智能小车设计-电子设计大赛报告

全国大学生电子设计大赛报告智能小车设计摘要：智能小车的研究、开发和应用涉及传感技术、电气技术、电气控制技术、智能控制等学科，智能控制技术是一门跨科学的综合性技术，当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。智能作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模块在一个特定的环境里自动的运行，可运用于科学勘探等用途，无需人为的管理，便可以完成预期所要达到的或更高的目标。本设计采用C8051F410单片机为控制核心，设计了一辆智能小车并对其功能进行测试，利用单片机实现小车的启停和转弯；利用超声波传感器检测道路上的障碍，实现了小车的避障功能、避免撞到障碍物、行车时间和壁障距离的数码显示三大功能。整个系统的电路结构简单，可靠性能高，测试结果均能满足个环境要求。关键词：L298N循迹避障测距测速c8051f410Abstract:theresearch,developmentandapplicationofintelligentcarinvolvedinsensingtechnology,electricaltechnology,electricalcontroltechnologyandintelligentcontroldiscipline,intelligentcontroltechnologyisacrosssciencecomprehensivetechnology,thecontemporaryresearchisveryactive,areappliedwidely.Smartasanewproductofmodernsociety,isthefuturedevelopmentdirection,itcanbeinaccordancewiththepre-setmoduleautomaticallyruninaspecificenvironment,canbeusedinscientificexplorationpurposes,withouthumanmanagement,canaccomplishexpectedtoachievegoalsorhigher.ThisdesignUSESC8051F410thesinglechipprocessorasthecore,todesignasmartcarandtotestitsfunctionality,usingsingle-chipmicrocomputerrealizecarstopandturn;Usingultrasonicsensorstodetectroadobstacles,thecaroftheultrasoniccontrol,toavoidhittingobstacles,drivingtimeandmileageofthedigitaldisplaythethreefunctions.Thecircuitofthewholesystemhassimplestructure,reliableperformanceishigh,thetestresultsKeywords:L298trackingobstacleavoidancevelocitymeasurement目录1引言…………………………12方案论证与分析……………12.1车体方案论证与分析…………………12.2微控制器的论证与分析………………12.3电机驱动模块论证与分析……………12.4循迹模块论证与分析…………………22.5避障测距模块论证与分析……………22.6测速模块论证与分析…………………32.7显示模块论证与分析…………………33系统设计……………………33.1系统总体设计…………33.2车体部分设计…………43.3微控制器模块设计……………………43.4电机驱动模块设计……………………53.4.1L298N介绍……………………53.4.2电机驱动电路…………………63.4.3L298N电机驱动芯片引脚说明………………63.5循迹模块模块设计………………………73.6避障测距模块设计……………………73.7测速模块设计…………83.8LCD显示模块设计……………………94软件设计……………………94.1软件调试平台…………94.2系统软件设计………………………114.2.1循迹程序流程图……………114.2.2避障程序流程图……………125系统调试…………………125.1系统的性能指标………………………125.1.1电机驱动参数…………………125.1.2超声波测距模块………………135.2测试工具…………145.3测试过程……………146设计总结…………………157参考文献…………………158附录………………………158.1控制及显示原理图…………………158.2控制部分PCB图…………………168.3总程序…………………17⑵使用方法：控制口发一个10US以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出.一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,可算出距离.如此不断的周期测,就可以达到移动测量的效果。5.1.3测速模块计算用红外对管传感器进行测速，经实际测得轮子圆周为20.5cm，电机的码盘为20个孔，在一定时间测得通过圆孔的个数然后再乘以0.025就知道小车行驶的路程。d=（C*0.025/500）*2（cm/s）C为每500ms内的计数值0.025是车轮的周长（20.5cm）和码盘圆孔的个数（20个）的比值5.2测试工具：仪器名称用途电脑调试及下载程序数字万用表测量各种电路工作情况直流稳压电源提供系统工作电压5.3测试过程由于智能小车属于移动性高精度实时控制领域，因此各模块必须具有精度高、传感器综合控制、智能控制等性能要求，所以测试时将整个系统分为传感器测试模块，电机测试模块，程序测试，总体测试。传感器测试：作品采用了九对红外对管用于信息检测，三只用于检测黑线，二只用于检测障碍小车，测试过程中我们用白纸黑胶带模拟测试，用其他物品模拟障碍物，调整程序来调整需要的测试范围。超声波检测参数：工作电流检测角度检测距离理论值2ma<15度2——450cm实际值2.85ma<13度2——415cm避障模块检测参数：工作电流检测角度检测距离理论值2ma<352——30cm实际值2.9ma<302——26cm循迹模块的检测距离测得为0—3cmPWM调速测试：通过单片机产生PWM波形来控制LN298驱动模块的使能端进行控制小车速度，中间用按键来控制小车的速度，调节到塞题要求。测距测试：用超声波来进行测量小车与障碍物的距离，声速根据温度、环境的不同而变化，在一般情况下声速是340M/S。电机模块测试：我们通过程序，给电机下载不同的指令，观察电机是否按照设定的方试转动。程序测试：通过与传感器模块，电机模块一起协同测试。整体测试：当所有的模块测试没有问题后，我们协力按照大赛要求制作了跑道，通过跑道进一步进行精确测试，认真编写程序，通过分析、修改数据参数，根据环境温度及光照的变化来调节传感器灵敏度以实现设计要求。在轨道上也多次调节小车运动弯度，最终成功完成题目要求。6设计总结经过的奋战，智能小车终于能按照设计要求在预定轨道实现了全部功能。感觉小车设计的关键点不在控制程序的算法，而在于小车的环境温度，小车最容易受到电压波动、光照、赃物等东西的影响。只要给小车的工作环境能好，在调程序这样设计起来受外界影响就小。在整个过程中，我们不仅在通力合作中体会到了团结的重要性。还将理论与实践结合了起来，培养了一定的科研能力，拓宽了知识面。展望未来，智能车技术必将在更广阔的领域广泛应用。本智能小车系统最诱人的前景就是可用于未来的智能汽车上了。当驾驶员因疏忽或打瞌睡时这样的智能汽车的设计就能体现出它的作用。在设计过程中，由于电机的反复运转引起电压不稳定，导致小车未按照规定的赛道奔跑，出现乱跑现象，经过稳压芯片从而使电压恢复正常。7参考文献[1]郭惠，吴迅.单片机C语言程序设计完全自学手册[M].电子工业出版社,2008.10：1-200.[2]王东锋，王会良，董冠强.单片机C语言应用100例[M].电子工业出版社,2009.3：145-300.[3]韩毅，杨天.基于HCS12单片机的智能寻迹模型车的设计与实现[J].学术期刊，2008，29（18）：1535-1955.[4]王晓明.电动机的单片机控制[J].学术期刊，2002，13（15）：1322-1755.[5]YamatoI,etal1NewconversionsystemforUPSusinghighfre2quencylink[J]1IEEEPESC,1988:210-320.[6]YamatoI,etal1HighfrequencylinkDC/ACconverterforUPSwithanewvoltageclamper[J]1IEEEPESC,1990:52-105.8附录8.1控制及显示原理图8.2控制部分PCB图8.1总程序#include"C8051F410.h"#include"410.h"#include"CH452.h"typedefunsignedcharuchar;typedefunsignedintuint;sfr16TMR3RL=0X92;sfr16TMR3=0X94;sbitLeft_0=P2^0;//左轮电机sbitLeft_1=P2^1;sbitRight_0=P2^2; //右轮电机sbitRight_1=P2^3;sbitTrack_Left=P1^0;//左边循迹传感器sbitTrack_Right=P1^1;//右边循迹传感器sbitTrack_Middle=P1^2;//右边循迹传感器sbitTrig=P0^1;//产生脉冲引脚sbitEcho=P0^0;//回波引脚ucharCount;ucharJishu;ucharoutcomeH,outcomeL;uintdistance_data;ucharLeiji;uintAbc;bitStop_flag_0=0;bitStop_flag_1=0;bitGo=1;bitsucceed_flag;voidDeley_Ms(uinti){ unsignedint j; do{ for(j=0;j!=1000;j++) {;} }while(--i);}//延时20USvoiddelay_us(){chara=50;while(a--);}//////////定时器0////////////////voidtimeset(unsignedintadt){unsignedlonginttt;tt=65535-(12250000/12/1000)*adt;TMR3RL=tt;TMR3=tt;}/////////////前进//////////////////voidCar_Forward(){Left_0=0;Left_1=1;Right_0=0;Right_1=1;}/////////////后退//////////////////voidCar_Back(){Left_0=1;Left_1=0;Right_0=1;Right_1=0;}/////////////左转//////////////////voidCar_Left(){Left_0=1;Left_1=0;Right_0=0;Right_1=1;}/////////////右转//////////////////voidCar_Right(){Left_0=0;Left_1=1;Right_0=1;Right_1=0;}/////////////停止//////////////////voidCar_Stop(){Left_0=0;Left_1=0;Right_0=0;Right_1=0;}//////////////////////壁障程序//////////////////voidCounterguard(){uintw; Trig=1;delayus();Trig=0;//产生一个20us的脉冲，在Trig引脚 for(w=0;w<1000;w++){if(Echo==1) gotoaa;//等待Echo回波引脚变高电平 }gotobb;aa:succeed_flag=0;//清测量成功标志 EX0=1;//打开外部中断 TH1=0;//定时器1清零TL1=0;//定时器1清零TR1=1;//启动定时器1 while(TH1<30);//等待测量的结果，周期65.535毫秒（可用中断实现）bb: TR1=0;//关闭定时器1EX0=0;//关闭外部中断if(succeed_flag==1) { distance_data=outcomeH*0x100+outcomeL;//测量结果的高8位distance_data=(uint)((float)distance_data*0.97*0.034)/2; //0.97定时器校准到us，0.34是声速，结果是xx.x厘米} }/*********************************************/voidmain(){ucharspeed;Init_Device();//器件初始化CH452_Init(); //CH452初始化timeset(50);//定时50毫秒，用来判断终点EA=1;EX1=1; ET0=1;TR0=1;IT1=1;Car_Stop();Deley_Ms(100);while(1){ Counterguard(); if((distance_data>6)&&(distance_data<30)&&(Go==1))//如果距离小于15壁障 { Deley_Ms(2);Counterguard(); if((distance_data>5)&&(distance_data<20)&&(Go==1)) {Car_Left();PCA0CPH0=30;PCA0CPH1=30;//这里向左转45度 Deley_Ms(300); PCA0CPH0=55;PCA0CPH1=55; } }if((Track_Left==1)&&(Track_Right==1)&&(Go==1)) { Car_Forward(); } if((Track_Left==1)&&(Track_Right==0)&&(Go==1)) { TMR3CN=0x04;EIE1=0x80;Stop_flag_0=1; if(Stop_flag_0==1) {Car_Stop(); Go=0;} else { Car_Right(); PCA0CPH0=30;PCA0CPH1=30;//这里转45度 Deley_Ms(300); PCA0CPH0=55;PCA0CPH1=55; } } if((Track_Left==0)&&(Track_Right==1)&&(Go==1)) {TMR3CN=0x04;EIE1=0x80;Stop_flag_1=1; if(Stop_flag_0==1) {Car_Stop(); Go=0;} else { Car_Left(); PCA0CPH0=30;PCA0CPH1=30;//这里转45度 Deley_Ms(300); PCA0CPH0=55;PCA0CPH1=55; } }if(Track_Middle==0) { Car_Stop(); Go=0; } if(Leiji>=10) { Abc/=10;speed=(uchar)((float)Abc*0.41);Display_Left(speed); Display_Right((uchar)distance_data);Jishu=0; Leiji=0; EX1=1;TR0=1; } }}///////////////定时器3中断///////////////voidT3_ISR()interrupt14{TMR3CN&=0X7F;//清楚中断标志Count++;if(Count>=40){Count=0; EIE1&=0x7f; TMR3CN&=0xfb; Stop_flag_0=0; Stop_flag_1=0; }}//***************************************************************//外部中断0，用做判断回波电平voidINTO_()interrupt0//外部中断是0号{outcomeH=TH1;//取出定时器的值outcomeL=TL1;//取出定时器的值succeed_flag=1;//至成功测量的标志EX0=0;//关闭外部中断}////////////////这个定时器用来测速/////////////////////////voidTimer_0()interrupt1 //这里可以累技求平均{TH0=0X9c;TL0=0X4f;Leiji++;if(Leiji<10){Abc+=Jishu;}else{EX1=0;TR0=0; }}//////////////这里用来测速，轮子周长20.5Cm。码盘20个///////////////////////////voidwaibu_1()interrupt2{Jishu++;}//****************************************************************//定时器1中断,用做超声波测距计时voidtimer1()interrupt3//定时器0中断是1号{TH1=0;TL1=0;}目录第一章总论11、项目名称及承办单位12、编制依据43、编制原则54、项目概况65、结论6第二章项目提出的背景及必要性81、项目提出的背景82、项目建设的必要性9第三章项目性质及建设规模131、项目性质132、建设规模13第四章项目建设地点及建设条件171、项目建设地点172、项目建设条件17第五章项目建设方案251、建设原则252、建设内容253、工程项目实施33第六章节水与节能措施371、节水措施372、节能措施38第七章环境影响评价391、项目所在地环境现状392、项目建设和生产对环境的影响分析393、环境保护措施……404、环境影响评价结论……………..……………42第八章劳动安全保护与消防441、危害因素和危害程度442、安全措施方案443、消防设施…………...45第九章组织机构与人力资源配置461、组织机构462、组织机构图46第十章项目实施进度481、建设工期482、项目实施进度安排483、项目实施进度表48第十一章投资估算及资金筹措491、投资估算依据492、建设投资估算49目录TOC\o"1-2"\h\z\u第一章总论 51.1项目概要 51.2项目编制的依据和范围 61.3结论与建议 71.4主要技术经济指标 9第二章项目兴建的理由与必要性 102.1项目兴建的理由 102.2项目建设的必要性 13第三章市场预测 153.1国际加气混凝土砌块行情概况 153.2中国加气砼行业概况 163.3产品销售分析 18第四章建设规模与产品方案 204.1建设规模与建设内容 204.2产品方案 20第五章场址选择 215.1项目建设地址 215.2项目区自然条件 215.3项目基础设施条件 22第六章工程技术方案 246.1项目组成 246.2生产技术方案 246.3主要设备 29第七章原材料供应 327.1原辅材料质量要求 327.2原辅供应 34第八章工程建设方案 358.1总平面布置 358.2土建工程 368.3公用工程 38第九章环境影响评价与节能 439.1环境保护 439.2环境现状及主要污染源 439.3项目污染治理方案 449.4绿化 469.5节能 46第十章劳动安全卫生与消防 5010.1劳动安全卫生 5010.2消防 53第十一章组织机构与人力资源配置 5511.1组织机构设置 5511.2劳动定员 5511.3人员培训 56第十二章项目实施进度 5712.1项目建设工期 5712.2项目建设期管理 5712.3项目进度安排 5712.4项目进度安排表 58第十三章招标方案 59第十四章投资估算和资金筹措 6014.1投资估算的范围