智能汽车设计与制作【优秀机械机电毕业设计论文】【A6115】
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智能
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机械
机电
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毕业设计
论文
a6115
- 资源描述：
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文档包括:
说明书一份,44页,21600字左右.
任务书一份.
开题报告一份.
电路图若干.
翻译一份.
- 内容简介：
-
徐州 工程学院 毕业设计 （论文） 任务书 机电工程 学院 机械设计制造及其自动化 专业 设计 （论文） 题目 “飞思卡尔”杯参赛智能汽车设计与制作 学 生 姓 名 王静峰 班 级 04 机本（ 4）班 起 止 日 期 08 年 02 月 25 日 08 年 06 月 01 日 指 导 教 师 熊永超 教研室主任 李志 发任务书日期 2008 年 02 月 25 日 景 ： 智能汽车与一般所说的自动驾驶有所不同 ， 它指的是利用 智能公路技术实 现的汽车自动驾驶。智能汽车是一种正在研制的新型高科技汽车，这种汽车不需要人 去驾驶， 人只舒服地坐在车上享受这高科技的成果就行了。因为这种汽车上装有相 当 于汽车的 “ 眼睛 ” 、 “ 大脑 ” 和 “ 脚 ” 的电视摄像机、电子 计算机和自动操纵 系 统之 类的装置 ， 这些装置都装有非常复杂的电脑程序 ， 所以这种汽车能和人一样 会“思 考 ” 、 “ 判断 ” 、 “ 行走 ” ， 可以自动启动、加速、刹车，可以自动绕过地面障碍 物。 在复杂多变的情况下，它的 “ 大脑 ” 能随机应变，自动选择最佳方案 ， 指挥汽车 正常 、 顺利地行驶。无人驾驶的智能汽车将是新世纪汽车技术飞跃发展的重要标志。 可喜 的 是， 智能汽车已从设想走向实践。随着科技的飞速发展，相信不久的将来，我 们都 可 以领略到智能汽车的风采。 论文 )的内容和要求： 本次设计的目标是实 现模型车的寻迹功能，将主要研究以下内容： 1模型车设计制作的主要思路以及实现寻迹的技术方案 2模型车的机械结构设计 3模型车控制电路设计 4模型车控制软件设计 5模型车的开发与调试 6模型车的主要技术参数说明 本次设计的要求如下： 1 撰写毕业设计说明书一份 (包括：封面、中文及外文摘要、目录、正文、 参考文献、 附录等内容 ) 2 毕业设计说明书按学校统一要求撰写 3 绘制一定数量的设计图纸 1卓晴，黄开胜，邵贝贝 . 学做智能车 挑战 “ 飞思卡尔 ” 杯 M. 北京： 北京航空航天大学出版社 , 2007 2刘林 ,杨理龙 ,叶 虹 . 第二届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛 R 重庆邮电大学， 2005 3邹丽新，翁桂荣 M州大学出版社， 2001 4王柏盛，李万庆，贺洪江 序设计 M等教育出版社， 2004 5胡烨，姚鹏翼，江思敏 9 路设计与仿真教程 M械工业 出版社， 2005 6秦曾煌 M等教育出版社， 2004 7西原主计，山藤和男 语言机电一体化接口 M学出版社， 2002 8陈杰，黄鸿 M等教育出版社， 2002 9谢存禧，张铁 M械工业出版社， 2005 10学出版社， 2007 11程钊 ,刘广林 ,唐旋来 . 第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛技术报 告 R中科技大学， 2002 12古欣， 朱岩，王智涌，喻巧群，原瑞花 R东大学， 2006 论文 )进度计划 (以周为单位 )： 起 止 日 期 工 作 内 容 备 注 第 1 2 周 第 3 4 周 第 5 6 周 第 7 8 周 第 9 10 周 第 11 12 周 第 13 14 周 第 15 16 周 查阅并 搜集相关资料， 完成开题报告。研究智能模型车的设计制作主要思 路 。 比较几种常见的方案 ，并 为本次设计 制定 最终 可行的技术方案。 模型车的机械结构设 计，包括车体、车轮、万向轮的设计 模型车的控制电路设计，包括寻迹电路设计、单片机电路、电机驱动电路设计及电源电路设计。 模型车控制软件设计，编程。 对模型车进行开发调试。 整理本次设计的相关技术参数和图纸。 提交 设计说明书，准备答辩。 教研室审查意见： 室主任 年 月 日 学院 审查意见： 教学院长 年 月 日 徐州 工程学院 毕业设计 （论文） 开题报告 课 题 名 称： “飞思卡尔”杯参赛智能汽车设计与制作 学 生 姓 名： 王静峰 学号： 20040601416 指 导 教 师： 熊永超 职称： 教授 所 在 学 院 ： 机电工程学院 专 业 名 称： 机械设计制造及其自动化 徐州 工程学院 2008 年 02 月 26 日 说 明 1根 据 徐州 工程学院 毕业设计 (论文 )管理规定 ，学生必须撰写 毕业设计（论文）开题报告 ，由指导教师签署意见、教研室审查， 学 院 教学 院长 批准后实施。 2 开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，没有经 过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。 5. 课题类型填：工程设计类；理论研究类；应用（实验）研究类；软件设计类；其它。 6、课题来源填：教师科研；社会生产实践；教学；其它 课题 名称 “飞思卡尔”杯参赛智能汽车设计与制作 课题来源 教学 课题类型 应用（实验）研究类 选题的背景及 意义 智能汽车与一般所说的自动驾驶有所不同，它指的是利用 能汽车是一种正在研制的新型高科技汽车，这种汽车不需要人去驾驶，因为这种汽车上装有相 当于汽车的 “ 眼睛 ” 、 “ 大脑 ” 和 “ 脚 ” 的电视摄像机、电子计算机和自动操纵系统之类的装置，这些装置都装有非常复杂的电脑程序，所以这种汽车能和人一样会 “ 思考 ” 、 “ 判断 ” 、 “ 行走 ” ，可以自动启动、加速、刹车，可以自动绕过地面障碍物。在复杂多变的情况下，它的 “ 大脑 ” 能随机应变，自动选择最佳方案，指挥汽车正常、顺利地行驶。无人驾驶的智能汽车将是新世纪汽车技术飞跃发展的重要标志。随着科技的飞速发展，相信不久的将来，我们都可以领略到智能汽车的风采。 以智能汽车为研究背景的科技创意性设计与制作，其过程属性是综合，而结果属性很 可能是创造。通过设计与制作，培养了我们对已学习过的基础与专业理论知识与实验的综合运用的能力；带着背景对象中的各种新问题，学习控制，模式识别，传感技术，电子，电气，计算机，机械等多个学科新知识，学习在学科交叉，集成基础上的综合运用；若是以实用为目的，还必须考虑可靠性，寿命，外观工业设计，性能价格比，市场需求及顾客心理等因素，即须从系统工程角度出发，结合技术与非技术，集成科学与非科学，在具体约束条件下融合形成整体的综合运用。应该说这样的设计与制作是很有意义的。 研究 内容拟解决的主要问题 本次设计的目标是实 现模型车的寻迹功能，将主要研究以下内容： 1 模型车设计制作的主要思路以及实现寻迹的技术方案 2 模型车的机械结构设计 3 模型车控制电路设计 4 模型车控制软件设计 5 模型车的开发与调试 6 模型车的主要技术参数说明 本次设计的要求是实现模型车的寻迹功能，所以要解决的主要问题是如何实现寻迹，即寻迹信号的采集，然后寻迹信号的处理，最后根据信号由单片机进行处理，进而控制电机的转速，最终实现小车的寻迹功能。 研究方法技术路线 在本次设计中，根据小车能够沿着指定的黑色轨迹行走这一要求，我先从整体上考虑设计的思路并制定出可行的技术方案，在考虑技术方案时，我比较了几种常用的技术方案，再根据自己题目的要求，在达到题目的要求下尽量简化自己的技术方案。可行方案制定后，接下来就是对模型车进行硬件设计了，硬件设计是整个设计的一个基础，非常重要。包括模型车的机械结构设计和控制电路设计。在设计控制电路时，我遵循由总到分再由分到总的形式，首先根据整体的构思和方案，确定控制电路的整体框架，然后将其分成各部分分别对其进行设计，包括传感器电路，单片机复位电 路，单片机电路，电机驱动电路，电源电路，分别设计完后对这些电路进行整合，这样控制电路就完成了。接着就是软件设计了，控制系统中的软件需要完成系统初始化，以及控制过程的实现等功能，是一个控制系统的核心部分，软件设计的好坏直接影响到系统的性能。 研究的总体安排和进度计划 总体安排如下：根据设计要求制定出可行的技术方案，然后根据已制定的技术方案对模型车进行设计，包括硬件和软件设计。 进度计划如下： 第 1、 2 周 查阅并 搜集相关资料 ,完成开题报告。研究智能模型车的设计制作主要思 路 。 第 3、 4 周 比较几种常见的方案 ，并 为本次设计 制定 最终 可行的技术方案 。 第 5、 6 周 模型车的机械结构设计 ，包括车体、车轮、万向轮的设计。 第 7、 8 周 模型车的控制电路设计，包括 寻迹 电路设计、 单片机电路 、 电 机驱动电路设计 及电源电路设计。 第 9、 10 周 模型车控制软件设计，编程 。 第 11、 12 周 对模型车进行开发调试 。 第 13、 14 周 整理本次设计的相关技术参数和图纸 。 第 15、 16 周 提交 设计说明书，准备答辩 。 主要参考 文献 1卓晴，黄开胜，邵贝贝 . 学做智能车 挑战 “ 飞思卡尔 ” 杯 M京航空航天大学出版社 , 2007 2刘林 ,杨理龙 ,叶 虹 . 第二届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛 R庆邮电大学， 2005 3邹丽新，翁桂荣 M州大学出版社，2001 4王柏盛，李万庆，贺洪江 序设计 M等教育出版社，2004 5胡烨，姚鹏翼，江思敏 9 路设计与仿真教程 M械工业出版社， 2005 6秦曾煌 M等教育出版社， 2004 7西原主计，山藤和男 语言机电一体化接口 M学出版社， 2002 8陈杰，黄鸿 M等教育出版社， 2002 9谢存禧，张铁 M械工业出版社，2005 10学出版社， 2007 11程钊 ,刘广林 ,唐旋来 . 第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛技术报告 R中科技大学， 2002 12古欣， 朱岩，王智涌，喻巧群，原瑞花 R东大学， 2006 指导教师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见 学院 意见 教研室 主任签名： 年 月 日 教学 院 长 签名： 年 月 日 摘要 本文详细介绍了一套智能车的寻迹设计方案。由总到分的先从整体上介绍了该系统的硬件和软件设计思想，继而细分各模块详尽介绍具体设计。 详细介绍了信息采集模块和电机驱动模块等方案的选取及电路设计原理。还介绍了系统调试方法策略。 本寻迹小车是以有机玻璃为车架， 片机为控制核心，加以直流电机、光电传感器和电源电路以及其他电路构成。系统由 89过 I/O 口控制小车的前进。寻迹由 光电对管完成。该智能车能够很好的跟随黑色引导线。 关键词 直流电机 ； 光电传感器 ； 自动寻迹小车 a of of of to we of we of at of of of is CU as as as is to on 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 1 目 录 1绪论 . 1 能车发展现状 . 能车研究意义 1 2模型车设计制作主要思路 .模型车实现的技术方案 .体设计 4 案论证 . 控制器方案 传感器设计方案 电机方案 电机驱动方案 电源方案 稳压方案 .终方案 7 4模型车机械结构设计 .体结构 8 机的选择 轮子方案 万向轮 控制电路设计 迹电路 . 寻迹原理 . 红外传感器 . 较器 . 电压比较器 . 寻迹电路 原理 图 .片机电路 . 89片机简介 . 单片机系统结构 . 单片机各 引脚功能 . 单片机电路图 .机驱动 电路 . 电机驱动芯片 介 州工程学院毕业设计 (论文 ) 2 流电机简介 . 直流电机调速原理 . 电机驱动电路图 .源电路 . 蓄电池简介 . 7805 稳压芯片简介 整流二极管 . 电容 . 电源电路图 .电路图 .模型车控制软件设计 件设计的整体构思 .程图设计 . 系统初始化 . 黑色轨道检测程序设计 .序 .开发与调试过程 模型车主要技术参数说明 论 .辞 .考文献 .录 .录 1 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 1 附录 附录 1 外文翻译 英文原文 . he to is to of as is is to to of to Be by to of to if of is is is of is is a to to or an to a of of is a to in of of or to or an up to of of to a of In a of of to to to of 州工程学院毕业设计 (论文 ) 2 of at of of of is by to as a of to at s of to 2 of a of of 1 of by 5 of of to in to of k W, 州工程学院毕业设计 (论文 ) 3 to be at to to to to on of to to of of a of is a of so on WM is or an a of or an to to or an up to of In in as a of to in of is a 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 4 an to to is in is on by 50 In is is by C to in to 92 V - 240V, 16 V In to to be in to 2 1in in of of a of to of to of 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 5 to it be in be in K、 0,，be in be in or an to of 2LK 0 1; to 0 to 2 to 2 0 at of up (1)a A of to to is as a a of as is (2)to 16 V, is to (3)is 92 V, to by by to 92 V, 200 V, K= 0 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 6 (4)wo in of In of in to of to of 1 (5)n to 230 V, of 1 240 V, on to K=K=0， 2 1 in of in is C) to to on on 3. he is . A. Z a d e h in so on is to 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 7 to s of of on s of of s s to on - 3 t to to to (1)to he of is or be by to is to as to it is of to (2)he is to to of of to of If in 州工程学院毕业设计 (论文 ) 8 to to is on to to s is or so : is a; of is b;) is c;) is to is to (3)to to to to to to of of is a t be to to be we be to or to to to to as of be 4. of a - 6 州工程学院毕业设计 (论文 ) 9 of of to is by At t at of of is by by to C is a to 2 - 6 in by of to to or an an is 州工程学院毕业设计 (论文 ) 10 to of in to 2 - 3) - 7 by -7 in of a in us to to to on of to to to on - 8 of is to be by go to 州工程学院毕业设计 (论文 ) 11 of s is a to As a is of be of be y 1y is a it on if t of y , of of by as a y be of of of s y P be of y 2y is a P be y of a y in to be is in to in to 图书分类号 ： 密 级： 毕业设计 (论文 ) “飞思卡尔”杯参赛智能汽车设计与制作 F 生姓名 王静峰 学院名称 机电工程学院 专业名称 机械设计制造及其自动化 指导教师 熊永超 2008 年 06 月 01 日 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) I 徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 徐州工程学院学位论文版权协议书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有 关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 要 本文详细介绍了一套智能车的寻迹设计方案。由总到分的先从整体上介绍了该 系统的硬件和软件设计思想，继而细分各模块详尽介绍具体设计。 详细介绍了信息采集模块和电机驱动模块等方案的选取及电路设计原理。还介绍了系统 调试方法策略。 本寻迹小车是以有机玻璃为车架， 片机为控制核心，加以直流电机、光电传感器和电源电路以及其他电路构成。系统由 89过 I/O 口控制小车的前进。寻迹由 光电对管完成。该智能车能够很好的跟随黑色引导线。 关键词 直流电机 ； 光电传感器 ； 自动寻迹小车 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) a of of of to we of we of at of of of is CU as as as is to on 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) I 目 录 1绪论 . 1 . 1 2模型车设计制作主要思路 .模型车实现的技术方案 . 4 .控制器方案 传感器设计方案 电机方案 电机驱动方案 电源方案 稳压方案 . 7 4模型车机械结构设计 . 8 轮子方案 万向轮 控制电路设计 .寻迹原理 .红外传感器 . .电压比较器 .寻迹电路 原理 图 . . 89 .单片机系统结构 .单片机各 引脚功能 .单片机电路图 .路 .电机驱动芯片 州工程学院毕业设计 (论文 ) 直流电机简介 .直流电机调速原理 .电机驱动电路图 . .蓄电池简介 . 7805稳压芯片简介 整流二极管 .电容 .电源电路图 . .模型车控制软件设计 . .系统初始化 .黑色轨道检测程序设计 . .开发与调试过程 模型车主要技术参数说明 论 .辞 .考文献 .录 .录 1 州工程学院毕业设计 (论文 ) 1 1 绪论 能车发展现状 智能汽车与一般所说的自动驾驶有所不同 ， 它指的是利用 能汽车首先有一套导航信息资料库，存有全国高速公路、普通公路、城市道路以及各种服务设施 (餐饮、旅馆、加油站、景 点、停车场 )的信息资料；其次是 用这个系统精确定位车辆所在的位置，与道路资料库中的数据相比较，确定以后的行驶方向；道路状况信息系统，由交通管理中心提供实时的前方道路状况信息，如堵车、事故等，必要时及时改变行驶路线；车辆防碰系统，包括探测雷达、信息处理系统、驾驶控制系统，控制与其他车辆的距离，在探测到障碍物时及时减速或刹车，并把信息传给指挥中心和其他车辆；紧急报警系统，如果出了事故，自动报告指挥中心 进行救援；无线通信系统 ， 用于汽车与指挥中心的联络 ； 自动驾驶系统 ， 用于控制汽车的点火、改变速度和转 向等。 智能汽车是一种正在研制的新型高科技汽车，这种汽车不需要人去驾驶 ， 人只舒服地坐在车上享受这高科技的成果就行了 。 因为这种汽车上装有相当于汽车的 “ 眼睛 ”“ 大脑 ” 和 “ 脚 ” 的电视摄像机、电子计算机和自动操纵系统之类的装置，这些装置都装有非常复杂的电脑程序，所以这种汽车能和人一样会 “ 思考 ” 、 “ 判断 ” 、 “ 行走 ” ，可以自动启动、加速、刹车，可以自动绕过地面障碍物。在复杂多变的情况下，它的 “ 大脑 ”能随机应变，自动选择最佳方案，指挥汽车正常、顺利地行驶。智能汽车的 “ 眼睛 ” 是装在汽车右前方、上下相隔 50厘米处的两台电视摄像 机，摄像机内有一个发光装置 ,可同时发出一条光束，交汇于一定距离，物体的图像只有在这个距离才能被摄取而重叠。 “ 眼睛 ”能识别车前 5 20米之间的台形平面 、 高度为 10厘米以上的障碍物 。 如果前方有障碍物，“ 眼睛 ” 就会向 “ 大脑 ” 发出信号 ， “ 大脑 ” 根据信号和当时当地的实际情况 ,判断是否通过、绕道、减速或紧急制动和停车，并选择最佳方案，然后以电信号的方式，指令汽车的 “ 脚 ” 进行停 车、后退或减速 。 智能汽车的 “ 脚 ” 就是控制汽车行驶的转向器、制动器。无 人驾驶的智能汽车将是新世纪汽车技术飞跃发展的重要标志。可喜的是 , 智能汽车已 从设想走向实践。随着科技的飞速发展，相信不久的将来，我们都可以领略到智能汽车的风采 。 所以，智能汽车实际上是智能汽车和智能公路组成的系统，目前主要是智能公路的条件还不具备，而在技术上已经可以解决。在智能汽车的目标实现之前，实际上已经出现许多智能 技术，已经广泛应用在汽车上，如智能雨刷 ,可以自动感应雨水及雨量 ,自动开启和停止；自动前照灯，在黄昏光线不足时可以自动打开；智能空调，通过检测人皮肤的温度来控制空调风量和温度；智能悬架，也称主动悬架，自动根据路面情况来控制悬架行程，减少颠簸；防打瞌睡系统，用监测驾驶员的眨 眼情况，来确定是否很疲劳，必要时停车报警 。 计算机技术的广泛应用，为汽车的智能化提供了广阔的前景。 能车 研究意义 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 2 以智能汽车为研究背景的科技创意性设计与制作，是一种具有探索性的工程实践活动，其本质也是人类创造有用人工物的一种训练性实践，其过程属性是综合，而结果属性很可能是创造。通过设计与制作，培养了我们对已学习过的基础与专业理论知识与实验的综合运用的能力；带着背景对象中的各种新问题，学习控制，模式识别，传感技术，电子，电气，计算机，机械等多个学科新知识，学习在学科交叉，集成基础上的综合运用；若是以实 用为目的，还必须考虑可靠性，寿命，外观工业设计，性能价格比，市场需求及顾客心理等因素，即须从系统工程角度出发，结合技术与非技术，集成科学与非科学，在具体约束条件下融合形成整体的综合运用。应该说这样的设计与制作是很有意义的。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 3 2 模型车设计制作主要思路 本次设计要求模型车具有自动寻迹的功能，能在指定的跑道上准确的运行。跑道为黑白两色，其背景色为白色，跑道中央有一条黑线作为小车行进的依据，设计的小车要能沿黑线正常行驶，在此基础上尽量提高小车行驶速度。所以在设计过程中，要充 分考虑传感器检测的准确性。 模型车由信息集模块 、 信息处理模块 、 执行模块三部分组成， 见图 2 1。 图 2 1 系统框架图 (1) 信息采集模块：即位置信息采集，采集小车当前的位置信息，并将采集到的信息传给单片机，核心是传感器。 (2) 信息处理模块：其包括处理和控制模块，核心是单片机，单片机接受到采集来的信号，对信号作出处理后作出判断，并发出控制命令。 (3) 执行模块：包括电机和万向轮，当接收到单片机的命令后就执行相应的操作，同时信息 采集模块又采集到执行模块的状态的信息，反馈给单片机，从而整个系统构成了一个闭环系统，在运行过程中，系统自动调节而达到正确行驶的目的。 模型车的设计主要是对上述三者即 信息集模块 、 信息处理模块 、执行模块的设计。 信息采集 位置信息采集 信息处理 数 命 据 令 处 处 理 理 执行模块 电机操作 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 4 3 模型车实现的技术方案 体设计 采用 片机作为整机的控制单元，寻迹采用 红外传感器 ，将检测到的信号送入单片机进行处理，调制出 轮用两个直流电机分别驱动，前轮采用自制的万向轮驱动方式，采用 通道直流电机驱动芯片作为主控电路， 将红外传感器采集的信号，经单片机处理后，控制驱动电机的 而实现小车的寻迹。 案论证 制器方案 方案（ 1）：采用 竞赛所用单片机 6位控制器，内有 256相当多的 I/内含有 5个 能强大。但 样就有点浪费了，而且控制一辆模型车用到的 I/序的目标代码量也不大，一般只有几 8位机足矣。所以经综合考虑我放弃 了此方案 1。 方案（ 2）：采用凌阳公司的 16位单片机，它是 16位控制器，具有体积小、驱动能力高、集成度高、中断处理能力强等特点。处理速度高，尤其适用于语音处理和识别等领域。但模型车对 处理能力要求不高， 8 位机足矣。再者 本 设计 主要是进行寻迹运行的检测以及 对 电机的控制。如果使用凌阳单片机， 那么很容易造成在小车行驶过程中出现不稳定的情况。本设计只要求小车能实现寻迹功能，那么采用此单片机有点浪费，所以我放弃了这个方案。 方案（ 3）：采用 司 的 一种 低功耗、高性能 微控制器，具有 8K 在系统可编程 储器。使用 司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80上 适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 得 众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案 ，可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。 从方便使用的角度考虑，我 选择了方案 3。 感器设计方案 方案（ 1）：使用 感器来采集路面 信息。使用 感器，可以获取大量的图像信息，可以全面完整的掌握路径信息，可以进行较远距离的预测和识别图像复杂的路面，而且抗干扰能力强。但是对于本 设计 来说，使用 感器也有不足之处。首先使用 要进行大量数据的存储和计算。因为是以实现小车徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 5 视觉为目的，实现起来工作量较大，相当繁琐。 方案（ 2）：使用光电传感器来采集路面信息。使用红外传感器最大的优点就是结构简明，实现方便，成本低廉，免去了繁复的图像处理工作，反应灵敏，响应时间低，便于近距离路面情况的检测。但红外传感器的 缺点是，它所获取的信息是不完全的，只能对路面情况作简单的黑白判别，检测距离有限，而且容易受到诸多扰动的影响，抗干扰能力较差，背景光源，器件之间的差异，传感器高度位置的差异等都将对其造成干扰。 在本次设计中，赛道只有黑白两种颜色，小车只要能区分黑白两色就可以采集到准确的路面信息。经过综合考虑，在本 设计 中 我 采用红外光电传感器作为信息采集元件。 机方案 对于寻迹小车来说，电机即执行模块的选择要充分考虑小车行驶的准确性及平稳性，我参照一些常用的方案，大体有以下两种方案。 方案（ 1）：采用步进电机作为该系 统的驱动电机。 步进电机是一种利用电磁铁的作用原理将电脉冲信号转换成线位移或角位移的电机。步进电机有力矩 /惯性比高，步进频率高，频率响应快，结构简单，寿命长，在单片机应用系统中大量使用它。但本此设计对小车的速度有一定要求，而且步进电机的价格比较高，所以经综合考虑放弃此方案。 方案（ 2）：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 2。 经综合考虑，在本次设计中采用直流减速电机作为小车的驱动电机。 机驱动方案 方案（ 1）：采用专用芯片 相应频率高，一片 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。 方案（ 2）： 采用开关控制驱动电路（基本原理见 图 3 1）。 这种驱动电路可以很方便实现直流电机的正反运行，分别对应正转、反转。 一组，两组工作状态相反。一组导通则另一组关断，当 通，电机 M 加正电压，实现正转；当 电机 M 加负电压，实现反转。这种电路可以由单片机直接对其进程操作，但由于分立元件占用空间较大，还要配两个继电器，所以不该采用这个方案。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 6 +2 1 方案（ 3）：考虑到要让 常工作，要另外安装续流二极管，所以采用 片，其内置续流二极管，电路简单。 综合考虑 ，采用 源方案 寻迹小车 需要电池供电 才能行走 ，我考虑了 以下三种 方案为 小车 供电 3。 方案（ 1）：采用 8节 压达到 12V， 12 后12 但干电 池电量有限， 而且使用很多干电池对系统的安装及调试会带来很多不方便， 因此，我 放弃了这种方案。 方案（ 2）：采用 4节 过 稳压后给直流电机供电，然后将 12压后给单片机系统和其他芯片供电。锂电池的电量比较足，并且可以充电，重复利用， 这样效果比较好。 但 锂电池的价格过于昂贵， 从经济适用的角度考虑 我 放弃了这种方案。 方案（ 3）：采用 12V 蓄电池为直流电机供电，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 模型车 上使用极为不方便， 所以要在设计车体时要留出一定的空间 ，并且蓄电池的价格比较低。因此我 选择了此方案。 综合考虑， 采用 12V 蓄电池为直流电机供电，将 12压后给单片机系统和其他芯片供电 ， 稳出电压为 5伏。 压方案 12 伏电压直接驱动电机，经 7805 芯片稳压后稳出 5 伏供单片机，传感器，及其他芯片使用。 7805是最常用到的稳压芯片了 ，它 的使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源 ,他的输出电压 恰好为 5v，刚好是 51系列单片机运行所需的电压，他有很多的系列如 能有微小的差别 ,用的最多的还是 面我简单的介绍一下 它 的 3个引脚以及用它来构成的稳压电路的资料。 7805 引脚图 见 图 3 2。 其中 1 接整流器输出的 +电压， 2 为公共地 (也就是负极 )， 3徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 7 就是我们需要的正 5 图 3 2 7805稳压芯片引脚图 终方案 经过反复论证，最终确定了如下方案： （ 1）车体用有机玻璃制造而 成。 （ 2）采用 片机作为主控制器。 （ 3）用 12 伏蓄电池直接给直流电机供电，将 12V 电压经 7805 降压、稳压后为单片机系统和其他芯片供电，稳出的电压为 5伏。 （ 4）用 （ 5） 系统结构框图见图 3 3。 图 3 3 系统结构框图 主控芯片 89压电源模块 流减速电机 805 1 州工程学院毕业设计 (论文 ) 8 4 模型车 机械结构设计 体结构 在机械结构设计部分，根据小车能进行简单的寻迹的要求，我采用后两轮驱动，再加上 前面一万向轮的总体结构。即 左右两轮分别驱动 小车 ，前万向轮转向的 结构 。 小车 左右轮分别用两个直流电机进行驱动，车体前部装一个万向轮。这样， 当两个直流电机转速不同时，就可以实现小车 轨迹 的修正。在安装时我 保证两个驱动电机同轴。当小车前进时，左右两驱动轮与前 面的万向轮形成了三点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳。同时 前万向轮 还 起支撑作用。 在 车 体 材料的选择 方面 ，我选择有机玻璃（有机玻璃是一种通俗的名称 。 其特点是 (1)高度透明性 。有机玻璃是目前最优良的高分子透明材料，透光率达到 92，比玻璃的透光度高。称为人造小太阳 的太阳灯的灯管是石英做的，这是因为石英能完全透过紫外线。普通玻璃只能透过 紫外线，但有机玻璃却能透过 73。 (2)机械强度高 。有机玻璃的相对分子质量大约为 200万，是长链的高分子化合物，而且形成分子的链很柔软，因此，有机玻璃的强度比较高，抗拉伸和抗冲击的能力比普通玻璃高 718倍。有一种经过加热和拉伸处理过的有机玻璃，其中的分子链段排列得非常有次序，使材料的韧性有显著提高。用钉子钉进这种有机玻璃，即使钉子穿透了，有机玻璃上也不产生裂纹。这种有机玻璃被子弹击穿后同样不会破成碎片。因此，拉伸处理的有机玻 璃可用作防弹玻璃，也用作军用飞机上的座舱盖。 (3)重量轻 。有机玻璃的密度为 样大小的材料，其重量只有普通玻璃的一半，金属铝的 43。 (4)易于加工 。有机玻璃不但能用车床进行切削，钻床进行钻孔，而且能用丙酮、氯仿等粘结成各种形状的器具，也能用吹塑、注射、挤出等塑料成型的方法加工成大到飞机座舱盖，小到假牙和牙托等形形色色的制品 ）。用有机玻璃做的车架比铁制 的 轻便，美观。 机的选择 由于小车的运动会造成电机的震动，所以固定电机显得极其重要。 电机的固定采用的是铝合金（ 主要合金元素有 铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝合金密度低，但比强度高，接近或超过优质 钢 ，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。铝合金分两大类：铸造铝合金，在铸态下使用；变形铝合金，能承受压力加工，力学性能高于铸态。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、日常生活用品、建筑用门窗等。 铝合金按加工方 法可以分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 9 能和抗腐蚀性能。铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金和铝锌合金 。 ）直角垫片加铁丝捆绑的方式，这样做非常牢固， 可以避免 因震动而使电机松动 4。 子方案 购买 电机 和 万向轮 后 ，根据 万向轮的高度及 电机的半径及驱动轮半径三者之间的关系，可以确定万向轮的高度减去电机的半径就是驱动轮的半径。轮子的材料 我 采用尼龙棒（ 尼龙棒具有韧性好，耐磨力强，耐油，抗震，拉伸，弯曲强度好，并具有吸水性小、尺寸稳定性好等特点，因而被用来加工各种耐磨的高强度零件。 本产品用途广，是以塑代钢、铁、铜等金属的好材料，是重要的工程塑料；铸型尼龙广泛代替机械设备的耐磨部件，代替铜和合金作设备的耐磨损件。适用于制作耐磨零件，传动结构件，家用电器零件 ，汽车制造零件，丝杆防止机械零件，化工机械零件，化工设备。如涡轮、齿轮、轴承、叶轮、曲柄、仪表板，驱动轴，阀门、叶片、丝杆、高压垫圈、螺丝、螺母、密封圈，梭子、套简，轴套连接器等 ），在车床上 通过车铣 加工出来。 同时轮子的表面应保证足够的粗糙度，防止小车在行驶过程中打滑。 这点在设计时要考虑到。 向轮 万向轮是在市场上购买得到，在选择万向轮时要充分考虑小车的稳定性。 当小车前进时，左右两 后 驱动轮与前 面的 万向轮形成了三点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳。为了防止小车重心的偏移，前万向轮起支撑作用。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 10 5 模型车控制电路设计 迹电路 迹原理 利用光的反射原理，当光线照射在白纸上，反射量比较大，反之，照在黑色物体上，由于黑色对光的吸收，反射回去的量比较少，这样就可以判断黑 色 轨道的走向。采用红外线发射，外面可见光对接收信号的影响较小， 利用红外对管对黑线边界进行检测， 再用送单片机进行处理。 当小车在白色地面行驶时，装在车下的红外发射管发射红外线信号，经白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信号，那么光敏三极管将导通，比较器输 出为低电平；当小车行驶到黑色引导线时，红外线信号被黑色吸收后，光敏三极管截止，比较器输出高电平，从而实现了通过红外线检测信号的功能。将检测到的信号送到单片机 I/ I/明红外光被地上的黑色引导线吸收了，表明小车处在黑色的引导线上；同理，当 I/明小车行驶在白色地面上。 外传感器 用 射型光电探测器 。 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。 具有 如下特点： (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。 (4)它采用 射器和接受器都有两根引出脚，其中长脚为正极，短脚为负极。 较器 5 1。 工作在单电源下，电压范围是 2 伏或 16伏。 (1)短路保护输出 (2)真差动输入级 (3)可单电源工作， 3伏一 32伏 (4)低偏置电流 (5)每封装含四个运算放大器 (6)具有内部补偿的功能 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 11 (7)共模范围扩展到负电源 (8)行业标准的引脚排列 (9)输入端具有静电保护功能 图 5 1 压比较器 电压比较器可以看作是放大倍数接近 “ 无穷大 ” 的运算放大器 。 电压比较器的功能：比较两个电压的大小 (用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系 )电压比较器的作用：它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。 利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。简单的电压比较器结构简单，灵敏多高，但是抗干能力差，因此就要对它进行改进。改进后的电压比较器有：滞回比较器和窗口比较器。在此对它们不作要求 。 运放，是通过反馈回路和输入回路的确定 “ 运算参数 ” ，比如放大倍数，反馈量可以是输出的电流或电压的部分或全部。而比较器则不需要反馈，直接比较两个输入端的量，如果同相输入大于反相，则输出高电平，否则输出低电平。电压比较器输入是线性量，而输出是开关（高低电平）量。一般应用中，有时也可以用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下， 构成电压比较器来使用 。 电压比较器的作用是用来比较输入电压和参考电压， 见 图 5 2。 1 2 3 14 13 12 11 10 9 8 4 5 6 7 输出 1 输入 1 输入 2 输出 2 输出 4 输入 4 输入 3 输出 3 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 12 图 5 2 电压比较器电路 参考电压，加在同相输入端，输入电压 在反相输入端，运算放大器工作于开环状态，由于开环电压放大倍数很高，即使输入端有一个微小的差值信号，也会使输出电压饱和。因此，用作比较器时，运算放大器工作在饱和区，即非线性区。当 见，在比较器的输入端进行模拟信号大小的比 较，在输出端则以高电平或低电平（即为数字信号 1或 0）来反映比较结果。 迹 电路原理图 寻迹 电路原理图见 图 5 3。 U 5I N 40 0720 10 10 L E 3 24+47 0u f+10 0 . 0P 1. 1图 5 3 寻迹 电路原理图 1 i 州工程学院毕业设计 (论文 ) 13 片机电路 9片机简介 司 生产的 一种低功耗、高性能 有 8用 工业 80上 适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 在系 统可编程 得 众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案 ， 可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。 89片机主要性能如下： (1)与 (2)8(3)1000次擦写周期 (4)全静态操作： 0335)三级加密程序存储器 (6)32个可编程 I/(7)三个 16位定时器 /计数器 (8)八个中断源全双工 (9)低功耗空闲和掉电模式 (10)掉电后中断可唤醒 (11)看 门狗定时器 (12)双数据指针 (13)掉电标识符 片机系统结构 采用一般的单片机系统控制电路，主要由：电源电路、晶振电路、复位电路，及外部中断输入电路组成，电路结构简单，性能稳定，是单片机系统控制普遍采用的硬件电路。 复位： 脚是复位信号的输入端。在 脚出现高电平时实现复位和内部初始化。在振荡器运行的情况下，要实现复位操作必须使 期 24 个振荡）的高电平。在 出现高电平的第 2 个机器周期，执行内部复位。以后每个周期重复一次，直至 复 位电路的实现采用外部手动复位，电路图见 图 5 4。 徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 14 U 5I N 40 071 S V C . 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3P 1. 4P 1. 5 ( M O S I )P 1. 6 ( M I S O )P 1. 7 ( S C K )R S . 0P 3. 1P 3. 2P 3. 3P 3. 4P 3. 5P 3. 6P 3. 7X T A L 1G N A L 2P 2. 0P 2. 1P 2. 2P 2. 3P 2. 4P 2. 5P 2. 6P 2. 7P S E E /P R O /V P . 7P 0. 6P 0. 5P 0. 4P 0. 3P 0. 2P 0. 1P 0. 0V C 8 9S 52+47 0u f+10 0 0 4 单片机复位电路图 晶振： （ 1）晶振的选择 晶振就是晶体振荡器的简称，分为有源晶振和无源晶振 5。 1）有源晶振有 4 只引脚，是一个完整的振荡器，其中除了石英晶体外，还有晶体管和阻容元件。 2）无源晶振是有 2 个引脚的无极性元件，需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来。 有源晶振不需要 内部振荡器，信号质量好，比较稳定，而且连接方式相对简单徐州工程学院毕业设计 (论文 ) 15 （主要是做好电源滤波，通常使用一个电容和电感构成的 滤波网络，输出端用 一个小阻值的电阻过滤信号即可），不需要复杂的配置电路。 无源晶体需要用 内的振荡器，无源晶体没有电压的问题，信号电平是可变的，也就是说是根据起振电路来决定的，无源晶振应和其他元件才能组成正常的振荡电路 ,同样的晶体可以适用于多种电压，可用于多种不同时钟信号电压要求的 且价格通常也较低，因此对于一般的应用如果条件许可建议用晶体，这尤其适合于产品线丰富、批量大的生产者。 晶振在单片机系统里的作用非常大， 它 结合单片机的内部电路，产生单片机所必须的时钟频率，为系统提供基本的时钟信号，单片机的一切指令的执 行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（ 晶振的选择主要看应用电路，如果有时钟电路，就用无源晶振，否则就用有源晶振。在本设计中选用的 此选用 12源晶振。 （ 2）负载电容的选择 负载电容分别接在对地和晶振的 两个脚上，一般在几十皮发，它会影响到晶振的谐振频率和输出幅度。 晶振引脚的内部通常是一个反相器 , 或者是奇数个反相器串联 . 在晶振输出脚和晶振输入脚之间用一个电阻连接 , 对于 片通常是数千欧到数十千欧之间。这个电阻是为了使反相器在振荡初始时处与线性状态 ,反相器就如同一个有很大增益的放大器 , 以便于起振。石英晶体也连接在晶振引脚的输入和输出之间 ,等效为一个并联谐振回路 ,振荡频率应该是石英晶体的并联谐振频率。晶体旁边的两个电容接地 ,实际上就是电容三点式电路的分压电容 , 接地点就是分压点。以接地点即分压点 为参考点 ,振
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