【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）自動(dòng)往返電動(dòng)小汽車設(shè)計(jì) 自動(dòng)往返電動(dòng)小汽車設(shè)計(jì) 摘 要 智能小車也稱輪式機(jī)器人是一種以汽車電子為背景涵蓋智能控制模式識(shí)別傳感技術(shù)電子電氣計(jì)算機(jī)機(jī)械等多學(xué)科的科技創(chuàng)意性設(shè)計(jì)一般主要由路徑識(shí)別速度采集 角度控制及車速控制等模塊組成 本系統(tǒng)以 SST 系列單片機(jī)為核心控制模塊充分利用了自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)單片機(jī)最小系統(tǒng)液晶顯示模塊電路以及聲光信號(hào)的控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路通過 Keil C 和PROTEUS 的仿真通過實(shí)踐操作與調(diào)試實(shí)現(xiàn)自動(dòng)往返小車設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用單片機(jī)技術(shù) 自動(dòng)控制理論檢測(cè)技術(shù)等使小車能在無人操作情況下借助傳感器識(shí)別路面環(huán)境由單片機(jī)控制行進(jìn)實(shí)現(xiàn)初步的無人控制單片機(jī)具有體積小重量輕耗電少功能強(qiáng)控制靈活方便且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)智能小車采用單片機(jī)為控制器核心其集成度高體積小抗干擾能力強(qiáng)具有獨(dú)特的控制功能單片機(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法 本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心附以外圍電路采用光電檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)信號(hào)和循線運(yùn)動(dòng)運(yùn)用單片機(jī)的運(yùn)算和處理能力來實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)加速限速減速定時(shí)前進(jìn)后退左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)顯示行駛速度行駛路程行駛時(shí)間等智能控制系統(tǒng) 關(guān)鍵詞 SST 單片機(jī)自動(dòng)控 制電動(dòng)小車 PWM 調(diào)速傳感器 THE DESIGN OF AUTOMATIC ELECTRIC CARS ABSTRACT Smart cars also called wheeled robots is a kind of automobile electronic background intelligent control pattern recognition and sensing technology electronic puter machinery and multidisciplinary science creative design Generally consists mainly of path recognition speed acquisition angle control and speed control module System design for the core of SST series microcontroller control module Make full use of the automatic detection technology MCU smallest system LCD module circuit the control of signal and the motor drive circuit Through the simulation Keil C and PROTEUS practice and debugging and the realization of automatic car design Comprehensive use of microcontroller technology automatic control theory the detection technology etc That car in unattended operation circumstance using sensor identify road environment Travel by singlechip microputer control the preliminary no control MCU is well established for its flexible operations small volume light weight less consumption powerful functions and low in price This design based on singlechip peripheral circuit by using photoelectric detector signal detection and followed the movement Using MCU to realize the automatic forward backward left right and display speed driving distance time of intelligent control system The application of MCU is fundamentally changing the traditional control system design ideas and design method KEY WORDS SST microcontroller automatic PWM speed adjusting sensor 目 錄 前 言 1 第 1 章 緒論 2 167。 11 設(shè)計(jì)背景 2 167。 12 設(shè)計(jì)概述 2 167。 13 設(shè)計(jì)任務(wù)和主要內(nèi)容 3 第 2 章 系統(tǒng)方案論證與分析 4 167。 21 小車車體選擇 4 167。 22 主控單片機(jī) 5 167。 221 采用凌陽 16 位單片機(jī) 5 167。 222 采用 SST89E516RD 單片機(jī) 5 167。 23 電機(jī)模塊 6 167。 231 采用步進(jìn)電機(jī) 6 167。 232 采用直流電機(jī) 6 167。 24 電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速模塊 6 167。 25 電源管理 8 167。 251 采用單電源供電 8 167。 252 采用雙電源供電 8 167。 26 路面黑線探測(cè)模塊 9 167。 261 采用對(duì)射式紅外光電傳感器 9 167。 262 采用反射式紅外光電傳感器 9 167。 27 測(cè)速及里程計(jì)量模塊 10 167。 271 采用霍爾傳感器 10 167。 272 采用 U 型紅外光電傳感器 10 167。 28 計(jì)時(shí)模塊 11 167。 29 顯示模塊 11 167。 291 采用 LED 數(shù)碼管 11 167。 292 采用 LCD 液晶顯示 11 第 3 章 智能小車系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 167。 31 主控單片機(jī)功能設(shè)計(jì) 12 167。 311 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 12 167。 312 單片機(jī)引腳鎖定 13 167。 32 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制設(shè)計(jì) 15 167。 33 PWM 調(diào)速控制設(shè)計(jì) 17 167。 34 傳感器設(shè) 計(jì) 20 167。 341 黑線檢測(cè)傳感器設(shè)計(jì) 20 167。 342 測(cè)速里程計(jì)量傳感器設(shè)計(jì) 25 167。 35 液晶顯示功能設(shè)計(jì) 28 第 4 章 128 64 液晶功能分析 30 167。 41 30 結(jié) 論 34 參考文獻(xiàn) 35 致 謝 37 附 錄 38 工作原理 53 光電傳感器類型介紹 53 光電傳感器技術(shù)參數(shù) 54 光電傳感器使用注意事項(xiàng) 54 前 言 伴隨著現(xiàn)代汽車行業(yè)的飛速發(fā)展作為汽車的電子控制系統(tǒng)也勢(shì)必得到更大的發(fā)展機(jī)會(huì)以滿足人們對(duì)汽車的安全性智能化的要求本文對(duì)智能往返小車自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究是對(duì)一些問題的 初步思考 智能小車是一個(gè)集環(huán)境感知規(guī)劃決策自動(dòng)行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)它集中地運(yùn)用了計(jì)算機(jī)傳感器信息通訊導(dǎo)航人工智能及自動(dòng)控制等技術(shù)是典型的高新技術(shù)綜合體本次畢設(shè)的自動(dòng)往返電動(dòng)小汽車就是這種綜合體的一種嘗試小車以單片機(jī)為核心附以外圍電路采用光電檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)信號(hào)和循線運(yùn)動(dòng)運(yùn)用單片機(jī)的運(yùn)算和處理能力來實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)加速限速減速前進(jìn)后退和金屬傳感器檢測(cè)等功能可液晶實(shí)時(shí)顯示行駛速度行駛路程行駛時(shí)間的智能控制系統(tǒng) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)能自動(dòng)往返于起跑線與終點(diǎn)線間的小汽車小車從起跑線出發(fā)到達(dá)終點(diǎn)線后停留 10 秒然后自動(dòng)返回起跑線往返一次的時(shí)間應(yīng)力求最短到達(dá)終點(diǎn)線和返回起跑線時(shí)停車位置離起跑線和終點(diǎn)線偏差應(yīng)最小限速區(qū)往返均要求以低速通過通過時(shí)間不得少于 8 秒不允許在限速區(qū)內(nèi)停車89E516RD單片機(jī)作為其檢測(cè)和控制核心選用 SGSTHOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片 PWM 技術(shù)動(dòng)態(tài)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速路面金屬線線檢測(cè)車速和距離檢測(cè)使用電感式接近開關(guān)金屬傳感器進(jìn)行信號(hào)的采集接近開關(guān)反饋的信號(hào)送入單片機(jī)處理由控制單元處理信號(hào)并控制小車的運(yùn)行模式及液晶數(shù)據(jù)顯示實(shí)現(xiàn)了在無人控制狀 態(tài)下實(shí)現(xiàn)智能循跡的智能控制液晶顯示電路顯示運(yùn)行的時(shí)間隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展關(guān)于的研究也就越來越受人關(guān)注全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目全國各高校也都很重視該題目的研究可見其研究意義很大本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的設(shè)計(jì)的智能電動(dòng)小車應(yīng)該能夠?qū)崟r(shí)顯示時(shí)間速度里程具有準(zhǔn)確定位功能 從起跑線出發(fā)出發(fā)前車體不得超出起跑線到達(dá)終點(diǎn)線后停留 10 秒然后自動(dòng)返回起跑線允許倒車返回往返一次的時(shí)間應(yīng)力求最短從合上汽車電源開關(guān)開始計(jì)時(shí)到達(dá)終點(diǎn)線和返回起跑線時(shí)停車位置離起跑線和終點(diǎn)線偏差應(yīng)最小以中心點(diǎn)與終 點(diǎn)線或起跑線中心線之間距離作為偏差的測(cè)量值 D～ E 間為限速區(qū)車往返均要求以低速通過通過時(shí)間不得少于 8 秒但不允許在限速區(qū)內(nèi)停車 05m 2m 05m 圖 11 小車跑道頂視圖 各路段行駛速度要求 BD 段小車全速前進(jìn) DE 段首先以最快的速度減速并同時(shí)開始計(jì)時(shí)降至慢速度后保持基本恒速前進(jìn)當(dāng)接近 8 秒時(shí)開始加速并沖出此段區(qū)間 EF 段小車全速前進(jìn) FG 段首先以最快的速度減速并且保持最低速度前進(jìn)當(dāng)小車中間的傳感器探測(cè)出黑線時(shí)便立即停車 系統(tǒng)方案論證與分析 根據(jù)題目中的設(shè)計(jì)要求本系統(tǒng)主要由主控單片機(jī)模塊電源模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊黑線檢測(cè)模塊測(cè)速模塊以及液晶顯示模塊構(gòu)成本系統(tǒng)的方框圖如圖 21 所示 圖 21 系統(tǒng)原理框圖 小車車體選擇 在確定了畢業(yè)設(shè)計(jì)選題以后指導(dǎo)老師就給我提供了由億學(xué)通電子推出的DIY 競(jìng)賽小車散件車體其具有結(jié)構(gòu)小巧運(yùn)動(dòng)靈活擴(kuò)展性強(qiáng)控制簡(jiǎn)單等諸多特點(diǎn) 該小車車體套件具備功能如下 1 支持四個(gè)獨(dú)立電機(jī)的安裝增大了驅(qū)動(dòng)力和轉(zhuǎn)彎的靈活性 2 配置了測(cè)速碼盤安裝在第一級(jí)輸出提高了轉(zhuǎn)速測(cè)量精度 3 配備開關(guān)量轉(zhuǎn)速測(cè)量傳感器接口 4 配備了外部電源接口和電池盒接口方便了小車用電選擇 5 保留了萬向輪固定孔四輪車可以方便改裝為三輪車 6 為單片機(jī)控制板預(yù)留了電源和控制端口 7 保留了 DIY 競(jìng)賽小車的擴(kuò)展板可以直接把單片機(jī)電路顯示電路通訊電路遙控電路等焊接上面不需要再額外增加電路方便了擴(kuò)展 主控單片機(jī) 采用凌陽 16 位單片機(jī) 采用凌陽公司的 16位單片機(jī)它是 16位控制器具有體積小驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)可靠性高功耗低結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單具有語音處理運(yùn)算速度快等優(yōu)點(diǎn)但考慮到對(duì)這個(gè)方案采用的微處理器并不熟悉使用起來并不是很方便這對(duì)于硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件編程 增加了難度且實(shí)驗(yàn)室器材室沒有此型號(hào)單片機(jī)因此決定不再使用此方案考慮其他方案 采用 SST89E516RD 單片機(jī) SST89E516RD 是 8 位集成存儲(chǔ)器的 51 系列兼容單片機(jī)和 51 系列單片機(jī)軟件兼容開發(fā)工具兼容管腳也兼容 SST89E516RD片內(nèi)有兩塊 SuperFlash EEPROM分為64K 主塊 Block0 和 8K 次塊 Block1 Block0 的地址范圍是 0000h～ ffffhBlock1的地址范圍是 10000h～ 11fffh做仿真器時(shí) Block1存儲(chǔ)區(qū)燒寫 SoftICE仿真監(jiān)控程序 SST89E516RD具有在應(yīng)用可編程 IAP 和在系統(tǒng)可編程 ISP 的功能其中 IAP是通過串口實(shí)現(xiàn)的由于 SST89E516RD 具有兩塊獨(dú)立的 SuperFlash 程序存儲(chǔ)區(qū)當(dāng)監(jiān)控程序在 Block1 存儲(chǔ)區(qū)中運(yùn)行時(shí)可以改寫 Block0 程序存儲(chǔ)區(qū)中的程序SoftICE 模式不需要反復(fù)的將調(diào)試程序下載到單片機(jī)中避免了單片機(jī)的老化損壞可方便的與 Keil C 實(shí)現(xiàn) SoftICE 在線仿真調(diào)試功能 SST89E516RD 作為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主控單片機(jī)芯片 電機(jī)模塊 采用步進(jìn)電機(jī) 采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)由于其轉(zhuǎn)動(dòng)的角度可以精確定位可以實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)距離和位置的精確定位步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件在非超載的情況下電機(jī)的轉(zhuǎn)速停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)而不受負(fù)載變化的影響即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角這一線性關(guān)系的存在加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)使得在速度位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡(jiǎn)單 雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)交流電機(jī)在常規(guī)下使用它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低隨轉(zhuǎn)速的升高而下降且 在較高的轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降其轉(zhuǎn)速較低時(shí)不適于小車等對(duì)速度有一定要求的系統(tǒng)因此決定放棄此方案 采用直流電機(jī) 采用直流減速電機(jī)直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大體積小重量輕裝配簡(jiǎn)單使用方便電機(jī)內(nèi)部裝有減速齒輪組所以并不需要考慮調(diào)速功能很方便的就可以實(shí)現(xiàn)通過單片機(jī)對(duì)直流減速電機(jī)前進(jìn)后退停止等操作 綜合以上考慮我選擇使用直流減速電機(jī)作為自動(dòng)往返電動(dòng)小車的驅(qū)動(dòng)電機(jī) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速模塊 小車