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.四川理工学院毕业设计（论文） 行李托运智能小车W学 生：陈红燕学 号：111010101717专 业：计算机科学与技术班 级：2011级计科7班指导教师：何绍荣 四川理工学院计算机学院二O 一五年六月精选范本行李托运智能小车摘 要利用AT89C52单片机作为本次设计智能小车的控制处理器，输入PMW信号以完成小车自主识别黑色引导线，并沿黑线实现稳定高效的自动行驶。利用红外光电传感器获取路段的信息并反馈给单片机进行处理来对小车的速度的方向进行控制；除此之外，对软件的设计，调试等达到软硬件的融合的目地，完成小车在行李托运中运输功能。关键词：AT89C52,行李托运，PWM信号 The Researches on intelligent car in baggage ABSTRACTIn this paper, The car use AT89C52 as heart of control in this system. This design is a Simple Design of a smart auto-tracking vehicle which based on MSC control. The construction of the car ,and methods of hardware and software design are included. Then using PWM waves Produced by MCU to control car speed. By using photoelectric sensor to detect the information of black track. The smart vehicle acquires the information and sends t hem to the MSC. Then the MSC analyzes the signals and controls the movements of the motors. Which make the smart vehicle move along the given black line automation.Keywords:MSC control,PWM,photoelectric sensor目 录1章 综述 11.1课题背景 11.2 原理和方案 21.2.1 原理 21.2.2 方案和概述 31.3 标题 4第2 章 标题 52.1 标题 52.2 标题 6第3 章 标题 83.1 标题 83.2 标题 13第4 章 标题 194.1 标题 194.2 标题 214.2.1 标题 214.2.2 标题 22第5 章 结论 25致谢 26参考文献 27附 录 28附录A: 外文资料翻译原文部分 28附录B: 外文资料翻译译文部分 32附录C: 附加图、表 36附录D: 主要源程序 40附录E: 软件使用说明书 44附录F: 软盘/光盘 45第1章 绪论1.1 设计背景及意义二十一世纪科技迅猛发展，而智能毫无疑问成为了社会的主力军，同时也是社会发展的必然方向。智能是什么？智能即是智能的技术，它是面向多方面的新高科技技术，涉及到现代机器人技术，各种智能系统，能以更方便快捷的形态替代落后形态的系统，可以在无人管理的情况下，完成既定的或是更高目标的工作。智能具有感知能力，记忆与思维能力，学习能力及自适应能力，行为能力，同时智能技术以光、电、机器为单元进行设计而结合成不同的技术手段和产品以达到不同目地。特别是经过最近几十年的发展，智能以成为创新行业的重要手段今后的应用也会更加的广泛。本设计体现了智能小车的工作模式，可以应用到金属挖掘机器人，智能汽车，地质勘测，无人驾驶智能汽车等。而它在运输方面受到了广泛关注。中国是科技大国，必然也要致力于发展智能化的汽车产业。如今研究汽车的避障无疑让我国今后能在智能方面占据市场提供必然的基础。现实生活中，人工效率低，事物冗杂，延时长是行李托运中普遍存在的问题。而如何改善呢？设计中将智能小车运用到行李托运中，智能系统生成，超重多少，价钱仅需几秒就可以算出来，然后将行李放到小车上，批量处理，即可以解决人员消耗大，耗时长的问题，同时优化了行李的处理时间，可以及时的行李一同抵达目的地。方便了乘客。这样的小车还可以应用到工厂的运货上，沿轨迹送达货物到指定地点。节省人力物力，降低企业生产成本，达到利益最大化。还可以应用到高危，人力无法做到的工作，来降低风险。 精选范本.第2章 综 述2论文概述 2.1 背景智能时代来临，各种新型技术飞速发展，常见的就是单片机的应用。也因为其应用广，可移植性强 不仅在生活中还是在科研项目上的必不可少。它可以按人为设计而活动，而达到无人管理，实现智能化。本设计可实现多种智能模式，如自动运输机器人，采矿/营救机器人，民用商业清洁机器人等。同时小车可作为玩具的研究对象，现今儿童智力较上一辈有过之而不及，以前我们能满足的玩具，也已经不能满足他们的好奇心，所以急需一些先进的技术等投入进去，单片机无疑不是第二选择。而超声波避障以其方便快捷、易于做到实时控制，精度高而备受推崇。本设计通过智能小车的设计以达到航空运输类行李托运类运输功能，必将代替人工作业慢，事物冗杂，耗时长等缺点而实现高效能的应用2.2思路和方案2.2.1 思路该智能车采用红外传感器对轨道进行道路检测，单片机根据采集到的信号的不同状态判断小车当前状态，通过电机驱动芯片L298N发出控制命令，控制电机的工作状态以实现对小车姿态的控制。用PWM来调节直流电机的速度，方便实施电机的智能控制。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电机的转速。2.2.2 方案当光电传感器开始接受信号，通过比较器将信号传如单片机中。小车进入寻迹模式，即开始不停地扫描与探测器连接的单片I/O 口，一旦检测到某个I/O 口有信号变化，就执行相应的判断程序，把相应的信号发送给电动机从而纠正小车的状态。单片机采用T0定时计数器，通过来产生PWM波，控制电机转速。1.总体设计自动循迹小车控制系统由主控制电路模块、稳压电源模块、红外检测模块、电机及驱动模块等部分组成,控制系统的结构框图如图所示。稳压电源模块主控芯片AT89C52L298NQQQW减速电机光电传感器电压比较器控制系统的结构框图 1、 主控制电路模块：用AT89C51单片机、复位电路，时钟电路2、 红外检测模块：光电传感器ST188,比较器LM3243、 电机及驱动模块:电机驱动芯片L298N、两个直流电机4、 电源模块：双路开关电源2.3项目需求此次设计需要的软件硬件如表1.1 所示。表1.1 表题元件数量软件需求小车底板 1Keil uV4LCD液晶屏12864 1stc-isp89C52芯片 1L298N芯片 1HC-SR04芯片 1其他 若干3. 系统方案3.1 89C52单片机结构 STC89C52单片机是宏晶科技推出的新一代高速、低耗。超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统的8051单片机，可在12时钟/机器周期和6时钟/机器周期之间任意选择。主要特性如下： 1.工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机） 2.32个双向I/O口，3个16位定时/计数器，5个两级中断结构，3. 片上集成512字节RAM，8k片内存储器，可扩充64K外部存储器4. 具有EEPROM功能5. 具有看门狗功能6. 共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T23.2 最小系统 3.3 寻迹传感器模块TCRT系列红外反射传感器是经常使用的传感器。这个系列的传感器种类齐全、价格便宜、体积小、使用方便、质量可靠、用途广泛。我们采用TCRT-5000作为红外检测传感器。在黑线检测的测试中，若检测到白色区域，发射管发射的红外线没有反射到接收管，测量接收管的电压为48V ，若检测到黑色区域，接收管接受到发射管发射的红外线，电阻发生变化，所分得的电压也就随之发生变化，测的接收管的电压为05V，测试基本满足要求。判断有无黑线我们用的一块比较器LM324， 比较基准电压由30K的变阻器调节，各个接收管的参数都不一致，每个传感器的比较基准电压也不尽相同，我们为每个传感器配备了一个变阻器。3.4红外传感器TCRT-5000简介含一个反射模块（发光二极管）和一个接收模块（光敏三极管）。通过红外发射二极管不断发射红外信号，若发射出的红外线没有被反射回来货被反射回来的强度不够大，光敏三极管一直处于关断状态，此时模块输出为低电平，指示二极管一直处于熄灭的状态，被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，光敏三极管饱和，此时模块的输出端为高电平，指示二极管被点亮。 图 3-1 TCRT-5000工作原理图 3.4.1比较器LM324简介LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。电路功耗很小，工作电压范围宽，可用正电源330V，或正负双电源15V15V工作。在黑线检测电路中用来确定红外接收信号电平的高低，以电平高低判定黑线有无。在电路中，LM324的一个输入端需接滑动变阻器，通过改变滑动变阻器的阻值来提供合适的比较电压。 图 3-3 LM324内部电路 图 3-4 集成运放的管脚图3.4.2具体电路通过TCRT检测黑线，输出接收到的信号给LM324 ，接收电压与比较电压比较后，输出信号变为高低电平，再输入到单片机中，用以判定是否检测到黑线。图3-5 传感器模块电路图 3.5控制器模块采用INTEL 公司的STC89C52单片机作为主控制器。它是一个低功耗，高性能的8 位单片机，片内含32k 空间的可反复擦写100,000 次Flash 只读存储器，具有512字节的随机存取数据存储器（RAM），32 个I/O口，3个16位可编程定时计数器，且可在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。时钟电路和复位电路 如图3-7（与单片机构成最小系统）1）采用外部时钟，晶振频率为12MHZ2）采用按键复位图3-7 时钟电路和复位电路 3.6电机及驱动模块3.6.1电机 电机采用直流减速电机，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。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生较大扭力。可选用减速比为1：74 的直流电机，减速后电机的转速为100r/min。若车轮直径为6cm，则小车的最大速度可以达到V=2rv=2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s能够较好的满足系统的要求。3.6.2驱动驱动模块采用专用芯片L298N 作为电机驱动芯片，L298N 是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，其响应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机。以下为L298N的引脚图和输入输出关系表。 图3-9 L298N外部引脚 表2 L298N输入输出关系驱动电路的设计如图3-10 所示：图3-10 L298N电机驱动电路L298N 的5、7、10、12 四个引脚接到单片机上，通过对单片机的编程就可实现两个直流电机的PWM调速控制。3.7自动循迹小车总体设计3.7.1总体电路图图3-11 总体电路图3.7.2系统总体说明如图3-11所示，当光电传感器开始接受信号，通过比较器将信号传如单片机中。小车进入寻迹模式，即开始不停地扫描与探测器连接的单片I/O 口，一旦检测到某个I/O 口有信号变化，就执行相应的判断程序，把相应的信号发送给电动机从而纠正小车的状态。单片机采用T0定时计数器，通过来产生PWM波，控制电机转速。 4.软件设计4.1 PWM控制本系统采用PWM来调节直流电机的速度。PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率,从而改变负载两端的电压,进而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面,如电机调速、温度控制、压力控制等。在PWM驱动控制的调整系统中,按一个固定的频率来接通和断开电源,并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小,从而控制电动机的转速。因此,PWM又被称为“开关驱动装置”。在脉冲作用下,当电机通电时,速度增加；电机断电时,速度逐渐减少。只要按一定规律,改变通、断电的时间,即可让电机转速得到控制。本系统中通过控制51单片机的定时器T0的初值，从而可以实现P0.4和P0.5输出口输出不同占空比的脉冲波形。定时计数器若干时间（比如0.1ms）中断一次, 就使P0.4或P0.5产生一个高电平或低电平。 将直流电机的速度分为100个等级, 因此一个周期就有个100脉冲, 周期为100个脉冲的时间。速度等级对应一个周期的高电平脉冲的个数。占空比为高电平脉冲个数占一个周期总脉冲个数的百分数。一个周期加在电机两端的电压为脉冲高电压乘以占空比。占空比越大, 加在电机两端的电压越大, 电机转动越快。电机的平均速度等于在一定的占空比下电机的最大速度乘以占空比。当我们改变占空比时, 就可以得到不同的电机平均速度, 从而达到调速的目的。精确地讲, 平均速度与占空比并不是严格的线性关系, 在一般的应用中, 可以将其近似地看成线性关系。4.2 总体软件流程图小车进入寻迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接的单片I/O 口，一旦检测到某个I/O 口有信号变化，就执行相应的判断程序，把相应的信号发送给电动机从而纠正小车的状态。软件的主程序流程图如图4-1所示：系统初始化任务计数器归零是否完成全部任务？循迹子函数是否完成本次任务？结束开始NYNY图4-1主程序流程图4.3小车循迹流程图小车进入循迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接的单片机I/O口，一旦检测到某个I/O口有信号，即进入判断处理程序，先确定4个探测器中的哪一个探测到了黑线，如果左面第一级传感器或者左面第二级传感器探测到黑线，即小车左半部分压到黑线，车身向右偏出，此时应使小车向左转；如果是右面第一级传感器或右面第二级传感器探测到了黑线，即车身右半部压住黑线，小车向左偏出了轨迹，则应使小车向右转。在经过了方向调整后，小车再继续向前行走，并继续探测黑线重复上述动作。循迹流程图如图4-2所示图4-2循迹流程图启动循迹模式探测黑线是否检测到黑线判断处理程序向左转Turn_left2向左转Turn_left1向右转Turn_right1向右转Turn_Lright2继续前进NY由于第二级方向控制为第一级的后备，则两个等级间的转向力度必须相互配合。第二级通常是在超出第一级的控制范围的情况下发生作用，它也是最后一层保护，所以它必须要保证小车回到正确轨迹上来，则通常使第二级转向力度大于第一级，即Turn_left2 Turn_left1,Turn_right2 Turn_right1 (其中Turn_left2，Turn_left1, Turn_right2 , Turn_right1为小车转向力度，其大小通过改变单片机输出的占空比的大小来改变)，具体数值在实地实验中得到。4.4中断程序流程图这里利用的是51单片机的T0定时计数器，从而让单片机P0口的P0.4和P0.5引脚输出占空比不同的方波, 然后经驱动芯片放大后控制直流电机。定时计数器若干时间（比如0.1ms）比如中断一次, 就使P0.4或P0.5产生一个高电平或低电平。中断程序流程图如图4-3所示定时器赋初值技术变量赋值t=0计数值t占空比？P0.4和P0.5输出高电平P0.4和P0.5输出低电平计数变量t加1开始结束YN图4-3中断程序流程图 第5章 结论在最近几月的设计中，我一边查阅资料，一边焊接各种电路板，在这过程中我觉得最大的问题是看懂电路图，而且一定一定要细心，少焊一个地方也会造成系统瘫痪或是无法正确调试。让我这个本科生感觉到实际与理论相结合不是想象中的那么简单。不过后面通过多方的帮助，终于调试成功并能进行调试，下载等，提高我的动手动脑能力，也让我巩固了以前学习的知识。 致谢 通过这次三个月论文的设计，基本完成了设计任务，在此过程中我也是收获颇丰。在这次设计中特别感谢何绍荣何老师对我的悉心指导，能让我及时的解决在设计过程中遇得到的问题，在这次设计中理解了实践与理论相结合，并体验了大学四年的学习成果，虽然这之间也有很多的不足，但我也会在以后不断的进行只是的补充，这次机会也让我为今后的发展奠定了基础。设计中有的不足，还请各位老师不吝指正。参考文献1 宋健,姜军生,赵文亮. 基于单片机的直流电动机PWM 调速系统J . 农机化研究,2006 , (1) :102 - 103.2 边春元 李文涛 江杰 杜平等；C51单片机典型模块设计与应用；机械工业出版社；2008.43 李华. MCS- 51 系列单片机实用接口技术M.北京:航空航天大学出版社, 20034 楼然苗.51 单片机设计实例M.北京:航空航天大学出版社,2005.85 王晶,翁显耀,梁业宗 自动寻迹小车的传感器模块设计.武汉理工大学自动化学院湖北武汉6 刘迎春. 传感器原理设计与应用M . 长沙:国防科技大学出版社,1992.宋体、Times New Roman，小4号，行距固定值22镑、段后12 镑、居中附 录附录C: 附加图、表表C.1 标题项目名1项目名2项目名3内容内容内容内容内容内容内容内容内容内容内容内容图C.1 标题附录D: 主要源程序黑体4号，段前段后各12磅软件的源程序/-/挂上、卸下Keyboard hook，并运用自定义信息传递Hook 数据宋体、Times New Roman 5号，行距固定值18/-#include #pragma hdrstop#include Unit1.h/-#pragma package(smart_init)#pragma resource *.dfmTKeyHookForm *KeyHookForm;/-_fastcall TKeyHookForm:TKeyHookForm(TComponent* Owner):TForm(Owner)inthook = 0; /计算按键次数变量归零FormStyle = fsStayOnTop; /将KeyHookForm 维持在窗口最上面Button1-Enabled = true; /挂上和卸下Hook 的按钮状态Button2-Enabled = false;增加必要的注释/-/挂上Hook 链，并设置定时器从共享内存中取回键盘信息void _fastcall TKeyHookForm:Button1Click(TObject *Sender)inthook = 0; /计算按键次数变量归零/在keydll.dll 中，SetHook 函数执行注册Hook/行程到信息链中void (*SetHook)(); /先声明有一SetHook 函数inst = LoadLibrary(keydll.dll) /加载同一目录下的指定连接文件-keydll.dll;(FARPROC &)SetHook = :GetProcAddress(inst,SetHook);/取得dll 中SetHook 函数地址SetHook(); /执行指向dll 中的SetHook 函数;Button1-Enabled = false; /挂上和卸下Hook的按钮状态Button2-Enabled = true;/-/卸下Hook 链，解除自定义的hookvoid _fastcall TKeyHookForm:Button2Click(TObject *Sender)/在keydll.dll 中，RemoveHook 函数执行从信息链中卸下Hook 进程void (*RemoveHook)(); /声明RemoveHook 函数inst = LoadLibrary(keydll.dll); /加载同一目录下的指定连接文件-keydll.dll(FARPROC &)RemoveHook = GetProcAddress(inst,RemoveHook);/取得dll 中RemoveHook 函数地址RemoveHook(); /执行指向dll 中的RemoveHook 函数FreeLibrary(inst); /释放dllButton1-Enabled = true; /挂上和卸下Hook 的按钮状态Button2-Enabled = false;/-/取得拦截自键盘中的自定义信息void _fastcall TKeyHookForm:KeyHook(TMessage &Msg)/取得自定义信