电源模块、寻迹
13、传感器模块、直 流电机及其驱动模块、电压比较模块等模块构成。为较好的实现各模块的功能，我们分别设计了几种方案并分别进行了论证。2.1 车体设计方案 1 ：购买玩具电动车。购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电 机及其驱动电路。但是一般的说来，玩具电动车具有如下缺点：首先，这种玩具 电动车由于装配紧凑，使得各种所需传感器的安装十分不方便。其次，这种电动 车一般都是前轮转向后轮驱动，不能适应该题目的方格地图，不能方便迅速的实 现原地保持坐标转90度甚至180度的弯角。再次，玩具电动车的电机多为玩具 直流电机，力矩小，空载转速快，负载性能差，不易调速。而且这种电动车一般 都价格不菲。因此我们放弃
14、了此方案。方案2：自己制作电动车。经过反复考虑论证，我们制定了左右两轮分别驱 动，后万向轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流 电机进行驱动，车体尾部装一个万向轮。这样，当两个直流电机转向相反同时转 速相同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松的实现小车坐标不变的 90度和180度的转弯。在安装时我们保证两个驱动电机同轴。当小车前进时，左右两驱动轮与后万 向轮形成了三点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳，可以避免出现后轮 过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心的偏移，后万向轮 起支撑作用。对于车架材料的选择，我们经过比较选择了有机玻璃。用有机玻璃做
15、的车架 比塑料车架更加牢固，比铁制小车更轻便，美观。综上考虑，我们选择了方案2。小车底盘如图2所示:图2车体底盘图2.2控制器模块方案1：采用可编程逻辑期间CPLD 作为控制器CPLD可以实现各种复 杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、10资源丰富、易于进行 功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模 控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要 求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑我们放弃了此方案。方案2：采用intel公司的AT89s52单片机作为主控制器。AT89s52是一个低 功耗，高性能的8位单片机，片内含32k空间的可反复擦些100,000次的Flash 只读存储器，具有2Kbytes的随机存取数据存储器（RAM），32个IO 口，2个8 位可编程定时计数器，1个16位可编程定时计数器，四通道PWM,内置8路 10位ADC。且maga系列的单片机可以在线编程、调试，方便地实现程序的下 载与整机的调试。从方便使用的角度考虑，我们选择了方案2。2.3电源模块由于本系统需要电池供电，我们考虑了如下集中方案为系统供电。方案1：采用2节3.7V干电池供电，电压达到7.5V，经7805稳压后给支 流电机供电，然后将7.5V电压再次降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。 但干电池电量有限，使用
