[电子设计论文精品]智能小车

智能小车,系 、 部：电气与信息工程系 学生姓名： 指导教师： 职称 高级实验师 专 业：自动化 班 级： 完成时间：2011年6月5日,1.选题背景,随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。设计的智能电动小车应该能够实现适应能力，能自动避障，可以智能规划路径。智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。中国自1978年把“智能模拟”作为国家科学技术发展规划的主要研究课题，开始着力研究智能化。智能小车，是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。,2 方案设计及论证,1 总体设计 本课题设计主要是制作一款能进行智能判断并能做出正确反应的小车。小车具有以下几个功能：自动避障功能；寻迹功能（按路面的黑色轨道行驶）。作品既可以对高端智能化进行剖析，也可以作为高级智能玩具发展对象，同时可成为大学生学习嵌入式控制系统的应用实例。本设计以两直流电动机为主驱动，通过各类传感器件来采集各类信息，送入主控单元89C52单片机处理数据后完成相应动作，以达到自身控制。电机驱动电路采用H桥驱动模块-双L298步进/直流电机驱动板 ，能同时驱动4个直流电机和2个步进电机；避障采用漫反射式光电开关来完成，自动寻迹采用红外发射管和接收管光电对管寻迹传感器完成，最后由控制单元处理数据后通过编程有序合理的将各模块信号整合在一起并完成相应动作，实现了智能控制，相当于简易机器人。,根据设计的作品要达到的效果，本系统以89C52为核心控制器，主要由电源模块、电机驱动模块、寻迹模块、避障模块、磁钢探测模块和探测金属模块构成。系统的结构框图如下图1所示。,主控单元方案,控制器主要用于控制电机，通过相关传感器对路面的轨迹信息进行处理，并处理信号传输给控制器，然后控制器做出相应的处理，实现小车的自动循迹和自动避障。采用AT89S52作为系统控制的方案。AT89S52单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，功耗低、体积小、技术成熟，成本也比ARM低。,电机单元方案,采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便，小车电机内部装有减速齿轮组，所以并不需要考虑调速功能，很方便的就可以实现通过单片机对直流减速电机前进、后退、停止等操作。,电源单元方案,采用双电源供电，通过两个独立的电源分别对单片机和直流减速电机进行供电，此方案的优点是，减少波动，稳定性比较好，可以让小车更好的运作起来，唯一的缺点就是会增加小车的重量。,避障单元方案,漫反射式光电开关进行避障。光电开关的工作原理是根据光线发射头发出的光束，被物体反射，其接收电路据此做出判断反应，物体对红外光由同步回路选通而检测物体的有无。当有光线反射回来时，输出低电平。当没有光线反射回来时，输出高电平。,寻迹单元方案,利用寻迹来引导小车到达用户所指定的地点。采用红外发射管和接收管光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。此方案存在的缺陷是对光线的亮度要求较高，在夜间难以正常工作。,3 硬件系统的设计,单片机控制模块STC89C52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在线系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 STC89C52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。如图是较为常见的单片机最小系统图。,L298N芯片,L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机，实物图如下图,+5V：芯片电压5V。 VCC：电机电压，最大可接50V。GND：共地接法。A-D-：输出端，接电机。AD+ ：为步进电机公共端，模块上接了VCC。EN1、EN2：高电平有效，EN1、EN2分别为 IN1和IN2、IN3和IN4的使能端。IN1 IN4：输入端，输入端电平和输出端电平是对应的,红外避障电路的原理,用漫反射式光电开关进行避障。光电开关实际发射头与接收头于一体的检测开关，其工作原理是根据发射头发出的光束，被物体反射，接收头据此做出判断是否有障碍物。当有光线反射回来时，输出低电平。当没有光线反射回来时，输出高电平。单片机根据接收头电平的高低做出相应控制，避免小车碰到障碍物。由于接收管输出TTL电平，有利于单片机对信号的处理。小车采用漫反射式传感器进行避障的电路原理图,寻迹模块的硬件设计,红外对管循迹模块，五路寻迹TCR5000的模块，采用红外发射管和接收管光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电，图为红外对管黑线检测电路。,小车的内部结构,4 软件设计,本设计里面，程序需要接近底层，但程序要解决的问题繁多，逻辑关系也比较复杂，代码量也比较大，又考虑到产品以后需要升级，各方面综合考虑，主要以C51语言来编写本设计的程序是最佳选择 。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision2）将这些部份组合在一起。,主程序流程图,循迹程序设计,循迹算法思路：小车车体前端向下置5 个光电对管，保证中间位置的对管始终被循迹线遮住，若相对中间位置偏左则提高左轮的电机PWM 输出，使其向右偏移，达到我们期望的中间位置；反之，要提高右轮电机的PWM 输出、磁钢检测原理:在小车底盘前端安装有一个带上拉电阻的霍尔传感器，若检测到一次磁钢，霍尔传感器便向单片机89C51发送一个高电平，此次高电平触发了小车的倒车子程序后，小车回到原来的出发点和方向。下图为寻迹校正程序的流程框图。,带避障的寻迹子程序,void xunji_bizhang()if(bz1=0),zhuangwan_jishu+;if(bz2=0) P2=0; kaishi_xunji=1; zhang_ai=1; /障碍标志TurnLeft();you_zhangai=1;zhuangwan_jishu+; shi_guai=0;/okok=1;if(bz1=1) /you_zhangai=1)要清0,红外避障程序设计,为了提高检测的准确性本设计中加入了四分红外探头用于避障，分别是小车的正面两个（前左前右），侧面左右各一个。它们的各端口的分配表如下表所示。,红外避障的程序流程图,结论,本设计方案按照任务书的要求，以51单片机为控制核心，结合光电对管寻迹传感器、漫反射式光电开关进行