智能小车开题报告.doc

长春工程学院毕业设计（论文）电气与信息学院毕业设计（论文）开题报告 基于单片机的智能小车设计 张 强 电子0442 倪虹霞 题目名称：报 告 人：专业班级：指导教师：基于单片机的智能小车设计开题报告一、课题的目的和意义1研究目的1、通过此次课程设计进一步学习和巩固单片机及其相关的知识，并能在设计过程中综合运用所学的知识内容。2、进一步熟悉和掌握MCS-51单片机的内部结构及其外围电路的设计，掌握汇编语言的编程方法，为即将进入社会参加工作打下坚实的基础。3、培养掌握收集资料、消化资料和综合资料的能力。2研究意义智能车辆是一个集环境感知、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、通讯、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。本文设计的自动寻迹小车就是这种综合体的一种尝试。文中所设计的自动寻迹小车在传感器的配合下具有自动寻迹的功能，可以说基本实现了简易小车的智能化。在很多文献中有“自动小车”的字样出现，有自动往返小车的设计、自动消防小车设计等，这些小车都离不开“自动”，现在的国内外都在研究和开发自动无人驾驶汽车，自动寻迹小车就是无人驾驶汽车的一小部分，只要能设计好自动寻迹小车，就会对无人驾驶汽车的开发和研究有很大贡献。二、文献综述自动寻迹小车系统以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科。主要由路径识别、角度控制及车速控制等功能模块组成。在该系统中，由红外光电传感器实现路径识别，通过对小车速度的控制，使小车能按照任意给定的黑色引导线平稳地寻迹。实验证明：系统能很好地满足寻迹小车对路径识别性能和抗干扰能力的要求，速度调节响应时间快，稳态误差小，具有较好的动态性能。本设计所采用的红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过3cm。本设计所做的改进就是使用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器，其原理也是利用红外探测法，在车的前面和后面各安装一个，这样能更好的保证小车在前进和后退过程中不会行驶到轨迹外面去。用一个字节来代表车底的2个光电传感器，用每一个位来代表当前传感器的检测状态，以此把小车直线行进时分成三种状态，当前面传感器检测到白线时，小车在跑道的正上方，这时控制两电机同速度全速运行；当检测到有一个传感器偏出白线时，小车处于微偏状态，这时将一个电机速度调慢，另一电机速度调快，完成调整；当检测到有两个电机偏出时，小车处于较大的偏离状态，这时把一个电机的速度调至极低，另一电机全速运行，从而在较短时间内完成路线的调整。用这种三级调速的寻迹算法同单纯的判断检测到对管的位置并作出判断的方法相比，程序思路清晰，程序执行结果较好。三、研究（设计）内容和拟解决的关键问题1研究内容（1）研究基于MCS-51单片机为控制器的程序设计，编制相应软件。（2）建立基于MCS-51单片机为控制器模型，并实现仿真。（3）设计以最小系统开发板为主电路板的电路。（4）通过电脑在实验箱和仿真系统中验证各个模块的功能。2研究途径收集资料和文献，系统的学习控制器和传感器技术以及自动控制原理，按照小车实现的功能而选用适当的模块和控制程序，建立完整仿真模型并仿真。设计以MCS-51单片机为主控制器、以光电传感器检测的输入电平为输入信号，输出信号给电机驱动芯片，以控制车轮的转速，制作硬件系统和软件系统，并在线调试程序。3技术路线（1）根据自动寻迹小车所要求实现的功能，应用到红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器，设计好传感器的灵敏度和抗干扰性能。（2）以光电传感器所检测到的信号电平为输入，通过编写汇编语言程序，通过电平的高低，判断小车偏转的方向，再通过单片机输出的信号控制步进电机，使一个电机行驶速度减慢，另一个加快速度，以调整小车的行驶方向。（3）以MCS-51单片机作为主控制器研制自动寻迹小车的控制系统，并设计单片机硬件和软件系统。硬件设计采用Protel DXP 2004制作原理图和印刷电路板，软件设计采用汇编语言编程。（4）在线调试时，在实验室自动寻迹小车的制动/驱动性能检测试验台进行，用组装好的小车在实验台上行驶，用按键控制其行驶的速度，检测驱动性能是否适用，刹车制动系统是否灵活。（5）调试一下光电传感器灵敏度的高低，用带有黑色带的纸张，手拿传感器在黑带附近移动，看指示灯闪烁的是否正常，能否满足设计的要求。4拟解决的关键问题本设计所要解决的主要问题是：自动寻迹小车实现的功能主要是使小车按照事先有的固定轨迹行驶，行驶中会有一些弯路出现，小车自动调整方向，以及在行驶过程中出现偏转的情况，小车自动调整行驶路线，保证小车不会行驶到轨迹外面。这里选用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器，在车的前面和后面各安装一个，并编写必要的软件程序，以实现对小车的行驶控制。四、研究（设计）方案与进度计划安排1研究（设计）方案：从设计的要求看，系统的完成是分模块设计的，在进行方案比较论证时，也是对各个模块进行方案论证，本课题设计的系统有车体设计、控制器模块、电源模块、稳压模块、寻迹传感器模块、电机模块、电机驱动模块七部分，针对这七部分，我分别选择了如下的设计方案。4.1车体设计自己制作电动车。经过反复考虑论证，我制定了左右两轮分别驱动，前万向轮转向的方案，即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的步进电机进行驱动，车体前部安装一个万向轮。这样不仅使得各种所需传感器的安装十分方便，而且也克服了玩具电动车的电机多为玩具直流电机，力矩小，空载转速快，负载性能差，不易调速的缺点，因此我选择了此方案。4.2控制器模块本设计采用MCS-51系列中的80C51单片机作为主控制器。0C51是一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。它是第三代单片机的代表。本设计就采用了比较先进的80C51为控制核心，80C51采用CHOMS工艺，功耗很低，因此我选择了此方案。4.3电源模块采用12V蓄电池为步进电机供电，将12V电压降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。虽然蓄电池的体积过于庞大，在小型电动车上使用极为不方便，但由于我们在车体设计时留出了足够的空间，并且蓄电池的价格比较低，因此我选择了此方案。4.4稳压模块采用两片7812将电压稳压至12V后给步进电机供电，然后采用2576将电压稳至5V。2576的输出电流最大可至3A，完全满足系统要求，并可克服发热量过大的问题，因此我选择了此方案。4.5寻迹传感器模块用红外发射管和接收管自己制作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。此方法简单有效，并可良好的实现寻迹功能，因此我选择了此方案。4.6电机模块采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位，因此我选择了此方案。4.7电机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，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个步进电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良，因此我选择了此方案。4.8 最终方案经过反复论证，我最终确定了如下方案：（1）车体使用自己手工制作的。（2）采用MCS-51单片机作为主控制器。（3）用蓄电池经7812稳压后为直流电机供电，将12V电压经2576降压、稳压后为单片机系统和其他芯片供电。（4）用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器。（5）用L298N作为直流电机的驱动芯片。2进度计划安排阶 段起始日期终止日期进 度技术指标第一阶段2008.03.302008.4.18完成选题和资料收集，撰写开题报告全面丰富课题内容第二阶段2008.04.192006.05.4控制器设计仿真及训练符合精度要求第三阶段2008.05.52008.05.25完成硬件设计和软件编程设计合理机构化、模块化第四阶段2008.05.262008.06.21进行在线调试与仿真，撰写毕业论文实现制动控制第五阶段2008.06.222008.06.29细化论文，准备答辩详细全面，提交论文五、预期结果和创新成果通过系统的模块仿真及实际的实验验证，该设计可以实现自动寻迹小车所要实现的功能，沿着固定的轨迹行驶，不会出现行驶过程中脱离轨迹向别的方向行驶。通过自己的创新改造，也可以设计出让小车在一个跷跷板上行驶，在走到中心位置的时候，通过角度传感器传回的信号，控制步进电机的速度，使其减速慢行，不断的在中心处前进和后退，以达到跷跷板的平衡，并且能保持一段时间。另外自动寻迹小车也可以用摄像头实现寻迹，现在实现的无人驾驶汽车的控制就是利用摄像头传回路面信号，以实现人们对汽车行驶路径的监视。六、成文时间和提交成果形式2008年6月20日提交毕业设计论文一份。提交成果：开题报告、设计论文、系统电路原理图、有关设计的英文翻译、毕业设计手册。七、参考文献目录1 石东海主编.单片机数据通信技术从入门到精通M.西安：西安电子科技大学出版社，2003年5月。2 郝鸿安.常用数字集成电路应用手册M.北京：中国计量出版社，1987年12月。3全国大学生电子设计竞赛组委会编著.全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编M.北京：北京理工大学出版社，2004年8月。4 黄智伟主编. 全国大学生电子设计竞赛电路设计M.北京：北京航空航天大学出版社，2006年12月。5 黄智伟主编.全国大学生电子设计竞赛训练教程M.北京：电子工业出版社，2006年6月。6 黄智伟主编. 全国大学生电子设计竞赛技能训练M.北京：北京航空航天大学出版社，2007年2月。7 黄智伟主编. 全国大学生电子设计竞赛制作实训M.北京：北京航空航天大学出版社，2007年2月。8 陈永真主编.全国大学生电子设计竞赛试题精解选M.北京：电子工业出版社，2007年6月。9谷树忠，闫胜利编著.Protel 2004实用教程原理图与PCB设计M.北京电子工业出版社，2005年2月。