自动电动停车毕业设计.doc

长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 I 自动电动停车毕业设计自动电动停车毕业设计 目目 录录 第第 1 1 章章 概概 述述 1 1 1 智能停车的背景及意义 1 1 1 1 引言 1 1 1 2 背景及意义 1 1 2 单片机发展综述 3 第 2 章 选型设计 7 2 1 题目分析 7 2 2 引导方案设计 7 2 2 1 引导小车传感器选择 7 2 2 2 发现车库传感器选择 8 2 3 避障电路的选择 10 2 4 车库停车电路的选择 12 2 5 显示器的选择 12 2 6 电机的选择 13 2 7 驱动电机电路的选择 14 第第 3 3 章章 智能停车系统设计智能停车系统设计 16 3 1 设计原理 16 3 2 单片机最小系统 17 3 3 红外寻迹电路 19 3 4 红外避障电路 20 3 5 光源检测电路 23 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 II 3 6 显示电路 24 3 7 电机驱动电路 26 第第 4 4 章章 智能停车系统程序设计智能停车系统程序设计 29 4 1 程序 29 4 1 1 主程序流程图 29 4 2 程序设计 30 4 2 1 检查光源程序 30 4 2 2 避障程序 30 4 2 3 入库程序 31 4 2 4 显示程序 31 总总 结结 33 致致 谢谢 34 参考文献参考文献 35 附录附录 1 1 智能停车场系统原理图智能停车场系统原理图 36 附录附录 2 2 停车场设计图 停车场设计图 37 附录附录 3 3 智能停车场系统程序清单 智能停车场系统程序清单 38 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 0 第第 1 1 章章 概概 述述 1 11 1 智能停车的背景及意义智能停车的背景及意义 1 1 11 1 1 引言引言 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 全国大学 生电子大赛和省内电子大赛中几乎每次都有关于小车这方面的题目 全国各高校 也都很重视该题目的研究 可见其研究意义很大 本设计就是在这样的背景下提 出的 指导教师已经有充分的准备 本题目是结合科研项目而确定的设计类课题 设计的智能电动小车应该具有计时 智能寻迹 避障 停车等功能 随着我国汽车数量逐年急剧增多 停车位 停车场的数量却跟不上其增长的 步伐 越来越多的人为如何停车而发愁 日益拥挤的停车环境要求人们对汽车的 停车技术更加地娴熟 这就更加重了人们工作之外的紧张情绪 降低了人们的生 活质量 因此 如何解决停车过程中的不便利 消除安全隐患 迅速 准确 安 全地将汽车停靠到合适的位置 逐渐引起了人们的关注 1 1 21 1 2 背景及意义背景及意义 随着经济水平的发展和人民生活水平的不断提高 一方面汽车拥有量越来越 多 公路 街道 停车场 居民小区等拥挤不堪 可利用的停车空间越来越少 另一方面 驾车新手逐年增多 由于不熟练导致的各种问题也很多 美国密歇根 大学交通研究所的paulGreen的研究表呀 根据交通事故数据库统计资料和保险公 司事故统计资料 停车导致的事故占到各类事故的44 其中大约1 2到3 4的停车 碰撞是倒车造成的 如表1 1 表1 2和表1 3所示 由此可见 倒车进行停车是驾 驶员容易出问题而导致交通事故的一个重要原因 如何改善汽车的操控性 尤其 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 1 是停车过程中的不便利 消除安全隐患 迅速 准确 安全地将汽车停靠到合适 的位置 逐渐引起了人们的关注 表表1 11 1 根据车辆动作统计事故资料根据车辆动作统计事故资料 车辆动作数量百分比 前进163946 进入车位121134 离开车位35510 转弯35210 总计3557100 表表1 21 2 停车过程中事故统计资料停车过程中事故统计资料 停车动作数量百分比 倒车到路沿上41426 4 倒车停在路边60938 9 前进停在路边37824 1 未停在路边835 3 不明825 3 总计1566100 表表1 31 3 密歇根市停车相关事故统计资料密歇根市停车相关事故统计资料 年份 事故类型分类 200020012002 总计 进入车库10589788582894 离开车库2818254222077567停车 总计38763520306510461 致命性1237120611753618 受伤870438092280567248532总计 总计4248524008133955151221180 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 2 汽车在停车过程中的困难主要有三方面 一是驾驶员的视野有限 驾车者在 驾驶座上很难完全看清楚后方的情况 仅能通过后视镜来观察车尾部情况 然而 由于位置 天气等因素 后视镜又往往难以起到良好的效果 二是对于经验较少 的驾驶员 通过后视镜来观察车尾情况 需要推理反向视角的变化 又需要常 常扭头观察真实情况 同时还需要控制方向盘 油门和刹车等 容易造成操作失 误 三是对于不熟悉的环境或者车位狭窄的情况下 驾车新手由于缺乏经验技巧 或者对车型部件的灵敏程度不熟悉 往往难以很好地控制汽车进行快速准确的停 位 汽车作为一种重要的交通工具 一直在人们的经济文化生活中发挥着重要的 作用 随着科技的进步 汽车电子更是发展迅速 汽车已经不仅仅作为一项机械 产品 更承载了许多先进的电子设备 向着智能汽车的方向发展 即致力于改善 人们的驾驶乐趣和汽车的安全性 把人们从简单枯燥的驾驶行为中解放出来 各 大汽车厂商对于汽车电子都给予了很大关注 大力研究应用车载智能感应设备和 半自动 自动电子控制设备 可以看到 研究自动停车技术的发展有着良好的应 用前景和市场意义 1 21 2 单片机发展综述单片机发展综述 单片机是属于微型计算机的一种 二者既有相同的地方 又有区别 单片机 集成了微型计算机的很多功能部件 如具有数据处理的 CPU 随机和只读存储器 输入 输出口和中断系统 但它们的具体结构和处理方式不同 单片机是一种集成电路芯片 是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理 能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM 只读存储器 ROM 多种 I O 口和中断系统 定时器 计时器等功能 可能还包括显示驱动电路 脉宽调制电路 模拟多路转换 器 A D 转换器等电路 集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系 统 在工业控制领域的广泛应用 从上世纪 80 年代 由当时的 4 位 8 位单片机 发展到现在的 32 位 300M 的高速单片机 单片微型计算机简称单片机 是典型的嵌入式微控制器 Microcontroller Unit 单片机芯片常用英文字母的缩写 MCU 表示单片机 单片机又称单片微控 制器 它不是完成某一个逻辑功能的芯片 而是把一个计算机系统集成到一个芯 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 3 片上 单片机由运算器 控制器 存储器 输入输出设备构成 相当于一个微型 的计算机 和计算机相比 单片机只缺少了 I O 设备 概括的讲 一块芯片就成 了一台计算机 它的体积小 质量轻 价格便宜 为学习 应用和开发提供了便 利条件 同时 学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择 它最早是 被用在工业控制领域 由于单片机在工业控制领域的广泛应用 单片机由芯片内仅有 CPU 的专用处 理器发展而来 最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中 使计算机系统更小 更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中 AT89S51是美国 ATMEL 公司生产的低功耗 高性能 CMOS 8位单片机 片内含 4Kb 的可供系统编程的只读存储器 这枚芯片集程序存储器基可在线编程也可用 传统方法进行编程及通用8位微处理器雨单片机芯片中 Atmel 公司的功能强大 低价位 AT89S51单片机可以提供许多高性价比的应用场合 可灵活应用于各种控 制领域 尽管 AT89S51与89C51在外型管脚上完全相同 但 AT89S52在性能方面比89C51 要优越一些 它可以在线编程 这样在改写片内程序时 不需要将芯片从工作环 境中取下来 所使用更加方便 有了更高的工作频率 范围大概为33MHz 根据有 关资料得知89c51的极限工作频率只有24M 使得其计算速度得到了提高 稳定性 更好 抗干扰能力更强 烧写次数更多 程序的保密性大大加强 兼容性方面 AT89S52向下完全兼容51全部系列产品 向8951也可以向下兼容 比如 8051 89S51等早期 MCS 51兼容产品 AT89S51是一种低功耗高性能的8位单片机 片内带有一个4KB 的 Flash 在线 可编擦除只读存储器 它采用了 CMOS 工艺和 ATMEL 公司的高密度非易失性存储器 技术 而且其输出引脚和指令系统和51系列单片机兼容 片内的存储器允许在线 重新编程或用常规的非易失性存储器编程器来编程 同时已具有三级程序存储器 保密的性能 在众多的51系列单片机中 要算 ATMEL 公司的 AT89S51更实用 因 为它不仅和 MCU 51系列单片机指令 管脚完全兼容 而且它将通用 CPU 和在线可 编程 Flash 集成在一个芯片上 这种单片机对开发设备的要求很低 开发时间也 大大缩短 AT89S51是一种低功耗高性能的8位单片机 片内带有一个4KB 的 Flash 在线 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 4 可编擦除只读存储器 它采用了 CMOS 工艺和 ATMEL 公司的高密度非易失性存储器 技术 而且其输出引脚和指令系统和51系列单片机兼容 片内的存储器允许在线 重新编程或用常规的非易失性存储器编程器来编程 同时已具有三级程序存储器 保密的性能 在众多的51系列单片机中 要算 ATMEL 公司的 AT89S51更实用 因 为它不仅和 MCU 51系列单片机指令 管脚完全兼容 而且它将通用 CPU 和在线可 编程 Flash 集成在一个芯片上 这种单片机对开发设备的要求很低 开发时间也 大大缩短 AT89S51主要功能列举如下主要功能列举如下主要功能列举如下主要功能列举 如下 1 为一般控制应用的8位单芯片 2 晶片内部具时钟振荡器 传统最高工 作频率可至12MHz 3 内部程式存储器 ROM 为4KB 4 内部数据存储器 RAM 为128B 5 外部程序存储器可扩充至64KB 6 外部数据存储器可扩充至 64KB 7 32条双向输入输出线 且每条均可以单独做 I O 的控制 8 5个中断向 量源 9 2组独立的16位定时器 10 1个全多工串行通信端口 11 8751及8752 单芯片具有数据保密的功能 12 单芯片提供位逻辑运算指令 VCC AT89S51电源正端输入 接 5V VSS 电源地端 XTAL1 单芯片系统时钟的反相放大器输入端 XTAL2 系统时钟的反相放大器输出端 一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了 此外可以在两引脚与地之间 加入一 20PF 的小电容 可以使系统更稳定 避免噪声干扰而死机 RESET AT89S51的重置引脚 高电平动作 当要对晶片重置时 只要对此引 脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间 AT89S51便能完成系统重置 的各项动作 使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态 并且至地址 0000H 处开始读入程序代码而执行程序 EA Vpp 存取外部程序代码之意 低电平动作 也就是说当此引脚接低电平 后 系统会取用外部的程序代码来执行程序 因此在8031及8032中 EA 引脚必须 接低电平 因为其内部无程序存储器空间 如果是使用 8751 内部程序空间时 此引脚要接成高电平 此外 在将程序代码烧录至8751内部 EPROM 时 可以利用 此引脚来输入21V 的烧录高压 ALE PROG 地址锁存器启用信号 AT89S51可以利用这支引脚来触发外部的8 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 5 位锁存器 将端口0的地址总线 A0 A7 锁进锁存器中 因为 AT89S51是以多工 的方式送出地址及数据 平时在程序执行时 ALE 引脚的输出频率约是系统工作频 率的1 6 因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入 此外在烧录8751程序代码 时 此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用 PSEN 程序储存启用 当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时 EA 0 会送出此信号以便取得程序代码 通常这支脚是接到 EPROM 的 OE 脚 AT89S51可以利用 PSEN 及 RD 引脚分别启用存在外部的 RAM 与 EPROM 使得数据存 储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K 的定址范围 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 6 第第 2 2 章章 方案方案选型设计选型设计 2 12 1 题目分析题目分析 根据题目要求 智能停车系统可分为控制部分和信号检测部分 为了使小车 能正常的进入仓库 因此车库系统需要有一个引导系统 把小车正确的引导到车 库前 使小车能进行智能停车 这要求系统中装有光电对管等这种测距离的传感 器 用以引导小车进入车库 在实现车库与小车通信的问题上 可以应用无线或 红外的通信方式 使小车顺利找到车库 实现小车与车库系统的串联 并通过测 距传感器实现入库 停车 再到出库的一系列动作 智能停车系统 对小车有设 计外 还要对停车场要有专门的改建 题目要求小车智能停车 到达车库入口附 近 进入车库 不能压线 可以使用红外对管等传感器 2 22 2 引导方案引导方案设计设计 引导方案可分为引导小车至车库前和发现车库两部分 2 2 12 2 1 引导小车传感器选择引导小车传感器选择 引导小车模块 可使用传感器检测地面的引导系统 从而使小车开往车库 方案一 采用发光二极管 光敏电阻 其工作原理 当无光照时 光敏电阻呈 现高阻状态 反之 当有光照的时候 光敏电阻接收到反射的光 其阻值下降利 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 7 用高低电平可以判断控制小车的形程和方向 该方案缺点明显 易受冻外界光源 的干扰 不易于控制小车的行迹 损坏了信号采集的效果 有时甚至检测不到黑 线 主要是因为可见光的反射效果跟地表的平坦程度 地表材料的反射情况对检 测效果产生直接影响 而且外界的可见光对设备的影响很大 而且不容易克服外 界可见光的干扰 虽然可采取超高亮度发光二极管降低一定的干扰 但这有增加 额外的功率损耗 方案二 采用红外光电对管 由于只需分辨黑白 红外光电对管有一个管发 射红外线一个用于接收红外线 由于白纸的黑线和白纸的反射系数不一样 白纸 则反射回来 而黑线则被吸收了 这个再由外围电路对信号进行检测 同时接到 单片机口 由单片来检测识别 控制小车的行驶 当对着黑线时 则一直检测到 高电平 而白纸则低电平 这样一来检测反映灵敏 外围电路也很简单 光电对 管发射的同时也能接收红外信号 整个检测设备简单 稳定性高 速度快 采用 红外线管代替普通可见光管 可以降低环境光源对接收管的干扰 直接用直流电 源给管子供电 从而测定小车的前进方向 该方案中小车的前进与后退是在同一 路线上进行的 光线照射道路面上 根据在路上的线路的路面颜色的不同 反光 系数的不同 影响的反射光的强弱从而检测到所要走的线路 利用发光二极管以 及光敏电阻组成发射与接收装置 来测定所要走的路线 该方案传感器必须装在 小车的底盘前沿 靠近地面 使小车方向更准确 缺点是检测距离短 优点是成 本低 易于操作 比较两种方案 方案二的应用较为方便 快捷 而且避免电路的复杂性 使 得操作和制作过程简单化 也使得应用的更加方便快捷 在小车的设计上避免了 小车因没有方向感而不能到达目的地 也使软件的设计上少了很多的不必要的麻 烦 但应注意传感器必须装在小车的底盘前沿 靠近地面 我们为避免设计上的 一些难题和外界环境的影响 采用方案二 2 2 22 2 2 发现车库传感器选择发现车库传感器选择 发现车库模块 可在车库上安装个光源使小车检测 为了检测光线的强弱 我们在小车左前方 右前方加了2只光敏传感器 即光 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 8 敏电阻 光敏传感器根据照射在它上面的光线的强弱 阻值发生变化 输出电压 随之变化 从而引导小车 向光源靠近 不同型号的光敏电阻 暗电阻及亮电阻 差别较大 需根据不同参数的光敏电阻 选用不同大小的分压电阻 由光敏电阻的工作原理是基于内光电效应 在半导体光敏材料两端装上电极 引线 将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻如图所示 为了增加灵敏 度 两电极常做成梳状 构成光敏电阻的材料有金属的硫化物 硒化物 碲化物 等半导体 半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少 当光敏电 阻受到光照时 价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带 成为自由电子 同时 产生空穴 电子 空穴对的出现使电阻率变小 光照愈强 光生电子 空穴对就 越多 阻值就愈低 当光敏电阻两端加上电压后 流过光敏电阻的电流随光照增 大而增大 入射光消失 电子 空穴对逐渐复合 电阻也逐渐恢复原值 电流也逐 渐减小 在黑暗环境里 它的电阻值很高 当受到光照时 只要光子能量大于半 导体材料的禁带宽度 则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带 并 在价带中产生一个带正电荷的空穴 这种由光照产生的电子 空穴对增加了半导 体材料中载流子的数目 使其电阻率变小 从而造成光敏电阻阻值下降 光照愈 强 阻值愈低 入射光消失后 由光子激发产生的电子 空穴对将逐渐复合 光 敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值 光敏电阻 光敏电阻又称光导管 常用的制作材料为硫化镉 另外还有硒 硫化铝 硫化铅和硫化铋等材料 这些制作材料具有在特定波长的光照射下 其 阻值迅速减小的特性 这是由于光照产生的载流子都参与导电 在外加电场的作 用下作漂移运动 电子奔向电源的正极 空穴奔向电源的负极 从而使光敏电阻 器的阻值迅速下降 光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入 射光的强弱而改变的电阻器 又称为光电导探测器 它的特性可以概括为 入射 光强 电阻减小 入射光弱 电阻增大 光敏电阻大致可以分为表2 1几类 小车行驶时 寻的是自然光源 所以本设计的寻光传感器选择上面选择了可 见光光敏电阻作为光线传感器 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 9 表表2 12 1 光敏电阻的分类光敏电阻的分类 类型特点 紫外光敏电阻器 对紫外线较灵敏 包括硫化镉 硒化镉光敏电 阻器等 用于探测紫外线 红外光敏电阻器 主要有硫化铅 碲化铅 硒化铅 锑化铟等光 敏电阻广泛用于导弹制导 天文探测 非接触 测量 人体病变探测 红外光谱 红外通信等 国防 科学研究和工农业生产中 可见光光敏电阻器 包括硒 硫化镉 硒化镉 碲化镉 砷化镓 硅 锗 硫化锌光敏电阻器等 主要用于各种 光电控制系统 如光电自动开关门户 航标灯 路灯和其他照明系统的自动亮灭 自动给水和 自动停水装置 机械上的自动保护装置和 位 置检测器 极薄零件的厚度检测器 照相机 自动曝光装置 光电计数器 烟雾报警器 光 电跟踪系统等方面 2 32 3 避障电路的选择避障电路的选择 方案一 视觉传感器 视觉传感器是非接触型的 它是电视摄像机等技术的 综合 是机器人众多传感器中最稳定的传感器 机器人的视觉传感器有下述三种 测量方式 1 直接处理电视摄像机所摄取的深浅图像亮度6分图像的深浅图像处理方式 把亮度信息数字化 通常为4 10比特左右 作为64 64 1024 1024个象素输出处 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 10 理部分 然后 利用种种已知算法 为线条进行解释 识别被加工物 这种图像 处理法的困难是需要处理庞大的输出数据 费时太多 作为机器人的视觉 往往 简化成双值 再利用专用处理装置快速处理 2 把深浅图像双值化再处理方式 3 根据距离信息测量物体的开关和位置的方式 该方法采用的方案有采用三 角测量法和利用两台电视摄像机的立体视觉法等多种方案 它以结构简单 使用 方便 速度快 精度高等诸多优点被成功地用于工业检测 物体识别 工件定位 机器人自导引 航天及军事等诸多领域 视觉检测技术具有大量程 非接触 速 度快 系统柔性好 精度高等优点 可广泛应用在物体的三维测量与立体图像重 构等领域 对于立体视觉检测方法而言 立体匹配是立体视觉检测最为关键的问 题 但是至今为止仍未找到一种通用快速的立体匹配算法 在摄像机标定 特征 提取和立体图像匹配方面还存在着一些难以解决的问题 双目立体全方位视觉传 感器 利用二次折反射的成像原理设计折反射镜面 利用4阶Runge Kutta算法求得 了镜面曲面的数字解 通过组合镜头的设计方法将ODVS与广角镜头集成在一起来 消除原有ODVS的固有死角 最后将两个相同参数的具有平均角分辨率的ODVS以背 靠背的方式合成为一个双目立体ODVS 在视频数据采集 信息加工及表达上均采 用高斯球坐标方式 避免了目前在三维测量与立体图像重构时多次坐标转换 利 用两个具有相同参数的ODVS能方便地对齐特征点的方位角来实现快速的立体图像 匹配 简化了摄像机标定 特征点的匹配等繁琐的步骤 实验结果表明 该传感 装置能简化立体视觉测量计算的复杂性 容易实现立体图像匹配 易于多目标测 量和分类 分辨率好 但不能直接测量距离 算法复杂 处理速度慢 方案二 红外光电式传感器 基于光电效应的传感器 在受到可见光照射后 即产生光电效应 将光信号转换成电信号输出 它除能测量光强之外 还能利用 光线的透射 遮挡 反射 干涉等测量多种物理量 如尺寸 位移 速度 温度 等 因而是一种应用极广泛的重要敏感器件 光电测量时不与被测对象直接接触 光束的质量又近似为零 在测量中不存在摩擦和对被测对象几乎不施加压力 因此 在许多应用场合 光电式传感器比其他传感器有明显的优越性 具有非接触 响 应快 性能可靠 体积小 安装轻便等诸多特点 因此在工业自动化装置和智能 小车中获得广泛应用 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 11 因为视觉传感器算法过于复杂 处理速度较慢 远没有红外光电式传感器响 应快 体积相对来说也比较大 因此选择红外光电式传感器 2 42 4 车库停车电路的选择车库停车电路的选择 方案一 超声波测距 谐振频率高于20kHz的声波被称为超声波 超声波为直 线传播方式 频率越高 绕射能力越弱 但反射能力越强 利用超声波的这种性 能就可制成超声传感器 或称为超声换能器 它是一种既可以把电能转化为机械 能 又可以把机械能转化为电能的器件或装置 换能器在电脉冲激励下可将电能 转换为机械能 向外发送超声波 反之 当换能器处在接收状态时 它可将声能 机械能 转换为电能 由于超声波的速度相对于光速要小的多 其传播时间就比 较容易检测 并且易于定向发射 方向性好 强度好控制 因而人类采用仿真技 能利用超声波测距 超声波测距是一种利用声波特性 电子计数 光电开关相结 合来实现非接触式距离测量的方法 它在很多距离探测应用中有很重要的用途 包括非损害测量 过程检测 机器人检测和定位 以及流体液面高度测量等 优 点是比较耐脏污 即使传感器上有尘土 只要没有堵死就可以测量 缺点是一定 距离内有一定的束角 受周围障碍物影响大 且测量精度受到温度的一定影响 方案二 红外测距 原理为红外发射电路的红外发光管发出红外光 经障碍 物反射后 由红外接收电路的光敏接收管接收前方物体反射光 据此判断前方是 否有障碍物 根据发射光的强弱可以判断物体的距离 由于接收管接收的光强随 是随反射物体的距离变化而变化的 因而 距离近则反射光强 距离远则反射光 弱 优点是便宜 易制 安全 缺点是精度低 距离近 方向性差 自然界红外 光分布比较广泛 容易引起测量误差 市场上的红外测距传感器一般的测距范围 在20cm 150cm左右 适合近距离测距 车库是小空间 车体与车库两边距离较近 因此用红外测距也能实现 再加 上可以使用避障电路中的红外光电传感器 即可节约成本 也可简化电路 因此 选方案二 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 12 2 5 显示器的选择显示器的选择 方案一 采用传统的七段数码 LED 显示器 LED 就是 light emitting diode 发光二极管的英文缩写 简称 LED 它是一种通过控制半导体发光二极管的显 示方式 其大概的样子就是由很多个通常是红色的发光二极管组成 靠灯的亮灭 来显示字符 用来显示文字 图形 图像 动画 行情 视频 录像信号等各种 信息的显示屏幕 但是 LED 显示器由于特性原因目前大多用于广场大屏幕或商品 房门面牌匾 方案二 采用 LCD 液晶屏进行显示 LCD 液晶显示器是一种低压 微功耗的显 示器件 只要 2 3 伏就可以工作 工作电流仅为几微安 是任何显示器无法比拟 的 同时可以显示大量信息 除数字外 还可以显示文字 曲线 比传统的数码 LED 显示器显示的界面有了质的提高 在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的 应用 LCD 显示器优点 1 显示质量高 由于液晶显示器的每一个点收到信号后就一直保持那种色 彩和亮度恒定发光 因此液晶显示器的画质高而且不会闪烁 2 数字式接口 液晶显示器都是数字式的 和单片机的接口简单操作也很 方便 3 功率消耗小 相比而言液晶显示器的主要功耗在内部电极和驱动 IC 上 因而耗电量比其他器件要小很多 4 体积小 重量轻 液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来 达到显示的目的 在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多 虽然 LCD 显示器的价格比数码管要贵 但它的显示效果好 是当今显示器的 主流 所以采用 LCD 作为显示器 2 6 电机的选择电机的选择 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 13 市场上用很多种类的小电压直流电动机 很方便的选择到 主要有普通电动 机 和步进电动机 方案一 采用步进电机 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的 开环控制元件 在非超载的情况下 电机的转速 停止的位置只取决于脉冲信号 的频率和脉冲数 而不受负载变化的影响 即给电机加一个脉冲信号 电机则转 过一个步距角 这一线性关系的存在 加上步进电机只有周期性的误差而无累积 误差等特点 使得在速度 位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单 虽然步进电机已被广泛地应用 但步进电机并不能象普通的直流电机 交流电机 在常规下使用 它必须由双环形脉冲信号 功率驱动电路等组成控制系统方可使 用 因此用好步进电机却非易事 它涉及到机械 电机 电子及计算机等许多专 业知识 步进电动机的一个显著的特点就是具有快速启动和停止能力 能够达到 我们所要求的标准 如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值 就能够立 即是步进电机启动或反转 其转换灵敏度比较高 正转 反转控制灵活 但是步 进电机的价格比较昂贵 对于我们的现状相差太远 方案二 采用普通的直流电机 直流电机 将直流电能转换为机械能的转动装 置 电动机定子提供磁场 直流电源向转子的绕组提供电流 换向器使转子电流 与磁场产生的转矩保持方向不变 将直流电能转换为机械能的电动机 因其良好 的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用 直流电动机按励磁方式分为永磁 他 励和自励 3 类 其中自励又分为并励 串励和复励 3 种 直流电机具有优良的调速 特性 调速平滑 方便 调整范围广 过载能力强 能承受频繁的冲击负载 可 实现频繁的无极快速启动 制动和反转 具有调速性能好 起动力矩大等优点 能 满足各种不容的特殊运行要求 由于普通直流电机价格适宜 更易于购买 并且电路相对简单 因此建议采 用直流电机作为动力源 2 72 7 驱动电机电路的选择驱动电机电路的选择 方案一 采用H型全桥式驱动电路 H型桥式驱动器有着广泛的应用 如磁 盘驱动 点秒机 汽车电子 伺服系统 玩具等等 这种驱动器在单电源情况下 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 14 可以提供双向输出 由逻辑IC或微控制器进行控制 综通常使用2个NPN和2个PNP 晶体管 所有晶体管都是发射极接地 如果接通一个NPN晶体管和对角线的PNP晶 体管 则实际上所有的上加电压都将加到电机负载上 接通另一对晶体管则使负 载上的电压方向相反 H型桥式晶体管常常要求附加的集电极 发射极保护二极管 以防止负载电机可能产生的瞬态电流和反馈电流损坏晶体管 由分立元件构成电 机驱动电路 很方便的实现直流电机的四象限运行 分别对应正转 正转制动 反转 反转制动 其结构简单 价格低廉 但是性能不稳定 方案二 采用技术成熟的电机驱动芯片L293N 不仅可以大大简化驱动电路 而且功率容量大 输出电压最高可达32V 可以直接通过电源来调节输出电压 可 以直接用单片机的IO口提供信号 而且电路简单 使用比较方便 通过实验 我 们发现L293D芯片能稳定地驱动电机 基于以上分析拟订方案二 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 15 第第 3 3 章章 智能停车系统设计智能停车系统设计 3 13 1 设计原理设计原理 智能停车控制系统同样采用 AT89S52 单片机作为控制核心 根据传感器采集 到的信号 控制小车的行进 转向和停车 并计时 为了实现设计要求 系统可 分为寻迹检测 躲避障碍 光源检测 显示电路和电机控制等功能模块 系统原 理框图如图 3 1 所示 图 3 1 智能停车系统原理框图 小车启动后 首先利用红外对管传感器对黑色引导线进行检测 并将检测信 号送入单片机进行判断和处理 驱动左轮和右轮电机以达到控制小车行进方向的 红外寻迹电路 红外避障电路 光源检测电路 电机驱动电路 单 片 机 AT89S51 计时 LCD1602 显示 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 16 目的 利用激光传感器对障碍物体进行检测 根据检测结果 驱动电机使小车绕 过障碍物 并利用光敏电传感器接收光源信号 控制小车准确进入车库并停车 完成预定任务 为了完成为了更好地完成小车避障 光源引导和入库过程 停车场系统设计 也是十分重要的 停车场系统设计图如图 3 2 所示 图 3 2 停车场设计图 停车场的每个车库都有一个独立的光源 每个光源只有在前一个停车库有车 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 17 停着以后它才亮 当本车库有车停着以后 该光源就熄灭 下一光源自动点亮 3 23 2 单片机最小系统单片机最小系统 最小应用系统是单片机工作的必备基础条件 包括时钟电路 复位电路 电 源电路 时钟电路分别在 18 和 19 脚之间接一个石英晶体及两个电容 石英晶体 典型值为 12MHz 或 11 0592MHz 电容典型值为 30pF 如果片内无 ROM 8031 31 引脚必须接地 如单片机访问内部程序存储器 则接 5V 单片机最小应用系统如 图 3 3 所示 图 3 3 单片机最小应用系统 复位电路由按键复位和上电复位两部分组成 AT89S 系列单片及为高电平复 位 通常在复位引脚 RST 上连接一个电容到 VCC 再连接一个电阻到 GND 由此形 成一个 RC 充放电回路保证单片机在上电时 RST 脚上有足够时间的高电平进行复位 Y1 12MHz C1 30pF C2 30pF P0 0 39 P0 1 38 P0 2 37 P0 7 32 P0 6 33 P0 5 34 P0 4 35 P0 3 36 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P3 6 WR 16 P3 7 RD 17 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 PSEN 29 ALE PROG 30 EA Vpp 31 XTAL2 18 XTAL1 19 Vss 20 RST 9 Vcc 40 AT89S51 VCC C3 10uF R1 8 2K S1 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 18 随后回归到低电平进入正常工作状态 这个电阻和电容的典型值为 8 2K 和 10uF 按键复位就是在复位电容上并联一个开关 当开关按下时电容被放电 RST 也被拉到 高电平 而且由于电容的充电 会保持一段时间的高电平来使单片机复 位 AT89S51 LITE 使用 12Hz 的晶体振荡器作为振荡源 由于单片机内部带有振 荡电路 所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可 电容容量一般在 15pF 至 50pF 之间 我选用的是 30pF 的典型值 3 33 3 红外寻迹电路红外寻迹电路 寻迹检测电路采用红外对管传感器 RPR220 检测黒线它由红外发光二极管和光 敏三极管组成 具体电路如图 3 4 所示 红外发光二极管发出红外光 当红外光 照射到黑线时被黑线吸收 不能发射到光敏三极管上 光敏三极管处于截止状态 电阻 R4 中没有电流 LM324 的 2 脚电压为 0V 3 脚电压通过电位器 R5 分压后得 到 一定大于 0V 由于 LM324 工作在开环比较状态 经过比较 LM324 输出端为 高电平 当红外光照到白线时 会发射到光敏三极管上 光敏三极管导通 R4 中 有电流通过 两端产生电压 这样 LM324 的 2 脚电压将大于 3 脚电压 LM324 输 出低电平 U16GO R52 1M R51 220 5 5 5 5 R50 10K 2 3 1 114 U15A LM324 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 19 图 3 4 红外寻迹电路 小车上装有 3 个同样的红外寻迹电路 分别装在小车底部的中间和左右两侧 与单片机的 P3 2 P3 3 P3 6 脚连接 当中间的寻迹电路输出高电平时 小车继 续行驶 RPR 220 是一种一体化反射型光电探测器 其发射器是一个砷化镓红外发光 二极管 而接收器是一个高灵敏度 硅平面光电三极管 主要应用在游戏机 复 印机和办公自动化等设备中 特点 1 塑料透镜以提高灵敏度 2 内置的可见光过滤器以减小离散光的 影响 3 体积小结构紧凑 它采用 DIP4 封装 发射器和接收器都有两根引出脚 其中长脚为正极 短脚为负极 LM324 系列由四个独立的 高增益 内部频率补偿运算放大器 其中专为 从单电源供电的电压范围经营 从分裂电源的操作也有可能和低电源电流消耗 是独立的电源电压的幅度 LM324 系列器件带有差动输入的四运算放大器 与单电源应用场合的标准运 算放大器相比 它们有一些显著优点 该四放大器可以工作在低到 3 0 伏或者高 到 32 伏的电源下 静态电流为 MC1741 的静态电流的五分之一 共模输入范围包 括负电源 因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性 每一组运 算放大器可用图 1 所示的符号来表示 它有 5 个引出脚 其中 为两个 信号输入端 V V 为正 负电源端 Vo 为输出端 两个信号输入端中 Vi 为反相输入端 表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的位相反 Vi 为同相输入端 表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同 3 43 4 红外避障电路红外避障电路 避障电路采用脉冲调制红外发射 接收器 为了使小车能顺利躲避障碍物 在 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 20 车头安装了 3 个红外避障电路 分别与单片机的 P1 2 P1 3 P1 4 脚连接 当右 边的避障电路探测到障碍物时 就向单片机发出信号 控制小车左转 当左边的 避障电路探测到障碍物时 就向单片机发出另一信号 控制小车右转 为防止 3 个红外探测器相互干扰 设计采用不同频率对红外信号进行脉冲调制 电路图如 图 3 5 所示 图 3 5 红外避障电路 当 D2 发出的红外光遇到障碍物被发射回来 反射信号由 D3 接收 经 LM358 放大电路送入LM567 进行鉴别 若频率与调制频率相等 则在 LM567 的输出端 输出低电平 若频率不等 则输出高电平 单片机通过检测输出脚电平就可以判 断是否有障碍物 设计中采用 LM567 芯片的 6 脚震荡方波作为调制脉冲 LM567 的频率捕捉范 围为 f0 1 1 1R24C10 电路中瓷片电容 C4 为 0 001uF 电位器 R4 为 100K 可以通过电位器调节不 同的频率 使 3 个红外发射接收器不产生相互干扰 Ofil 1 OUT 8 Lfil 2 GND 7 IN 3 Ct 6 V 4 Rt 5 U2 LM567 R8 1K R4 100K R2 100K D3 GJI 2 3 1 84 U1A LM358A Q1 2N930 D2 LED D1 LEDC9 1uF C6 1uF R3 10K 5 C7 104 C8 104 R7 10K R10 10K R6 10K R11 10K R5 5 1K R9 5 1K C5 104 C4 102 5 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 21 LM358 内部包括有两个独立的 高增益 内部频率补偿的双运算放大器 适 合于电源电压范围很宽的单电源使用 也适用于双电源工作模式 在推荐的工作 条件下 电源电流与电源电压无关 它的使用范围包括传感放大器 直流增益模 块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合 其引脚如图 3 6 所示 图 3 6 LM358 引脚图 LM567 主要用于震荡 调制 解调 和遥控编码 译码电路 如电力线载波 通信 对讲机亚音频译码 遥控等 LM567 的基本工作状况有如一个低压电源开 关 当其接收到一个位于所选定的窄频带内的输入音调时 其开关就接通 而且 通用的 LM567 还可以用做可变形发生器或通用锁相环电路 当其用作音调控制开 关时 所检测的中心频率可以设定于 0 1 至 500KHZ 之间的任意值 检测带宽可以 设定在中心频率 14 内的任意值 而且 输出开关延迟可以通过选择外电阻和电 容在一个宽时间范围内任意改变 LM567 的管脚功能是 1 脚为输出滤波 2 脚为回路滤波 3 脚为输入端 4 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 22 脚为正电源端 电压值需最小为 4 75V 最大为 9V 5 脚为定时电阻端 6 脚为 定时电容端 7 脚为接地端 8 脚为输出端 LM567 的引脚图如图 3 7 所示 图 3 7 LM567 引脚图 3 53 5 光源检测电路光源检测电路 采用光敏电阻作为光源检测器件 电路如图 3 8 所示 光敏电阻在光照的条 件下电阻值很小 与光照强度成反比 没有检测到光源时 光敏电阻值很小 电 路输出高电平 LED 灯灭 小车上装有 3 个相同的光源检测电路 位于小车的中间和左右两端 与单片 机的 P0 4 P0 5 P0 6 脚连接 当中间的光敏电阻检测到光源时 小车保持继续 前行 当左边的光敏电阻检测到光源时 小车向左行进 当右边的光敏电阻检测 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 23 到光源时 小车向右行进 图 3 8 光源检测电路 3 63 6 显示电路显示电路 液晶显示器是一种将液晶显示器件 连接器件 集成电路 PCB 线路板 背光源 结构器件装配在一起的组件 R33 100K D 10 LED R34 10K R35 4 7K R32 100K 5 5 2 3 1 114 U 7A LM324 G 1 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 24 根据显示内容和方式的不同可以分为 数显 LCD 点阵字符 LCD 点阵图形 LCD 在此设计中我们采用点阵字符 LCD 这里采用常用的 2 行 16 个字的 1602 液晶 模块 1602 采用标准的 14 脚接口 其中 第 1 脚 VSS 为地电源第 2 脚 VDD 接 5V 正电源 第 3 脚 V0 为液晶显示器对比度调整端 接正电源时对比度最弱 接地电源 时对比度最高 对比度过高时会产生 鬼影 使用时可以通过一个 10K 的电位器 调整对比度 第 4 脚 RS 为寄存器选择 高电平时选择数据寄存器 低电平时选择指令寄 存器 第 5 脚 RW 为读写信号线 高电平时进行读操作 低电平时进行写操作 当 RS 和 RW 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址 当 RS 为低电平 RW 为高电 平时可以读忙信号 当 RS 为高电平 RW 为低电平时可以写入数据 第 6 脚 E 端为使能端 当 E 端由高电平跳变成低电平时 液晶模块执行命 令 第 7 14 脚 D0 D7 为 8 位双向数据线 第 15 16 脚 空脚 其电路图如图 3 9 所示 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 LCD 1602 2K 10K V 0 RS RW EN D 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 V CC 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 25 图 3 9 显示电路 LCD1602 主要技术参数 1 显示容量 16 2 个字符 2 芯片工作电压 4 5 5 5V 3 工作电流 2 0mA 5 0V 4 模块最佳工作电压 5 0V 5 字符尺寸 2 95 4 35 W H mm 1602LCD 采用标准的 14 脚 无背光 或 16 脚 带背光 接口 各引脚接口 说明如表 3 1 所示 表表 3 13 1 LCD1602LCD1602 引脚功能引脚功能 编号符号引脚说明编号符号引脚说明 1VSS 电源地 9D2 数据 2VDD 电源正极 10D3 数据 3VL 液晶显示偏压 11D4 数据 4RS 数据 命令选择 12D5 数据 5R W 读 写选择 13D6 数据 6E 使能信号 14D7 数据 7D0 数据 15BLA 背光源正极 8D1 数据 16BLK 背光源负极 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 26 3 73 7 电机驱动电路电机驱动电路 设计采用两个直流电机完成小车的行进动作 驱动电路如图 3 10 所示 驱动 电路采用 L293 芯片与单片机的 P3 0 P0 0 P0 1 P3 1 P0 2 P0 3 引脚连接 其中 P3 0 P0 0 P0 1 用于控制接在 L293 的 3 脚和 6 脚上的电动机 A P3 1 P2 2 P0 3 用于控制接在 L293 的 11 脚和 14 脚上的电动机 B L293 芯 片的 1 脚 ENV 和 9 脚 EN B 为使能端 即只有它们为高电平时 单片机才能 控制电机正反转 控制小车行进 L293 输入电平控制信号和电机工作状态的关系 如表 3 2 所示 图 3 10 电机驱动电路 表表 3 23 2 L293L293 输入输出逻辑关系输入输出逻辑关系 ENA 1 INI 2 OUT1 3 4 5 OUT2 6 IM2 7 8 ENB 9 IN3 10 OUT3 11 12 13 OUT4 14 IN4 15 16 L293N 5 12 A B 长春工业大学人文信息学院毕业设计 论文 27 ENA B IN1 IN3 IN2 IN4 电机运转状况 HHL正转 HLH反转 HIN1 与 IN2 电平相同 IN3 与 IN4 电平相同 快速停止 LXX停止 L293 采用 16 引脚 DIP 封装 其内部集成了双极型 H 桥电路 所有的开量都 做成 n 型 这种双极型脉冲调宽方式具有很多优点 如