【正文】 畢業(yè)設計（論文）自動往返電動小汽車設計 自動往返電動小汽車設計 摘 要 智能小車也稱輪式機器人是一種以汽車電子為背景涵蓋智能控制模式識別傳感技術電子電氣計算機機械等多學科的科技創(chuàng)意性設計一般主要由路徑識別速度采集 角度控制及車速控制等模塊組成 本系統(tǒng)以 SST 系列單片機為核心控制模塊充分利用了自動檢測技術單片機最小系統(tǒng)液晶顯示模塊電路以及聲光信號的控制電機的驅(qū)動電路通過 Keil C 和PROTEUS 的仿真通過實踐操作與調(diào)試實現(xiàn)自動往返小車設計綜合運用單片機技術 自動控制理論檢測技術等使小車能在無人操作情況下借助傳感器識別路面環(huán)境由單片機控制行進實現(xiàn)初步的無人控制單片機具有體積小重量輕耗電少功能強控制靈活方便且價格低廉等優(yōu)點智能小車采用單片機為控制器核心其集成度高體積小抗干擾能力強具有獨特的控制功能單片機的應用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計方法 本設計以單片機為核心附以外圍電路采用光電檢測器進行檢測信號和循線運動運用單片機的運算和處理能力來實現(xiàn)小車的自動加速限速減速定時前進后退左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)顯示行駛速度行駛路程行駛時間等智能控制系統(tǒng) 關鍵詞 SST 單片機自動控 制電動小車 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 設計背景 2 167。 12 設計概述 2 167。 13 設計任務和主要內(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 5 167。 221 采用凌陽 16 位單片機 5 167。 222 采用 SST89E516RD 單片機 5 167。 23 電機模塊 6 167。 231 采用步進電機 6 167。 232 采用直流電機 6 167。 24 電機驅(qū)動調(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 路面黑線探測模塊 9 167。 261 采用對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 測速及里程計量模塊 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 計時模塊 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)設計 12 167。 31 主控單片機功能設計 12 167。 311 單片機硬件結(jié)構 12 167。 312 單片機引腳鎖定 13 167。 32 電機驅(qū)動控制設計 15 167。 33 PWM 調(diào)速控制設計 17 167。 34 傳感器設 計 20 167。 341 黑線檢測傳感器設計 20 167。 342 測速里程計量傳感器設計 25 167。 35 液晶顯示功能設計 28 第 4 章 128 64 液晶功能分析 30 167。 41 30 結(jié) 論 34 參考文獻 35 致 謝 37 附 錄 38 工作原理 53 光電傳感器類型介紹 53 光電傳感器技術參數(shù) 54 光電傳感器使用注意事項 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)也勢必得到更大的發(fā)展機會以滿足人們對汽車的安全性智能化的要求本文對智能往返小車自動控制系統(tǒng)的研究是對一些問題的 初步思考 智能小車是一個集環(huán)境感知規(guī)劃決策自動行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)它集中地運用了計算機傳感器信息通訊導航人工智能及自動控制等技術是典型的高新技術綜合體本次畢設的自動往返電動小汽車就是這種綜合體的一種嘗試小車以單片機為核心附以外圍電路采用光電檢測器進行檢測信號和循線運動運用單片機的運算和處理能力來實現(xiàn)小車的自動加速限速減速前進后退和金屬傳感器檢測等功能可液晶實時顯示行駛速度行駛路程行駛時間的智能控制系統(tǒng) 本次畢業(yè)設計要求設計并制作一個能自動往返于起跑線與終點線間的小汽車小車從起跑線出發(fā)到達終點線后停留 10 秒然后自動返回起跑線往返一次的時間應力求最短到達終點線和返回起跑線時停車位置離起跑線和終點線偏差應最小限速區(qū)往返均要求以低速通過通過時間不得少于 8 秒不允許在限速區(qū)內(nèi)停車89E516RD單片機作為其檢測和控制核心選用 SGSTHOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進電機專用驅(qū)動芯片 PWM 技術動態(tài)控制電動機的轉(zhuǎn)速路面金屬線線檢測車速和距離檢測使用電感式接近開關金屬傳感器進行信號的采集接近開關反饋的信號送入單片機處理由控制單元處理信號并控制小車的運行模式及液晶數(shù)據(jù)顯示實現(xiàn)了在無人控制狀 態(tài)下實現(xiàn)智能循跡的智能控制液晶顯示電路顯示運行的時間隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展關于的研究也就越來越受人關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計就是在這樣的背景下提出的設計的智能電動小車應該能夠?qū)崟r顯示時間速度里程具有準確定位功能 從起跑線出發(fā)出發(fā)前車體不得超出起跑線到達終點線后停留 10 秒然后自動返回起跑線允許倒車返回往返一次的時間應力求最短從合上汽車電源開關開始計時到達終點線和返回起跑線時停車位置離起跑線和終點線偏差應最小以中心點與終 點線或起跑線中心線之間距離作為偏差的測量值 D～ E 間為限速區(qū)車往返均要求以低速通過通過時間不得少于 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 DE 段首先以最快的速度減速并同時開始計時降至慢速度后保持基本恒速前進當接近 8 秒時開始加速并沖出此段區(qū)間 EF 段小車全速前進 FG 段首先以最快的速度減速并且保持最低速度前進當小車中間的傳感器探測出黑線時便立即停車 系統(tǒng)方案論證與分析 根據(jù)題目中的設計要求本系統(tǒng)主要由主控單片機模塊電源模塊電機驅(qū)動模塊黑線檢測模塊測速模塊以及液晶顯示模塊構成本系統(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)設計選題以后指導老師就給我提供了由億學通電子推出的DIY 競賽小車散件車體其具有結(jié)構小巧運動靈活擴展性強控制簡單等諸多特點 該小車車體套件具備功能如下 1 支持四個獨立電機的安裝增大了驅(qū)動力和轉(zhuǎn)彎的靈活性 2 配置了測速碼盤安裝在第一級輸出提高了轉(zhuǎn)速測量精度 3 配備開關量轉(zhuǎn)速測量傳感器接口 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 為單片機控制板預留了電源和控制端口 7 保留了 DIY 競賽小車的擴展板可以直接把單片機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展 主控單片機 采用凌陽 16 位單片機 采用凌陽公司的 16位單片機它是 16位控制器具有體積小驅(qū)動能力強可靠性高功耗低結(jié)構簡單具有語音處理運算速度快等優(yōu)點但考慮到對這個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于硬件電路的設計和軟件編程 增加了難度且實驗室器材室沒有此型號單片機因此決定不再使用此方案考慮其他方案 采用 SST89E516RD 單片機 SST89E516RD 是 8 位集成存儲器的 51 系列兼容單片機和 51 系列單片機軟件兼容開發(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 Block1存儲區(qū)燒寫 SoftICE仿真監(jiān)控程序 SST89E516RD具有在應用可編程 IAP 和在系統(tǒng)可編程 ISP 的功能其中 IAP是通過串口實現(xiàn)的由于 SST89E516RD 具有兩塊獨立的 SuperFlash 程序存儲區(qū)當監(jiān)控程序在 Block1 存儲區(qū)中運行時可以改寫 Block0 程序存儲區(qū)中的程序SoftICE 模式不需要反復的將調(diào)試程序下載到單片機中避免了單片機的老化損壞可方便的與 Keil C 實現(xiàn) SoftICE 在線仿真調(diào)試功能 SST89E516RD 作為本次畢業(yè)設計的主控單片機芯片 電機模塊 采用步進電機 采用步進電機作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機由于其轉(zhuǎn)動的角度可以精確定位可以實現(xiàn)小車前進距離和位置的精確定位步進電機是將電脈沖信號轉(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的轉(zhuǎn)速停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)而不受負載變化的影響即給電機加一個脈沖信號電機則轉(zhuǎn)過一個步距角這一線性關系的存在加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點使得在速度位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單 雖然采用步進電機有諸多優(yōu)點但步進電機并不能象普通的直流電機交流電機在常規(guī)下使用它必須由雙環(huán)形脈沖信號功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用步進電機的輸出力矩較低隨轉(zhuǎn)速的升高而下降且 在較高的轉(zhuǎn)速時會急劇下降其轉(zhuǎn)速較低時不適于小車等對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 采用直流減速電機直流減速電機轉(zhuǎn)動力矩大體積小重量輕裝配簡單使用方便電機內(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現(xiàn)通過單片機對直流減速電機前進后退停止等操作 綜合以上考慮我選擇使用直流減速電機作為自動往返電動小車的驅(qū)動電機 電機驅(qū)動調(diào)速模塊 小車