毕业论文自动循迹小车

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1、-毕业论文（设计）题 目 自动循迹小车 院 系 电气与电子信息工程学院 专 业 自动化 年级 2013级 学生* 赖德鹏 学 号 130650108指导教师 田巧玉 . z.-自动循迹小车专业 自动化学生 赖德鹏 指导教师 田巧玉【摘 要】本设计以LDC1000传感器探测金属为基础，以单片机控制技术为核心，实现小车自动探测金属轨道并正常行驶。同时加入前进距离和时间的记录，用户可通过单片机STC15F2K60S2控制传感器根据不同的金属轨道进行参数矫正。小车使用了L298N电机驱动以便于小车可以不通的速度匀速稳定的前进，最终实现集金属探测，实地矫正，参数的设定与数据显示于一身的智能循迹小车。此设

2、计有体积小，功耗低，适用范围广，用户操作界面设计人性化等特点。【关键词】金属探测 参数可调 多功能显示 智能控制Automatic Vehicle Tracking【Abstract】This design is based on the LDC1000 sensor to detect the metal, with the single-chip microputer control technology as the core, to realize the automatic detection of the metal track and normal driving. At the

3、 same time to join the advance distance and time records, the user can be controlled by a single chip microputer STC15F2K60S2 sensor based on different metal track parameters. The car uses a L298N motor drive for the car can get stable speed constant progress, and ultimately set the metal detection,

4、 field correction, intelligent vehicle tracking and data set parameters are displayed in a. This design has the characteristics of small size, low power consumption, wide application range, user-friendly design of user interface, and so on.【Key words】Metal detectionadjustable parametersmultifunction

5、 displayintelligent control. z.-目录绪论11 开发概述11.1 研究现状11.2 选题意义11.3 研究任务21.4 基本要求21.5 本文工作及内容安排22 模块方案论证32.1 概述32.2 模块的论证32.2.1 小车的比较与选择32.2.2 电动机的比较与选择32.2.3 电机驱动芯片的比较与选择32.2.4 传感器的比较与选择42.2.5 处理器芯片的比较与选择42.3 小车功能实现的设计与分析43 硬件部分设计53.1 电机驱动模块53.2 LDC1000传感器模块53.3 电源模块64 软件部分设计64.1 大体思路64.1.1 C语言简介64.1

6、.2 单片机简介64.1.3 基于单片机在循迹小车系统中的应用介绍64.1.4 软件部分总述74.2 电机驱动程序控制84.3 LDC1000传感器模块94.3.1 LDC1000参数的计算94.3.2 确定Rp_Ma*值104.3.2 确定Rp_Min值104.4 PID算法104.5 行驶距离的计算114.6 主函数与中断115 综合测试方法、数据及结果分析115.1 测试方法115.2 测试数据115.3 结果分析126 成果展示12总结13参考文献15附录16致谢24. z.-绪论在当前的环境中，随着科技的进步，智能化车辆或者与智能化车辆相关的产品已经开始作为各式各样自动控制系统中的重

7、要设备之一，这其中主要包括了物流配送或者交通运输等系统。所以，自动化车辆越发地被人们重点关注，同时，也有越来越多的企业和工厂开始对智能车辆踊跃地进行研发和设计。智能化的小车是非常规范地将各个拥有高科技的系统融为一体的成果。不仅是智能化的小车包含了很多拥有高科技的系统，而这样的一个综合体又包含了更加多的高新技术。简单的来讲，智能小车就是将双腿变成了的多个轮子的移动机器人。而这个机器人其中就包括了对环境的探测，对行进路线的计算，以及包括了人类远程进行通信控制甚至是机器人自行地对车体进行控制等多种功能。而智能小车在对比其他的智能机器人时，可以更加平稳的运行，操作也比较简单，整个系统的设计也没有其他的

8、机器人则复杂。另外，由于智能小车的优点就在于控制简便，运行稳定，所以对智能小车的行驶的速度与方向之间的配合就有比较严格的要求。首先，小车可以通过传感器来获取当前道路状况，然后将传感器获取到的数据传输到处理器，处理器再结合小车当前的行驶状态，迅速地进行计算，对小车的行驶的方向和行车的速度进行快速的调整改变，进而对目标道路进行迅速准确的跟踪。1 开发概述1.1 研究现状移动机器人出现于20世纪06年代，当时斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen和charles Rosen等人，在1966年至1972年中研制出了取名shakey的自主式移动机器人，目的是将人工智能技术应用在复杂环境下，完成

9、机器人系统的自主推理、规划和控制1。从此，作为机器人学中的一部分,智能化车辆的数量开始不断的增多。1.2选题意义随着科技的不断发展，人们也越发的开始关注一些研发人工智能产品的情况。智能小车可以在各种条件恶劣的情况下代替人们进行一些复杂的任务，例如排雷防爆，矿区检测，狭窄的地方进行货物搬运等。正是由于这种智能小车设备有非常多的运用前景，所以对智能小车的进行寻迹避障的研究设计就是目前首要的目标，因为小车需要正确的在规定的路线中行进并执行相应的任务。1.3 研究任务本设计是一种以STC15芯片为控制核心的自动寻迹小车系统。L298驱动电路通过单片机产生的PWM波来控制小车速度。利用LDC1000传感

10、器对路面铁丝轨道进行分析检测,并将路面检测到的信号实时反馈给单片机，单片机对采集到的信号予以分析判断,及时控制驱动电机以调整小车转向,从而使小车能够沿着铁丝轨迹自动行驶2。本设计还附带了按键功能，可以对LDC1000阈值及小车的启停等功能进行设置。1.4 基本要求设计并制作一个可以自动循迹的小车。循迹传感器自选，在规定的平面跑道自动按顺时针方向循迹前进，跑道的标示为一根0.9cm左右的细铁丝，用透明胶带将其粘贴在跑道上，跑道尺寸见图1-1，跑完一圈不得超过10分钟，小车运行时必须保持铁丝在车身垂直投影下，实时显示小车运行时间和距离3。图1-1铁丝轨道图1.5本文工作及内容安排第一章讲解了智能小

11、车当前研发的情况，阐明了系统实现的目的和意义，概述了本文的主要工作。第二章主要简单介绍了各个模块的论证方法，对系统有个整体框架。第三章介绍了电机驱动模块、LDC1000传感器模块和电源模块的硬件部分。第四章介绍了软件系统设计，电机驱动程序控制，LDC1000传感器程序控制，PID算法，行驶距离的计算。同时阐述了在主函数与中断中，将各个模块整合的方法。第五章介绍了此设计的最终测试的方法与测试的结果。2模块方案论证2.1概述本设计基于闭环测量、控制的原理，通过传感器实时监控小车的运动状态，然后将检测信号传输到微处理芯片。同时，微处理芯片对所接收到的信号进一步的分析和计算，并产生合适的脉冲宽度调制信

12、号，也就是PWM波。PWM波传输到驱动电路，而直流电机的转动的状态和速度是通过驱动电路接收到的信号进而实现操控的。最后实现小车的前进后退、左右拐弯、自动探寻道路并定位，同时必要信息等功能。2.2模块的论证根据题目设计要求，本设计是小车通过自动循迹的功能来达到跟随金属丝轨道前进的系统。其中系统整体包括小车的设计，电动机驱动模块，金属传感器模块，处理芯片模块，运行距离计算模块，按键模块，显示模块以及电源模块。2.2.1小车的比较与选择根据设计要求，小车需要通过多个弯道，对车辆的平衡性，稳定性有较高的要求，采用两轮驱动的小车，转弯角度可以很好的控制，但是驱动力弱，平稳性差。采用四轮驱动的小车，驱动力

13、强，平稳性好，能在复杂的路况上有很好的表现。虽然两轮驱动的小车更加利于在弯道的控制，但是不适用于所有的路况，所以我们将小车设计为四轮驱动。2.2.2电动机的比较与选择电动机是小车主要的动力装置。而市面上的电动机的选择主要两种，分别是步进电机和直流电机两种。步进电机是以步阶方式分段移动，直流电机和无刷直流电机通常采用连续移动的控制方式4。所以步进电机对速度和移动距离的控制更加精确，但是移动速度相对缓慢，而无刷直流电机的速度快，但是控制困难。考虑到小车对于速度的要求大于控制的要求，所以我们选择无刷直流电机，在控制方面通过将程序的控制算法做得更加完善来弥补无刷直流电机控制的不足。2.2.3电机驱动芯

14、片的比较与选择电机驱动也是智能小车的模块中重要的组成之一，而对于电机驱动的选择有两种方案。方案一：采用由H桥（分立的三极管元件组成）构成的驱动。此种方案对直流电动机的方向和速度的控制利用PWM波调速的电路实现。可是采用的H桥是由分立的元件组成的电机逻辑驱动，驱动电路的稳定性容易变差，并且价格也不便宜。方案二：采用双桥电机驱动的芯片L298。L298是一款由双桥结构的直流、步进电机驱动器。同时，L298芯片集成度较高，还可以实现对两个直流电机进行同时驱动和控制。通过比较两种方案，L298电机驱动电路相对于由分立元件三极管组成的H桥的驱动，具有多种有点，例如使用元件少,可靠性不仅高，而且控制和操作

15、可以更加模块化,并且L298芯片的价格低。所以，作为循迹小车的驱动芯片，L298芯片更加适合。2.2.4传感器的比较与选择低成本的OHMIC开关传感器在灰尘等恶劣环境下不可靠，FSR压力传感器分辨率有限、不适合遥感、成本稍高，高端一些的超成波传感器不适合短距离传感，电容式传感器灵敏度高可针对被选择物的选择性不高，HALL传感器存在精度问题、需要磁体和校准，光学传感器在恶劣环境下不可靠，这些传感器都或多或少存在这样和那样的缺点5。而由*仪器生产的LDC1000性能优越，无论低成本PCB线迹，或者是普通的金属块，甚至是人体的传感，LDC1000可以迅速检测并将数据传输到处理器显示出精确的结果。所以我们选择LDC1000作为循迹小车的金属传感器。2.2.5处理器芯片的比较与选择关于处理器则有多种选择方案。首先，采用传统的C51单片机。C51单片机通用灵活，价格低廉，使用方便，但此C51的芯片是比较老的芯片，对于大量的数