基于自动寻迹的智能公交车系统设计报告

基于自动寻迹的智能公交车系统东北电力大学第八届“长通杯”大学生电子设计竞赛基于自动寻迹的智能公交车系统设计报告组长：组员：基于自动寻迹的智能公交车系统摘要：本设计选用STC89C52单片机作为智能公交车的控制核心，实现公交车自动识别轨迹并沿轨迹行驶，提前语音提示下车，公交站点精确停位等功能。同时，公交车可实时显示运行速度，距公交站点距离及预计到站时间等信息。反射式光电传感器通过感知与地面颜色有较大差别的导引线实现轨迹识别。PWM控制实现了对驱动马达的动态精确控制。关键词：光电传感器智能控制PWM脉宽调制ThedesignofIntelligentbussystemBasedonAutomatictracingAbstract:ThisdesignselectsSTC89C52themonolithicintegratedcircuittotaketheintelligentpublictransportation'scontrolcore,realizesthepublictransportationautomaticdiagnosispathandalongthepathtravel,thevoicepromptgetsoutaheadoftime,thepublictransportationstandstopsfunctionspreciselyandsoonposition.Atthesametime,thepublictransportationmaytherealtimedisplayrunningrate,beapartfromthepublictransportationstandtobeawayfromandinformationandsoonestimatestationofarrivaltime.Thereflectiontypephotoelectricsensorhasthewidedifferenceclearancelinethroughthesensationandthegroundcolortorealizethetrackidentification.ThePWMcontrolrealizedtoactuatedmotor'stendencyaccuracycontrol.Keyword:PhotoelectricsensorintelligentcontrolPWMpulse-durationmodulation目录一、任务概述……………………41、任务………………………42、要求………………………4二、系统方案……………………5三、主要模块的方案选择与论证………………51、电源模块…………………52、控制器模块………………63、电机驱动模块……………64、轨迹检测模块……………65、路程测量模块……………66、寻光模块…………………67、语音模块…………………78、显示模块…………………7四、系统的硬件设计与实现……………………71、电源模块的设计…………82、控制器模块的设计………83、电机驱动模块的设计……………………94、轨迹检测模块的设计……………………95、寻光模块的设计…………106、路程检测模块的设计……………………117、语音模块的设计…………118、显示模块的设计…………12五、系统的软件设计与实现……………………12六、总结…………13参考文献…………13附录一元器件清单……………14附录二系统总电路原理图……………………15一、任务概述1、任务设计并制作一套用电池供电的一台能沿着黑色引导线自主行驶并完成报站、站点停靠等功能的公交车。公交车行驶线路如下图所示，公交道路宽为60cm，公交道路用光滑平整的白纸制作，黑色小车引导线和状态标识线（可用电工胶带）宽度为1.8±0.1cm，停靠站台标识线长为20cm。起点与终点之间公交车道总长约25m，公交站点B、C的位置在示意图位置附近任意放置。2、要求=1\*GB2⑴基本要求=1\*GB3①公交车从起始站点A出发，沿着黑色引导线行驶至结束线处，行驶过程中不允许驶出公交车道，要求在4分钟内完成全程行驶；=2\*GB3②行进间有B、C两个站点（由发光灯泡和地上标志线指示），车行驶至站点前发出下车提示，到站点处停靠，然后继续自动驶至终点停车；下车提示、站点停靠提示以声、光等形式发出；=3\*GB3③公交车驶入站台停靠时，其车身中心标识线与站台停靠标识线间误差应不超过20cm，站台停靠时间为2s~5s。=2\*GB2⑵发挥部分=1\*GB3①到达第一个站台时，下车提示声为一声；第二个站台时，下车提示声为二声；并有数码管显示不同站点以示区别；=2\*GB3②采用液晶显示器及语音提示；=3\*GB3③能够显示本站与前一站间的距离、行车速度等信息；=4\*GB3④整个全部动作过程速度较快，用时较少；=5\*GB3⑤其它。二、系统方案根据题目的基本要求，智能公交车系统主要由以下8个模块构成：电源模块、控制器模块、电机驱动模块、轨迹检测模块、路程检测模块、寻光模块、语音模块和显示模块。系统硬件结构如下图1所示：图1系统硬件结构示意图为实现各模块的功能并得到较好的性能，分别对不同的模块设计多种方案并进行比较论证。三、主要模块的方案选择与论证1、电源模块方案一：采用集成多路输出电源模块。集成多路输出电源模块具有制作简单，使用方便等特点，但临时短时间内要购买比较困难，而且价格较贵，电源组合方式固定不易选择，故不采用此方案。方案二：采用LM7805稳压电路。LM7805是我们最常用到的稳压芯片，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，而且它的输出电压恰好为5V，是51系列单片机运行所需的电压。故本设计采用LM7805稳压电路作为电源模块。2、控制器模块方案一：采用各类数字电路来组成小车的控制系统，对外围避障信号，黑带检测信号，铁片检测信号，各路趋光信号进行处理。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于小车智能化的扩展，对各路信号处理比较困难，故不采用此方案。方案二：采用可编程逻辑器件CPLD。CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、处理速度快，适用于大规模的控制系统。本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理不是非常高，从经济的角度本设计不采用此方案。方案三：采用51单片机。51单片机的使用简单、对于小型系统的控制灵活，而STC系列的51单片机又具有ISP的功能，可以实现在系统编程，调试起来非常的方便。故本设计采用STC89C52单片机作为核心控制模块。3、电机驱动模块方案一：采用继电器对电动机的开关控制，通过控制开关的切换速度实现对小车的速度进行调整。这个电路的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间长，易于损坏，寿命较短，可靠性低，故不选用此方案。方案二：采用双电源驱动L298N集成芯片控制输出，采用单片机输出PWM波到L298N集成芯片来控制直流减速电机的速度。此专用芯片控制简单，相应及时。故本设计采用L298N集成芯片作为电机驱动模块。4、轨迹检测模块方案一：使用已经成品的红外发光管进行轨迹检测，当检测到轨迹时，输出高电平信号。其优点为，电路设计中只需提供电源和地，设计简单；其缺点为，当两个红外发光管位置较近时会发生串扰，而位置较远时则会存在较大的“盲区”，故不选择此方案。方案二：使用TCRT5000红外一体化收发管，自行设计电路。其优点为，通过精心设计，整套电路干扰小，且位置、反射距离可以根据需要进行调整，使用灵活；其缺点为，电路设计较为复杂。基于上述比较，本设计采用TCRT5000红外一体化收发管作为轨迹检测模块。5、路程测量模块方案一：采用超声波测距超声波使用起来比较简单，在测量长度、速度方面有着很广泛的应用。但是超声波使用的是声音在传播的时候遇到障碍物折回的原理，前方必须有一定体积的障碍物，在公交系统中通常不采用，故不选择此方案。方案二：采用透射式光电传感器来完成路程的测量。由于透射式光电传感器是沟槽结构，可以将其置于车轮固定轴上，再在车轮上安装编码器滚轴，让其恰好通过沟槽，车轮转动时，透射式光电传感器会产生一个个脉冲。通过对脉冲计数，实现对圈数的测量。故本设计采用透射式光电传感器作为路程测量模块。6、寻光模块方案一：在小车前面装上几个光电开关，通过不同方向射来的光使光电开关工作，从而对小车行驶方向进行控制，根据光电开关特性，只有当光达到一定强度时才能够导通，因此带有一定的局限性。方案二：采用基于LM339芯片的光敏电阻。在小车前面装上参数一致的光敏电阻，再送入单片机，单片机再对读入的几路进行比较，然后发出命令对外围进操作。对方案一、二进行比较，方案二硬件简单，易于实现。故本设计采用基于LM393芯片的光敏电阻作为寻光模块。7、语音模块此模块主要采用现成的模块系统，根据要求及实验室的器件情况本设计选择ISD1700系列语音芯片。ISD1700系列具有音质好，电压范围宽，应用灵活等优点，故本设计采用ISD1700系列语音芯片作为语音模块。8、显示模块此模块采用74HC573芯片，此系列控制原理是完全相同的，因此基于74HC573写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的数码管。故本设计采用基于74HC573芯片的数码管显示器作为显示模块。四、系统的硬件设计与实现根据第三部分主要模块的方案论证，可得出系统的硬件实现架构，如下图2所示。图2公交车系统的硬件结构框架在该架构中，由TCRT5000红外光电探测器负责黑色轨迹的检测，由STC89C52单片机根据红外探测器所反馈的信息，通过对电机驱动模块的控制，引导公交车的运行轨迹。同时，由DB1S650透射式光电传感器负责公交车轮胎转数的检测，进而由STC89C52单片机计算得出公交车的行驶路程。在公交车的行驶过程中，基于LM393芯片的光敏电阻通过检测灯光的强度，进而转化为电信号传递给单片机以判断公交车与车站的距离，并判断是否需要ISD1700语音驱动电路发出下车提示语。当TCRT5000红外光电探测器检测到地上的停车标志线，且光敏电阻检测到的灯光达到一定强度，STC89C52单片机将控制电机驱动模块，使公交车靠站停车，同时通过ISD1700语音模块和1602LCD液晶显示器发出到站语音及显示提示。具体的硬件实现如下所示。1、电源模块的设计电源模块采用LM7805稳压电路，如下图3所示。图3稳压电路原理图2、控制器模块的设计宏晶公司的STC82C52是51内核的单片机。完全兼容51系列的单片机，具有丰富的I/O口资源。并且支持在系统下载，不用烧写器就可以给单片机下载程序，给调试带来了很大的方便。因此控制器模块是以STC89C52单片机为核心的一块最小系统板，如下图4所示。图4控制器模块原理图3、电机驱动模块的设计电机驱动模块采用的是直流电机的专用驱动芯片LM298。LM298是SGS公司的产品，本设计采用的是15脚封装的L298N，内部包含四通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机，本设计在实际应用中用LM298来控制两路直流减速电机。LM298芯片引脚如下图5所示。图5LM298芯片引脚图用LM298芯片的电路图如下图6所示。图6电机驱动模块4、轨迹检测模块的设计轨迹检测模块使用TCRT5000红外一体化收发管，由于是自行设计电路，可以通过调整电路结构使得抗干扰能力增强，灵敏度提高，原理图如下图7所示。图7红外寻迹模块小车行驶状况ABC12到站停靠111**继续行驶110**继续行驶00000左偏00001右偏00010停止运行11011表1电动车行驶状态和红外对管产生的电信号关系注：=1\*GB2⑴AB为放在小车最前部的红外对管，负责到站标志的检测；=2\*GB2⑵C为检测站点光源的光敏电阻；=3\*GB2⑶ABC优先级高12的优先级较低。5、寻光模块的设计本模块采用基于LM393芯片的光敏电阻。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应，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。如下图8所示：图8感光模块原理图6、路程测量模块的设计DB1S650是采用高功率红外发光二极管与高灵敏度光电晶体管组成的光电传感器。适用于光电控制、光电计量等电路中，可检测物体的有无、运动方向、转速等方面。在本设计中，DB1S650用来对公交车车轮转动的圈数进行测量，进而由STC89C52单片机计算出公交车的行驶路程。如下图9所示：图9路程检测原理图7、语音模块的设计语音模块采用的是语音专用芯片ISD1700，硬件原理实现如图10所示。图10语音模块原理图8、显示模块的设计显示模块采用的是基于74HC573液晶芯片的数码管。五、系统的软件设计与实现开始时先由STC89C52单片机向TCRT5000发送轨迹检测信号，TCRT5000开始工作，并将检测结果送回STC89C52。若检测到黑色引导线，则由STC89C52向电机驱动模块发出工作信号，公交车开始行驶。STC89C52在开始工作后，主要完成测距，测速和测时的工作，并根据光敏电阻检测到的光线强度判断公交车行驶的位置决定是否向ISD1700芯片发出语音提示信号。当TCRT5000检测到与轨迹垂直交叉的停车标志线，且光敏电阻检测到的光线强度达到某一特定值时，公交车停止行驶并等待5s钟，并分别由语音模块和显示模块发出语音和显示提示；若不能同时满足上述两个条件，则公交车继续行驶。流程图如下图11所示。图11公交车的控制流程图六、总结本系统以单片机STC89C52芯片为核心部件，利用光电检测技术等实现了公交车的自动跟踪黑线行驶，行驶到站点前100cm左右提前播放下车语音提示，以及精确的站点停靠，在寻光模块的配合下，公交站点能实时显示公交车的行驶速度以及距站点的距离等。在系统的设计当中，采用了测量公交车轮胎的转数来计算小车行驶路程，并将该信息传送至单片机使得公交车能显示相关信息。为使行驶里程的运算更为精确，减小数据误差，采用了车轮压黑线的轨迹运行方式。为方便行驶速度与预期到站时间的误差计算，利用单片机测试瞬时速度以及到站时间的计时，思路清晰为测试提供了极大的便利。参考文献[1]何小艇主编，电子系统设计(第三版)，杭州：浙江大学出版社，2004[2]郑家龙，王小海，章安元编著，集成电子技术基础教程，北京：高等教育出版社，2002[3]王永山，杨宏五，杨婵娟编著，微型计算机原理与应用，西安：西安电子科技大学出版社，2004[4]黄继昌主编，电子元器件应用手册，北京：人民邮电出版社，2004[5]梅遂生，杨家德主编，光电子技术――信息装备的新秀，北京：国防工业出版社，1999[6]黄智伟主编，全国大学生电子设计竞赛训练教程，北京：电子工业出版社，2004附录一元器件清单电源模块： 6-9V直流电源稳压芯片7805 1电容0.1uF2电容100uF 2电阻200欧 1指示灯 1开关 1电源插孔 1对最小系统：STC单片机 140脚芯片座 1晶振 1按键 1电容22pF 2电阻10k 8电机驱动：L298N 116脚芯片座 17404 1寻迹模块：车模 1LM339 214脚芯片座 2码盘 2普通光电对管 至少3个电阻510欧 电阻47k电阻10k电位计7.2k指示灯注：电阻100k、电阻10k、电位计100k、指示灯数目与普通光电对管数目相同，电阻200欧数目是其2倍。寻光模块：光敏电阻 1电阻10k 1电阻100k 1电位计100k 1指示灯 1电阻200欧 1注：LM339与寻迹模块共用。其他器材：万用板 1单排插针 2单排插槽 2导线 若干黑热缩管 1附录一系统总电路原理图

中国企业物流运作现状及发展战略探讨摘要：自从2001年中国加入WTO之后，市场竞争就更加激烈。每个企业为了提高自身的竞争力，努力提高物流水平，降低物流成本。本文将中国物流现状与发达的国家和地区的企业物流运作模式进行对比，提出了中国的企业物流发展战略关键词：企业物流现状；运行模式；发展战略一、中国企业物流的运作现状及弊端

物流战略是很多企业总体战略中必须考虑到的一个重要因素。为了在市场中提升自我竞争了，企业不断在降低物流成本和提高物流水平上下功夫。无论是在国内还是国际市场上，都能够最大程度上的降低成本，同时又不减低服务水平，获得竞争优势。企业物流的管理整体上来说还是处于不完善的阶段，大多停留在纸币时代。比较先进的企业已经配备了电脑，但是依旧没有形成系统的体系和网络。EDL、个人电脑、人工智能、专家系统、通信和扫描等先进的信息技术还未在物流运作中广泛地运用。但是物流是一种新型的管理技术，涉及领域宽广。因此物流管理人员要熟悉掌握企业内物流和因此延伸的整条供应链的管理知识，掌握整个工艺流程，精通物流管理技术。而我国现在十分缺乏具备综合物流知识的管理和技术人才，难以满足企业物流现代化的需求。二、中国企业物流的发展战略1990年以来，在国外，物流已经成为了该国一个重要的经济增长点。但是在中国，物流才刚刚起步。企业之间生产经营，市场运行的各个方面展开竞争。具体体现在技术、人才上包括了物流和供应链。在竞争如此激烈的背景之下，企业进入了一个微利时代，产品的成本和利润变得十分透明。而这用竞争还会不断加深，变得更加激烈，三、发展物流为当务之急

社会的经济环境在不断地发展变化之中，这就要求中小企业从战略发展的高度出发去思考物流的发展问题。在大企业实时物流战略的同时，作为灵活的反应者，中小企业在市场中，也积极采取了行动。希望通过积极的物流战略提升自身的竞争力。信息技术的发展前景大好，经济贸易的高速发展，物流业已经显示出了蓬勃的活力和蕴藏的无限商机，物流服务正逐渐成为中国企业之中最为经济合理的综合服务模式。中国进入WTO的时间还不算长，我国的中小企业应该及时把握住这一机会，在物流市场竞争比较不激烈时加入物流领域，迅速地占领一定的市场份额。但是如果中小企业不作为，等时间再长久一些，将会失去发展物流的优势。

四、从战略角度做物流

现下，我国的许多中小企业还未意识到物流战略以及控制物流成本的重要性。中小企业应当认识到物流战略是提升竞争力的重要手段，并且重视自身物流系统地建设，将物流系统的建设上升到战略高度。事实上，企业物流成本是除了原材料成本之外的最大成本项目。在国外发达国家，它们的物流成本一般控制在10％左右。而我国的现状就不太乐观。我国物流成本一般占总成本30％－40％，鲜活产品占60％左右甚至更多。我们应该看到的是系统完善的物流管理可以节省15％－30％物流成本，很大程度上减少库存和运输成本，对于中小企业来说，技术上和产品质量都比不上大企业。但不得不承认的是，中小企业产品价格更加受消费者青睐，市场需求反应更加灵活迅速。一旦中小企业将物流上升到战略高度，利用先进的物流管理模式，就可以大大的节省产品成本，进一步发挥自身的优势。想要在变幻莫测的市场中屹立不倒。谋求更加长远的发展，中小企业就要把物流放到企业经营管理的战略高度上进行思考。除了考虑要怎样解决仓储运输和商品配送这些物流的基本问题，还要思考怎样把采购、生产和销售过程中的物流活动的有机结合。做到以业务流程为基础，使得物流的一体化。最终达到加强企业的在瞬息万变的市场当中的竞争能力。

我国的中小企业只有突破地域限制、行业的局限，放眼于国内外，才能说真正意义上做好了战略制定，最大限度地把握住了机遇，有效规避风险。具体来的说，就是首先着眼于当前的地域市场的开拓，在获得了本地竞争的优势之后，辐射全国，放眼于全球。

五、重视物流系统的全面改造

发展物流并不是一蹴而就的，它需要一步步地前进。因此中小企业要注重制定详细的物流重组的长期实施计划和发展策略。物流重组需要从物流业务流程、组织机构、企业资源管理系统等方面展开，这样一来才有可能慢慢实现企业物流向供应链管理的“横向一体化”。达到降低生产、库存、运输等环节的成本，最终给客户带来更大的效益，给消费者带去更大的实惠。与此同时，企业的经营者应该打破传统的观念，不再只是局限于投入产出管理问题，如流程再造、压缩成本、加强培训以及有限资源的合理配置问题。企业的经营者应当认识到物流是企业市场营销的基础，从战略高度去思考物流运营成本与市场拓展需要、物流顾客服务的特殊要求之间的动态平衡，做到将物流系统与营销战略有机结合。现代化的物流在国际上又被称为一体化物流、供应链管理、销售链管理等等。不同于传统的物流，现代物流包括了运输、储存、装卸、搬运、包装、流通加工、配送、信息处理、回收等功能。对我国的中小企业来说，发展物流必须重视物流系统的全面改造。以物流供应链思想作为指导，注意对物流管理的强化，积极运用有效策略，全新打造物流的运作与管理体系。

六、从服务角度做物流

在国外，广泛认为物流业归属于服务业。但是现代物流在中国还是新兴产业。它的发展也就紧密伴随着企业经营管理理念而在发展。当代企业政府对物流管理的认识也逐渐提高到了企业和地区的战略理论的高度。当代企业经营管理理念的核心正在从产品制造转向产品销售再转向现代营销和客户服务。并且提出了“一切为客户创造价值”的现代经营理念。人们对于物流的认识早已经从企业自身的“功能性活动”上升为“以满足客户需求为目的”、“努力为客户创造价值，尽力增加顾客让渡价值”的“从供应到消费的运动、储存和配送的计划、执行和控制”的管理过程。消费者的需求不仅仅是商品。以企业的经营和发展的角度来看，物流就等同于服务。服务也是物流的物品之一。它是企业所提供的服务，“服务的实质上也是一种商品”，但是这一点却常常被人们所忽视。七、引进专业物流管理咨询公司中小企业自身的专业力量不足，因此要懂得借助相关的管理顾问公司以及相关研究机构来科学规划企业的物流战略、实施战略和管理体系。要去了解先进物流企业的作以及这样运作的原因所在。在这一过程之中，它们的物流服务理念是如何变化的，怎样做到满足客户需求和市场竞争，企业经营战略相衔接。这有这样，我国的中小企业才有可能成功地进入一个新的市场领域，在现有的市场基础上进一步地替身自身的服务水平，拓展市场份额。许多的企业在管理咨询方面下了许多的功夫，用以探索新管理方式和学习物流技术的运用。中小企想要全面提升企业的物流运作以及管理的水平，更加迅速地构建起一个先进的物流系统以及管理平台，就应当充分利用专业管理顾问公司的优势能力。结语：战略性的规划、投资以及技术开发是最近几年促进物流现代化发展的重要因素。企业亟需解决的不仅仅是仓促运输以及商品配送等最为基本的物流问题，最重要是为了解决怎么样才能在在变化莫测的市场竞争之中谋求生存与发展这一问题。因此企业必须做到将物流放在企业经营管理这一战略高度上去考虑怎样将采购、生产和销售则一系列过程与物流相结合。从而形成以业务流程为基础，形成物流一体化，达到增强企业市场竞争力的目的。物流已然是企业市场营销的基础。作业企业的经理，在物流决策方面应当从战略高度去考虑物流运营成本和市场拓展需要、物流顾客服务的特殊要求之间的动态平衡，仔细思考怎样才能把物流系统与营销战略以及企业的总体战略灵活结合。不再像传统上，只注重如何解决流程再造、压缩成本等投入产出的管理问题以及有限资源的合理配置问题。参考文献【1】孟祥茹

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我国第三方物流的发展现状与运作模式探讨\o"《湖南经济管理干部学院学报》"《湖南经济管理干部学院学报》

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我国企业物流运作现状及发展战略探讨\o"《交通企业管理》"《交通企业管理》

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2010【4】HYPERLINK"/s?wd=authoruri:(f3f9ac2bc28aeb81)%20author:(%E9%82%B5%E6%99%B4)%20%E6%B2%B3%E5%8D%97%01%E7%BB%8F%E8%B4%B8%01%E8%81%8C%E4%B8%9A%01%E5%AD%A6%E9%99%A2%01&tn=SE_baiduxueshu_c1gjeupa&ie=utf-8&sc_f_para=sc_hiligh