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1、 毕 业 设 计课题： 步进电机智能小车控制系统英文题目: The control system of intelligent car based onStepping motor 姓 名： 学 号： 专 业： 指导老师： 2012年 5 月20日东华理工大学机械工程系 东华理工大学长江学院毕业设计摘 要本文设计了智能小车系统，能在跷跷板上前进后退，能够自找平衡点并声光提示。本设计由电源模块、单片机控制模块、电机驱动电路模块、声光提示模块、光电对管组成的检测模块按键模块、平衡检测模块等7个模块组成。选择步进电机来带动小车的运动，由LM7805输出+5V电压的电源，用LM7815输出+15V的步
2、进电机驱动电源，用STK672-040组成步进电机的驱动模块，探测模块利用一前一后两个RPR220光电对管元件，用于A、B端检测并传出停止信号，利用APR9600芯片和发光二极管构成声光提示模块，平衡检测模块利用双接头平衡检测仪，通过检测摆针的电信号来控制小车的前进后退，利用一个平衡检测模块来检测平衡位置，并相应的给出红绿信号。本设计可使小车在检测到信号后自行停止，并相应发出声光提示，且在行驶过程中让小车能自动找到平衡点。关键词：单片机；小车；控制AbSTRACTThis paper designs a control of intelligent car based on Stepping
3、motor system that can retreat in the seesaw,and self-inflicted to balance and light hint .This design consists of power supply module,single-chip microcomputer control module, motor drive circuit module, light hint module, photoelectric detecting module of pipe of key module, balance testing module
4、7 modules. Choose steppting motor to drive the car, using LM7805 output + 5V voltage power, using LM7815 output + 15V stepping motor driving power, using STK672-040 composition stepping motor driver module, detecting module using RPR220 two photoelectric element , using itdetecting detection termina
5、l of A,B and output stop signalsspread to stop.using APR9600 chip and signal light emitting diode composition hints module, balance testing modules using double joint balance testing, through testing the signals to control needle set forward and backward, the car using A balance testing modules to d
6、etect balance position, and the corresponding signal are red, green.This design can make the car to stop, and after signal hint, and A corresponding sound in the course of driving cars can be found to balance.Keywords: SCM; Intelligent car; controlIII目 录绪 论11 系统设计21.1设计任务及要求21.1.1 任务21.1.2 要求21.1.3
7、说明21.2 总体设计方案31.2.1 设计思路31.2.2 方案论证与比较41.2.3 系统组成52 单元电路设计72.1 控制部分电路的设计72.1.1 STK672-040驱动组成72.1.2 语音录放芯片122.1.3单片机控制系统142.2 检测部分电路的设计182.2.1平衡检测仪182.2.2 RPR220型光电对管192.3 其余部分模块的设计202.3.1 启动、停止部分202.3.2 电源模块202.3.3小车实体元件安装图213 软件设计233.1 控制部分的设计233.2 显示部分的设计264 结论27致 谢28参考文献29附录A 电路原理图30附录B 源程序清单30绪
8、 论1.1 智能小车研究背景智能小车技术可以应用于无人驾驶机动车, ,航空航天等领域。作为20世纪自动化领域的重大成就,已经和人类社会的生产、生活密不可分。因此为了使智能小车工作在最佳状态,进一步研究及完善其速度和方向的控制是非常有必要的。智能小车是能够感知环境，能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的一种智能机器。其作为现代高科技的集成体，是21世纪的科技制高点之一。它的发展，应该说是科学技术发展的一个综合性的结果。同时，它为社会经济发展产生了一门有着重大影响的科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战后各国加强了经济的投入，而对他的研究成果又提高了本国的经济的发展水平。另一方面它也是生产力
9、发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，人们在不断探讨自然、认识自然、改造自然过程中，需求一种能够解放人的自动化装置。那么这种自动化装置就是代替人们能够从事复杂和繁重的体力劳动，实现人们对不可达到的世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。1.2国内外的研究现状智能小车技术是一个国家高技术实力的一个重要标准，它涉及到多个学科，机械、电工、自动控制、计算机测量、人工智能、传感技术等等，是众多领域的高科技。智能小车是一种高科技的研究项目，各国专家学者想通过对智能小车的研究来不断推进各种智能车的的研究，以及某些特种机器人的研究。不断改进智能车的寻址速度和算法研究，试图让车
10、更接近智能化，引起了各国的广泛关注和极大兴趣，从而推动了智能小车研究的热潮本毕业设计取材于电子设计竞赛题目，我们要做的是有关于小车的自动化的控制，先将跷跷板固定为水平状态，电动车从起始端A位置出发，行驶跷跷板的全程)。停止5秒后，电动车再从跷跷板的B端倒退回至跷跷板的起始端A。电动车从起始端A出发，行驶跷跷板的全程。停止5秒后，电动车再从跷跷板的B端倒退回至跷跷板的起始端A。要其拥有检测到信号时自动停止，能够自动寻找跷跷板的平衡点，并且能够提供声光提示。本设计的难点在于如何使得小车在行进中自动寻找平衡点，并声光提示，以及如何用程序实现此功能在整个设计中，共有二人参加设计，本人主要负责资料的搜索
11、与整理、硬件设计、电路原理图的绘制、流程图的绘制以及报告的撰写，队友易利平主要负责显示程序的编写、步进电机程序编写，最终在30天的奋斗后完成设计，并达到竞赛要求。1 系统设计本课题是设计一个步进电机智能小车控制系统，要使得小车能够在跷跷板上自行运动,并能自动检测其平衡位置，进行声光提示。1.1 设计任务及要求1.1.1 任务设计并制作一个电动车跷跷板，要求跷跷板起始端一侧装有可移动的配重物体，配重物体位置可调范围不小于400mm。电动车从起始端出发，按要求自动在跷跷板上行驶。1.1.2 要求（1）基本要求先将跷跷板固定为水平状态，电动车从起始端A位置出发，行驶跷跷板的全程(全程的含义：电动车从
12、起始端A出发至车头到达跷跷板顶端B位置)。停止5秒后，电动车再从跷跷板的B端倒退回至跷跷板的起始端A。电动车从起始端A出发，行驶跷跷板的全程。停止5秒后，电动车再从跷跷板的B端倒退回至跷跷板的起始端A。（2）发挥部分在可移动范围内电动车从起始端A出发，当跷跷板达到平衡时，保持时间为5秒，同时发出声光提示。1.1.3 说明（1）跷跷板长1600mm、宽300mm。为便于携带也可将跷跷板制成折叠形式。（2）跷跷板中心固定在直径不大于40mm的圆轴上，圆轴两端支撑在两个支架上，与支架圆滑接触。跷跷板在平衡状态下，跷跷板底距地面或桌面的距离为70mm。（3）电动车（含车体上的其它装置）的外形尺寸规定：
13、长300mm，宽200mm。测试过程中电动车外形尺寸不允许变动。（4）电动车行驶距离的测量以车尾为基准。（5）平衡状态是：当平衡检测部分输出为0时可视为跷跷板达到平衡点。1.2 总体设计方案1.2.1 设计思路题目要求设计一个电动车跷跷板，要求在电动车可从起始端出发按要求自动在跷跷板上行驶，设计分为几个部分。为了能控制小车的速度，在直流电机和步进电机之间选择了后者，通过STK672-040驱动模块来控制小车的行驶速度，从而保证小车能进行自我微调；语音报警模块通过语音录放芯片APR9600来提示平衡位置的到达；平衡检测仪是本设计的一个特色，采用了一个双向摇摆接头检测模块，依次得到接近与平衡点的位
14、置，让小车能自动找到平衡点。 1.2.2 方案论证与比较（1）单片机选择方案一：采用可编程逻辑器件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、IO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，而且从使用及经济的角度考虑放弃此方案。方案二：采用凌阳公司的16位单片机，它是16位控制器，具有体积小、驱动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断能力强等特点。处理速度高，尤其用于语音处理和识别等领域。但是当凌阳单片机应用语音处理和辨识时，由于其占用的CPU资源较多而使得凌阳单片机同时处理其他任务的速度和能力降低。方案三：采用使用8031单片机。因为此单片机端口丰富，支持在线编程，功能强，其容量适中，价格实惠，由于小车设计对容量的要求不是很大，所以用此单片机的优越性很突出。方案选择：由于本设计要求不高，采用一般的8031最小系统即可完成，所以选择方案三。（2）电机选择及驱动选择方案一：采用直流电机作为执行元件。直流电机工作在开环状态时，电路相对简单，但其定位性能比较差。直流电机工作在闭环状态时，
