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1、编号 本科生毕业设计简易电动车遥控系统设计The Design of Simple Electric Car Remote Control System学 生 姓 名刘清鑫专 业电子信息工程学 号040411510指 导 教 师杨宏伟学 院电子信息工程学院2008年 6 月 1长春理工大学毕业设计摘 要本系统以AT89C51单片机作为小车的检测和控制中心，利用红外传感器、金属传感器和超声波传感器实现测距及避障功能。通过单片机的智能控制技术实现对小车的自动控制。本设计的主要特色是优化的软件算法，智能化的自动控制，使小车定位更加精确。并且采用金属探测，音乐报警增强听觉效果。本系统通过综合运用光、机
2、、电技术，基本完成了设计要求，发挥部分达到设计要求。关键词：智能 单片机 传感器AbstractThe system takes AT89C51 monolithic integrated circuit as the cars examination and control center ,and uses infrared sensor, the metal sensor and the ultrasonic sensor to realize the function of range finder and evading bonds .The cars automatic contro
3、l is realized through intelligent control technology of MCU.This designs main characteristic is the optimized software algorithm, the intellectualized automatic contro to make the localization more precise.Moreover metal detector and music warning enhances the sense of hearing effect.This system com
4、pleted the design requirements basically through the synthesis utilization of light, machine and the electricity technology, and then the display part has achieved the design requirements.Keywords： Intelligent MCU Sensor目 录第一章前 言11.1课题研究意义11.2课题研究背景11.3发展趋势和方向11.4研究中存在的问题2第二章设计要求与原理分析42.1 设计要求与原理分析4
5、2.2 机械系统分析42.3传感器设置与布局分析4第三章方案论证与系统原理框图63.1 传感器的选型与工作方式选取63.2总控电路的选型9第四章硬件电路设计与参数计算144.1红外与光电探测器的驱动电路设计与参数计算144.2金属探测装置的设计与参数计算154.3超声测距装置的设计与参数计算164.4主轴电机与步进电机驱动电路设计与参数计算174.5显示、键盘、声光告示与单片机电路设计及参数计算184.6遥控接收模块的硬件电路设计与参数计算19第五章单片机软件设计215.1行走控制程序流程215.2超声测距程序流程215.3 显示程序流程图225.4 定时器PWM输出23第六章应用实例分析前景
6、展256.1步进电机256.2左右转向灯256.3车速显示256.4时间显示256.5超声波与红外避障系统266.6金属探测报警器266.7单片机遥控发射接收系统26第七章测试数据与实验结论277.1测试数据277.2 实验结论及存在问题分析28致 谢30参考文献3121第一章 前 言1.1课题研究意义随着电子技术的发展，自动控制已经不再是一个新鲜的话题，无人驾驶的小汽车也必将进入实用阶段，本系统模拟未来智能小车，利用微型计算机技术实现小车的自动避障。微型计算机是计算机技术与大规模集成电路发展相结合的产物。在计算机领域中，它是发展最快，应用最广的一个分支，以其独特的结构和优点，深受广大用户欢迎
7、和重视，发展极为迅速，应用极为广泛。它的应用已渗透到国民经济和人民生活的各个领域，并发挥出很大的效益。1.2课题研究背景 随着科技的进步，人类的视野越来越开阔，对未知世界进行探索的愿望越来越强烈。迄今为止，人们己经开始了对月亮、火星等宇宙星体的探索，也开始对地下埋藏的，乃至海底沉寂的历史古迹、文化遗产、地理地貌的研究。另外，现代战争的复杂程度越来越高，反恐斗争的难度也越来越大，需要人们能够及时准确地完成各种侦察或作战任务。不过，面对各种复杂的环境，如宇宙星体日夜温度变化剧烈、地形高低起伏明显、战场情况的突发性和多变性等，由于生理原因，人们常常束手无策。鉴于此，电动车的自动遥控技术得到广泛研究。
8、而其控制核心单片机技术的发展更是日新月异。如今单片机已经经历了4位单片机，8位低档单片机，8位高档单片机，16位单片机。现在正向高性能、高速度、高集成度、大容量、多功能、低功耗、加强I/O能力及结构兼容的32位和双CPU方向发展。本文就是运用了单片机技术控制简易电动车运行过程。系统中根据命令来控制电动小汽车的启动、停止、返回，并且能自动避开障碍物，前行或后退，并且可以利用光电检测器检测路上的障碍物，控制电动小汽车行使状态，并自动记录往返距离，在整个行程中如果遇到正前方的障碍物将倒退一段距离后拐弯后正向前行。1.3发展趋势和方向智能电动小汽车是微型行走机器人的一种，它在各种复杂地形上都具有较高的
9、机动性，可以进入人类无法进入或生存的环境，适用于国防及民用等多个领域，在反恐斗争中也可以发挥很大作用。这种车辆的主要应用领域包括以下几个方面:(1)军事侦察环境探测可以探测各种人类无法进入或适应的环境，完成规模战争和反恐作战中的侦察任务。在车上装备摄像机、安全激光测距仪、夜视装置和卫星全球定位仪等设备，通过无线电或光缆操纵，完成侦察和监视敌情、情报收集、目标搜索和自主巡逻等任务。从在洞穴或房屋中进行搜寻，到边界巡逻监视，都有微型智能车辆的身影。(2)高度机动独立作战善于具有在复杂地形中的高机动能力，它能快速完成侦察、警戒、追击等多种作战任务。在战时，可在车上装备机枪、榴弹发射器、导弹发射架等武
10、器装备，使之具备强大的攻击杀伤力。曾有专家预测，未来战争将是在人的控制下智能无人化机器直接交锋的战争(3)探测危险排除险情在战场上或工程中，常常会遇到各种各样的意外。这时，智能化微型车辆就会发挥很好的作用。美国军方曾广泛使用智能车辆扫除路边炸弹、寻找地雷和销毁地雷。民用方面，可以探测化学泄漏物质，可以进行地铁灭火，以及在强烈地震发生后到废墟中寻找被埋人员等。(4)安全检测受损评估 在工程建设领域，可对水库堤坝、海岸护岸堤、江河大坝进行质量和安全性检测之外，还可应用于码头、桥墩等被撞后的受损程度探测评估。在制造领域，可用于工业管道中机械损伤，裂纹等缺陷的探寻，对输油和输气管线的泄漏和破损点的查找
11、和定位等。这种特殊机器人技术集机械、电子、新材料、传感器、计算机、智能控制与网络通信等多门科学于一体，对这种车辆的研究，将为未来地面战争、反恐事业和民用工业的发展提供技术上的有力支持。1.4研究中存在的问题在本设计中，智能小车的检测和控制核心是采用单片机控制系统。路面黑色引导线检测使用光电开关，通过对汽车运行位置检测,校正行车路线，实现小车的自动调向；障碍物检测采用红外传感器，小车行驶的速度和路程的测量利用霍尔传感器，并通过软件编程实现自动小车在不同路段行驶速度的自动变化；小车准确入库停车的光强度检测采用光敏电阻；小车行驶时间,路程和路面金属板块数用LED数码管显示。基于这些性能可靠的硬件设备
12、，配以一套独特的计算程序，小车准确驶入车库，完成预定任务。本系统先以双电源开始调试，发现所有的开关器件很难稳定地给单片机送正确值，只有当更换新电池或小车刚刚启动时才会很准确，经过思考，这都是开关元件消耗电量很大的原因，一旦电池电量不足其工作将会很难进行，于是本系统将所有开关器件划成一个部分，由一块电池专门供电。 在前轮PWM驱动转向电路运行中，本系统发现，电机只给一个转向力，但保持长期转向时，电机的转动由于受到强行制动而处于一种相对静止的状态，导致PWM驱动电路产生大量的热量，本系统既利用软件使其尽量减少长期单向转动状态，又在硬件上，在PWM驱动板上涂上了一层散热胶，即使发热，也不会烧坏PWM
13、驱动电路。 在安装上避障用光电开关之后，它与其它所有开关元件共用同一电源，在运行时发现三个用于寻迹用的开关元件不能全部正常工作了，据分析，避障用光电开关由于探测距离远，功率大，很可能影响其他元件改用单一电源供电后，小车就能正常工作。在所有电源开启后，系统即进入6秒钟倒计时状态，6秒钟倒计时完毕之后，有时后轮电机不能正常启动。经分析，这是属于正常情况，因为其启动需要克服很大的惯性，而其电源又不能在瞬间提供很大的电流，所以就没有动静。此时，关掉单片机电源，再重新打开后即可进入正常状态去正常运行。本设计在硬件上，使用了多种传感装置，实现对小车的准确定位和探测，充分利用了CPU的强大功能，在软件的配合
14、下，实现了题目的要求。第二章 设计要求与原理分析2.1 设计要求与原理分析本系统基本要求如下：（1）电动车启动和停止为遥控方式，声、光、磁、电、波等不限，遥控电路不得采用成品需要自己设计制作。（2）电动车一旦启动，由程序完成各种行走方式。例如：正8反8行走，其他方式自定。（3）其他功能：如前方有障碍的避让，或退时有障碍的识别等，自行决定增加与否。根据设计要求，认为此设计属于多输入量的复杂程序控制问题，并且输入量属于低速开关量，对于低速开关量复杂程序控制应用单片机技术比较合适，初步计划使用MCU作为核心器件来完成本设计。2.2 机械系统分析在题目中要求电动小汽车正8反8行走，在考虑场地大小的情况
15、，因此选用最小回转半径小于0.8m的电动小汽车，考虑到能精确控制电动小汽车的转弯半径，市售的电动小汽车的前轮转弯司服机构多数为开关量控制（要么不转弯、要么以最小半径转弯）在此初步考虑要对前轮转弯司服结构进行改造。2.3传感器设置与布局分析通过对题目的分析得出如下几大需要检测的物理量：（1）障碍物位置；（2）地面金属的位置；（3）小车行走速度。对于这几大物理量分别使用：（a）红外探测器；（b）金属探测器；（c）光电编码盘。另外对时间的检测可由单片机自身时钟得到，对金属片的检测可由单片机的延时功能得到，对小汽车运行路程的检测采用“光电编码盘”和“红外探测器”。在传感器的布局上（如图2-1示）拟采用以下方案：a) 前左侧红外探测器、前右侧红外探测器、后左侧红外探测器、后右侧红外探测器，为电动小汽车规避障碍物提供近距位置参数。b) 超声波探测器测远距离物体，与红外线探测器构成避障系统。c) 光电编码盘探测器，为小汽车提供运行路程信息、行
