《大学毕业设计---智能小车.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学毕业设计---智能小车.doc（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、哈尔滨华德学院毕业设计（论文）摘要本设计以STC89C51单片机为控制核心，小车具有循迹检测、电机驱动、等主要功能。首先，两个电机分别单独控制左右两个车轮，通过调节两个电机的转速及转动时间，达到小车正常行驶及转向的目的。车头的四个红外光电传感器通过对路况的检测反馈给单片机，控制小车行走路线，防止超出边界线。与此同时检测前方是否有小车，并且将信息反馈给单片机，控制小车减速，防止出现撞车。在第二圈超车过程中，两车相继进入超车区后，甲车减速后直线前进，乙车正常行驶并进入超车区，达到超车目的。关键词： 控制；检测；反馈；STC89C51单片机；超车AbstractThis design with th
2、e STC89C51 single-chip microcomputer as the core, the car has a tracking detection, motor drive, such as the main function. First of all, the two motor control separately or so two wheels, by adjusting the two motor rotation speed and time, achieve the goal of the car moving and steering. Four infra
3、red electric car sensor through the road test feedback to MCU, control the car walking routes, prevent beyond the border. At the same time detect whether there is a car in front, and feedback the information to the microcontroller, control the car slow down, to prevent a crash. In the second circle
4、during the overtaking process, the two cars have entered after overtaking area, a straight line after car slow down, b car overtaking is moving into the area, the purpose of overtaking.Keywords:control,Detection,Feedback,STC89C51 single-chip micro-computer,Overtaking目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11
5、.2 设计题目11.3 设计要求1第2章 方案论证与比较32.1 设计任务32.2 设计要求32.3.1调速模块32.3.2 寻迹模块52.3.3 转向装置模块5第3章 系统硬件设计73.1电源设计73.2最小系统设计83.3电机驱动模块设计93.4循迹模块设计103.5避障模块设计113.6显示模块设计12第4章 电路设计软件的使用144.1仿真软件的介绍144.2仿真软件的优势14第5章 电路的组装及调试165.1 电路的组装165.2 电路调试165.3 电路焊接及调试原理办法185.3.1 电子电路的设计基本步骤185.3.2 电子电路的组装195.3.4 电子电路故障检查的一般方法2
6、0结论22致谢23附录1 译文25附录2 英文参考资料26附录3 程序流程图27附录4 整机原理图28附录5 元件清单29-I-第1章 绪论1.1 课题背景众所周知，汽车的研究是伴随着汽车工业的蓬勃发展而越来越受人关注。基本全国电子大赛和省内电子大赛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。本题目是结合科研项目的设计类课题，设计的智能电动小车应该能够周围环境进行检测（检测是否有黑线）、能通过无线模块进行通信、能交替领跑任务。根据题目的要求及组内讨论，确定如下方案：设计两辆电动智能小车（甲车、乙车）能够按照给出的程序，甲前乙后同时起跑，而且准确无误并无碰
7、撞地在给定区域内同向行走，并在超车区内实现超车，以完成交替领跑任务。本设计以STC89C51单片机为控制核心。STC89C51是一款8位Flash单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。所以本设计与实际相结合，现实意义很强。1.2 设计题目 智能小车的设计与制作1.3 设计要求甲车车头紧靠起点标志线，乙车车尾紧靠边界，甲、乙两辆小车同时起动，先后通过起点标志线，在行车道同向而行，实现两车交替超车领跑功能。甲车车头紧靠起点标志线,乙车车尾紧靠边界,甲、乙两辆小车同时起动，先后通过起点标志线，在行车道同向而行，实现两车交替超车领跑功能。跑道如图1-1所示。图1-1 跑道示意图第2章 方
8、案论证与比较2.1 设计任务通过组内讨论以及题目的要求，在下面的文章中我们总体介绍智能小车的结构。1、寻轨模块：用于探测黑线的有无，基础每辆小车由3个光电管组成，通过反射红外线的变化判断黑线的有无。2、电机驱动模块：由于单片机输出的电流有限，无法直接驱动电机工作，因此需要通过专业的电路进行驱动，本小车采用L298芯片驱动电机。3、单片机模块：根据使用的传感器和控制策略的不同，单片机的选择也不同。本设计主要采用STC系列中的STC89C51单片机。4、红外传感器开关：寻找前面是否有小车，作为通讯工具。5、电源模块：本设计主要用12V/6800mAh的锂电池，其输入电压12.6VDC；输出12VD
9、C。能稳定安全地给电机供电。2.2 设计要求 甲车车头紧靠起点标志线，乙车车尾紧靠边界，甲、乙两辆小车同时起动，先后通过起点标志线，在行车道同向而行，实现两车交替超车领跑功能。2.3方案论证 本设计的多种模块可有多种方案采取，以下介绍各方案的优缺点。2.3.1调速模块方案一：串电阻调速系统。方案二：静止可控整流器，简称V-M系统。方案三：脉宽调速系统。旋转变流系统由交流发电机拖动直流电动机实现变流，由发电机给需要调速的直流电动机供电，调节发电机的励磁电流即可改变其输出电压，从而调节电动机的转速。改变励磁电流的方向则输出电压的极性和电动机的转向都随着改变，所以G-M系统的可逆运行是很容易实现的。
10、该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机，还要一台励磁发电机，设备多、体积大、费用高、效率低、维护不方便等缺点。且技术落后，因此搁置不用。V-M系统是当今直流调速系统的主要形式。它可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型，可实现平滑调速。V-M系统的缺点是晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。它的另一个缺点是运行条件要求高，维护运行麻烦。最后，当系统处于低速运行时，系统的功率因数很低，并产生较大的谐波电流危害附近的用电设备。采用晶闸管的直流斩波器基本原理与整流电路不同的是，在这里晶闸管不受相位控制，而是工作在开关状态。当晶闸管
11、被触发导通时，电源电压加到电动机上，当晶闸管关断时，直流电源与电动机断开，电动机经二极管续流，两端电压接近于零。脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），简称PWM。脉冲周期不变，只改变晶闸管的导通时间，即通过改变脉冲宽度来进行直流调速。与V-M系统相比，PWM调速系统有下列优点：1、由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统的低速运行平稳，调速范围较宽，可达1：10000左右。由于电流波形比V-M系统好，在相同的平均电流下，电动机的损耗和发热都比较小。2、同样由于开关频率高，若与快速响应的电机相配合，系统可
12、以获得很宽的频带，因此快速响应性能好，动态抗扰能力强。3、由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。根据以上综合比较，以及本设计中受控电机的容量和直流电机调速的发展方向，本设计采用了H型单极型可逆PWM变换器进行调速。脉宽调速系统的主电路采用脉宽调制式变换器，简称PWM变换器。脉宽调速也可通过单片机控制继电器的闭合来实现，但是驱动能力有限。为顺利实现电动小汽车的前行与倒车，本设计采用了可逆PWM变换器。可逆PWM变换器主电路的结构式有H型、T型等类型。我们在设计中采用了常用的双极式H型变换器，它是由4个三极电力晶体管和4个续流二极管组成的桥式电路。综合考虑系统的各项性能，
13、最后我们决定采用PWM调速系统。2.3.2 寻迹模块方案一：采用光电自动寻轨传感器，通过采集黑白线返回主控制单片机的电信号不同，来实现自动寻迹的功能。方案二：采用反射式红外传感器来进行探测。只要选择数量和探测距离合适的红外传感器，可以准确的判断出跑道边界的位置。方案的选择：方案二中的反射式红外传感器驱动方便，识别率高，并且采集速度快，返回信号准确，能够实现题目的要求，即能精确实现循迹黑线，方案二虽然效果更佳，但价格较昂贵。所以选择方案二。2.3.3 转向装置模块方案一：双电机控制。采用两个直流电机控制小车后轮，检测不到黑线走直线时，单片机控制两轮转速相等。当传感器检测到黑线，需要向左转时，增加
14、右轮转速，降低左轮转速；需要向右转时，增加左轮转速，降低右轮转速。但此种方法必须精确控制两车轮转速直行时相等，否则将会出现小摇摆及抖动，达不到平滑运动的效果。方案二：步进电机控制前轮。步进电机将电脉冲信号转换成相应的角位移的特种电机，步进电机的显著特点是快速启动能力，测到障碍物时能够快速转向；另外步进电机的精度高，每步可以小至0.72度，不会失步，在负荷不超过动态转矩值时，可以瞬间启动和停止。逆转时能够精确返回原始位置。外加机械机构可以把角度变成直线位移。但步进电机的价格比较昂贵。经过比较分析，采用方案一即两个直流电机控制转向。本章小结通过我们组内讨论以及题目的要求，我们的电动智能小车选主要采
15、用STC系列中的STC89C51单片机，其设计主要用12V/6800mAh的锂电池，能稳定安全地给电机供电；由于单片机输出的电流有限，无法直接驱动电机工作，因此需要通过专业的电路进行驱动，只要单片机给出相应的控制信号，便可控制电机工作。以STC 89C51为控制核心，用于探测黑白交线的位置，基础由若干个光电管组成，通过反射红外线的变化判断黑白交线的有无，便于走黑白交线。综合考虑系统的各项性能，我们决定采用PWM调速系统；采用光电自动寻轨传感器，通过采集黑白线返回主控制单片机的电信号不同，来实现自动寻迹的功能；采用双电机控制控制小车的转向。第3章 系统硬件设计3.1电源设计使用8节1.5V南孚电池为整个系统供电，电压可达到12V，其中通过稳压芯片7805获取5V直流电源为单片机供电，12V电源为电机供电以获得较高速度，该电源输出电流能力较大，而且能较长时间为小车提供稳定的电流，使系统运行稳定，符合实际要求。电源原理图如图
