【《基于单片机控制的智能小车控制系统设计》8500字（论文）】

毕业设计论文网:概述课题的研究背景随着社会的发展，人工智能将成为潮流。电动类汽车将逐渐代替燃油类汽车，智能类汽车也将取代传统类汽车，智能小车顾名思义就是智能识别信息的小车，二十世纪智能小车被提出为一种新型小车，其发展也是相当迅速REF_Ref13567\r\h[1]。一般情况下，以下功能智能小车都能完成：（1）智能红外避障功能，这个功能可以让小车更加安全的行驶，使小车看起来行驶的足够正常，当前面有阻挡的物体时，发出警报能来得及让系统做出应对措施，就像视觉一样。（2)红外遥控功能，通常小车需按照我们已经设定的路线行驶，红外遥控功能可以让我们对小车的移动的控制更加得心应手，此设计比较人性化，使人们的要求更加容易得到满足。在如此大环境下，人们自己驾驶汽车变成了一件不是必须的事情，仅仅只需输入目的地，汽车就能自己到达，人们只需享受高科技带来的便利。即使计算机拥有庞大的数据库和强大的计算量，但如果发生一些意料之外的紧急状况，如果小车不能及时做出对应措施，这将发生重大的事故，智能小车至今仍未全面普及就是因为这个原因。即使存在困难，但人们也在不断进步，不断克服科技上的问题。现在特斯拉的无人驾驶汽车可以在中国以每小时100公里的速度购买。阿里巴巴在杭州投资的Al汽车研究基地。不久，人们将会接受，无人驾驶将成为趋势。太阳能是纯天然的能源，具有用之不竭、无污染等优点，而且是零排放REF_Ref13682\r\h[2]。如何把太阳能技术运用到汽车领域是当今人们仍需解决的难题，如果解决将会使汽车领域产生巨大变化。如今，面积不大的太阳能板就可以使汽车行驶，同时，在车辆的运动中，太阳能的利用率高达百分之九十REF_Ref13851\r\h[3]。由此可见如果太阳能智能汽车得到推广将会为社会带来巨大的能源效益。本文的智能小车就是以太阳能转化电能作为供电系统的新型小车。智能小车控制系统总体方案设计系统的需求分析智能车辆控制系统目前有以下两个功能：（1）可以使用遥控器来控制汽车的运动方向；（2）为了使智能汽车环保，太阳能是最佳选择。本文的设计是对未来太阳能汽车应用的模拟测试。使用5V电源供电，调速范围为在50W下20-40cm，使用后轮电机驱动。系统的总体结构方案设计作为被单片机控制的智能汽车对这一功能有几个要求。设计的汽车由太阳能驱动，而多伦力则是按照操作者的指令完成相应的操作，这些操作的执行是基于单片机的控制，当接收到遥控指令时，就会发出相应的指令。每次指令的不同会改变车的轨迹REF_Ref16232\r\h[4]。图2.1单片机最小原理图器件选型2.3.1单片机的选择根据所需条件，此设计只要履行很少的功能，对整块机并没有的要求，实验室通常使用整体式的机器，目前有两种类型的整块机可用；

第一种方案：89系列芯片，由ATMEL公司生产，使用8个高性能和低能耗微型控制器制作；[8K]可编程互动闪光灯。此芯片可履行此证书规定的全部功能，且工作得相当好REF_Ref14015\r\h[5]。第二种方案：AVR微型芯片也是ATMEL公司生产的八个处理器。虽然速度和完整的功能，但市场价格仍然很贵。除此之外，它的许多功能都不能用于设计生产，这必然会导致能量损失。2.3.2单片机的选择方案一最常见而且性价比高，因此本毕业设计采用方案一。此设计采用AT89S52REF_Ref14113\r\h[6]。目前人们用的较多的清洁能源是太阳能，太阳能如果运用到小车上那再好不过，但是由于太阳能电池板的尺寸过大，供电不稳定，耐久性一般，因此太阳能电池板的设计非常重要。综上，用太阳能电池板给蓄电池充电成了可行方案。在生活中小的蓄电池随处可见，如纽扣电池。三轮类小车满足本次设计，所以氢镍蓄电池就成为了我们的首选REF_Ref16405\r\h[7]。2.3.3驱动及方向控制模块的选择有两种主控模块达到设计的要求：（1）四轮驱动，在这样的模式下，汽车的设计四轮可以同时进行，控制后轮旋转，两个直流马达。可以独立选择一个选项。例如，两个车轮在直流马达左侧的1号，2个车轮在直流马达右侧的2号。当车辆需要向左或向右转弯时，当发动机1和2返回时，车辆向前和向后移动，两台发动机同时或相反，需要满足小型车的功能需求。（2）三轮驱动，在这样的模式下，汽车的设计三轮可以同时进行，开车需要使用双伺服电机。前轮主要用于维持前轮，可以用球代替。后轮由两个后轮驱动。这在生活中很常见。这个方案可能不太好，但是可以节省车轮的数量。与替代方案2相比，硬脂规格所需的功能更加简单地满足，底量的电力消耗能使测试更容易完成。2.3.4遥控模块的选择我们的生活中出现了遥控器使我们更加便捷。在这台机器中，我们还安装了一个遥控模块来控制汽车的运动REF_Ref14273\r\h[8]。（1）选择遥控器现在运用红外线技术的遥控器是市面上的主流。优点是可以很快的传输信号。缺点是发射器和接收器距离不太远。换句话说，人们不应该远离汽车。红外信号不干扰电磁波。因此，红外遥控器必须满足远程传输的要求。无线红外遥控器满足这次测试的需求。（2）无线电遥控发射接收模块类型方案1：使NRF24L01作为无线收发模块。 质量好，灵敏度高，功耗低，价格高是其优点。这种收发模块一般运用于各种高端产品。毕业设计并不需要这样的。 方案2:PT2262/22272固定编码发送接收模块。 相较于前者，该模型小型、轻量且工作电压小，当发送端与接收端处于对应位置时可以正常使用。由于功耗低，因此被小型无线遥控器运用REF_Ref14344\r\h[9]。PT2262是无线接收端，PT2272是无线发送端。PT2272包含两个系列的L、M，其中不同的扩展名代表不同的功能，L代表锁存器输出，并且保持状态，直到接收到数据为止，直到下一个远程按钮产生变化为止。M表示非锁存输出，数据终端的输出电平为瞬时（即按下后开启，不按下时关闭），可以用来控制相似点的动态。一般来说，L或m后面有数字。显示并联输出的数量。因为遥控器是用来控制汽车的，所以它应该是一个非常小的装置。无线遥控发射器的设计与许多车辆防盗系统相同。我们使用的传输模块是A、B、C和D按钮。因此第二个方案适合本次设计。2.3.5避障模块的选择智智能车的另一个重要功能是自律避免障碍物，在它前面有障碍物时能自我停止。这需要为车增加一对“眼睛”。在一些相对高端的机器人中，相机被安装在其中相当于传感器能收集一些信息REF_Ref16758\r\h[10]。本文的设计并没有那么高的要求，一般传感器就能完成任务。分为以下两种（1）超声波传感器：发送频率比声波频率高的波长。当波长被接收后，接收器可以快速研究障碍物是否在前方，这种长短、精度好的波不仅可以通过固体而且在液体中也可以传播，但价格高。（2）反射红外传感器：发射红外。通过光的慢反射原理，可以分析反射的信号，并在可测量范围内确定车的前方是否有障碍物。低微外部干扰并不能影响传送，并且具有高可靠性和低价格。例如，电视机的遥控，因此对于本文的设计最合适不过REF_Ref16800\r\h[11]。系统硬件设计系统中央控制模块设计AT89S52是行业泛用性最高的芯片。许多问题在8个处理器下显得轻而易举。耗电不高且内存很强，可以互联网在线编程。因此这个芯片受到很多控制系统青睐REF_Ref16879\r\h[12]。3.1.1电源电池为车提供电源模块，电池的充电一般是使用太阳能。一个开关被设计在电源和单片机之间用来控制整个电源系统，使得操作便利REF_Ref16918\r\h[13]。图3.2电源输入原理图3.1.2时钟振荡电路就像人的心脏一样，周期也会产生一个高电位和一个低电位，一般情况下振荡电路正常运行单片机才能工作。18、19脚是51单片机的时钟振荡管脚。振荡芯片输入端XTAL1接19脚，输出端XTAL2接18脚。图3.3时钟振荡电路3.1.3复位电路复位电路的主要目的是为小型车提供体统安全的保障。意外发生时，要是程序突然产生意外，小型车的操作系统将很难操作，将复位电路放入宏处理器后，小型车回到前面的形式，用一开始的软件。在51系列的宏处理器复位端RST，宏处理器是第9管脚，RST端是高功率时，宏处理器处于复位状态REF_Ref17084\r\h[14]。图3.4复位原理图3.1.4输入输出I/O口毕业设计使用P1和P2。P1和P2是一张嘴。这个属性是一样的。P1端口是一个8位双向i/o端口，内部有上拉电阻[18]。外部引脚有八个端口。端口P1可用作输入端或输出端REF_Ref17140\r\h[15]。智能小车驱动模块设计这次的测试后轮是采用两个伺服电机来使其运动的，以速度差控制汽车的方向盘。制作轮胎的材料收集防滑的，前面的通用车轮是一个球体。本系统选用白线、黑线、红线三种形式的伺服电机，主要用于对模块的控制。如下列图片所展示：图3.5三轮小车框架图3.6伺服电机原理图白色的线是用来控制信号的（通常约为20米）。发动机的运行由输入信号线的脉冲大小控制，一般，在我们平时环境中用的伺服电机采用脉宽调制（PWM），控制信号时间为20ms，脉冲宽度为0,5ms-2.5ms，伺服电机有一个零速度点（1,5ms脉冲宽度），顺时针方向的最大转矩点（1,5ms脉冲宽度），7毫秒脉冲宽度）和顺时针方向的最大转折点（1.3毫秒脉冲宽度）伺服电机实物图如下：图3.7伺服电机实物智能传感检测模块设计对遥控器的参数设置：电压：DC12V（一块27a/12V电池），电流：10mA，传输频率：315MHz，传输距离：3km（空地）解码接收机参数如下。工作电压：DC5V。一遥控器的a、b、c和d键与接收板上的输出引脚D0、D1、D2和D3相对应。与按键传输信号相对应的数据位发射到高电平，信号灯打开时显示VT。该设计的主体是接收机和遥控器相结合的产物，该模块有着比较简单的结构，首先将pt2262的7个曝光口分别连接到VCC、GND等4个相应的控制口。之后，可以使用遥控器（PT2272解码器）进行控制。REF_Ref17261\r\h[16]。图3.8遥控接收模块原理图图3.9无线遥控收发装置按按钮A，车向前，实现红外线自动避难。按下按钮B，车向左旋转90度。按了按钮B，车会向右90度。按按钮D，车收到信号后就会向后走。原理图及PCB板绘制明白了所有原理后，这项测试的最后一项比较麻烦。这次毕业设计的原理图制作和PCB设计是使用Altium2004的软件实现的。AltiumProtelDXP是澳大利亚Altium公司发售的业界首次完全卡片级设计系统REF_Ref17313\r\h[17]。Altium2004使系统设计的功能大大增强，绘制电路原理图和绘制PCB。为嵌入设计的应用发现了好的思路。AltiumProtelDXP具有优秀的集成性和灵活性，得到了广大电子设计师的青睐，成为业界最广泛使用的EDA软件REF_Ref17368\r\h[18]。图3.10整体原理图设计阶段如下。 （1）DXP的示意设计页。 （2）根据用于设计图表的尺寸及布局、即尺寸、方向、网格尺寸、标题列等的实际电路复杂性进行设计。 （3）根据实际电路的要求，利用者可以从部件库中发现部件，并将其放在图纸上。用户可以更改组件的设置。 （4）在该工序中，可以直接连接装置，可以将电气网络标签用于校准。 （5）指定PCB规律，设置手动行驶路径。 （6）调整基板之间的距离和通孔的大小。系统软件设计系统控制过程需求分析在智能车的系统中，我们需要对无线遥控模块、车辆软件以及红外屏障机构进行分析，在此基础上，控制装置可以对车辆进行控制，板上的软件模块可以接收来自发射机的信号并相应地工作，并且红外障碍物避免模块可以包括：可以避免在发射机和接收机之间存在对象时完成发送和接收信号的工作的故障。智能车可以正确响应指定范围内的命令。软件总体设计汇编语言可以加深对SCM知识的理解。然而，那个是片面的，移植性很差，而且很麻烦，所以使用更加全面简单的C语言。图4.1系统软件结构图模块化程序设计4.3.1车载软件设计此部分主体是伺服电动机驱动器，可实现在前、后、左、右方向前进。P2-0端口掌控着左边的伺服电机，P2-1端口掌控着右边的伺服电机。4.3.2无线遥控模块软件的设计对无线遥控软件进行设置，仅仅需在接收端设置四个端口，设置“0”，就能控制它只要用相对应的按钮。4.3.3红外避障模块软件的设计首先，设计了红外反射器的子程序，当红外从左侧反射时，接收到左侧的信号，降低端口；当红外返回右侧时，接收到右侧的信号，端口减小。为了避免障碍，最初的想法是停止遇到障碍。如果你慎重考虑这一点，你就不能利用一贯的运动来避免车辆故障。为了避免每次都需要停止，请等待手动远程控制命令继续指示该迂回。因此，避免故障的整个过程是非常支离破碎和低水平的。为了克服上述缺点，基于算法描述算法。同时，为了自动避免车辆遇到障碍物，下一步是经过多次编程和调试后特别设计的车前左侧有障碍物时，车向右旋转90度，继续前进。如果右侧有障碍物的话，会具有迂回功能。如果在车前左和右有障碍，车会回到90度左拐，继续向前移动。然后，请再次检测故障，继续前一个1或2或3）这样，车辆可以在规定内寻找到障碍，并在规定内继续绕过障碍，进入到一片没有物体的区域。这样，确实寻找到了没有障碍的道路。系统的调试及问题分析无线遥控的调试/（1）无线遥控器模块布线后，可进行测试（2）按按钮A时，端子光导通。（3）按按钮B时，端子光导通。（4）按按钮C时，端子光导通。（5）按按钮D时，端子光导通。测试结束后，表面电路正常。可以编写一个程序来调试汽车软件。在51单片机最小系统板上，安装转向装置、遥控模块，该程序可以编写在89S52单片机上，进行遥控。但是，在第一次测试时，只要车辆接近，就按此按钮继续操作。如果遥控器的距离是0.5米，车的动作马上就中断了，我想了很多，第一，可以长时间用它来控制教师实验室。电池电量不足，变成了微弱的无线电信号，但是换了新电池后距离没有变化，于是我想是不是天线，所以天线的长度，天线的电阻和天线的形状已经确认了，但我无法改变遥控器的距离。买了更强大的远程操作，这次解决了距离问题。至少相隔五十米REF_Ref17581\r\h[19]。避障模块的调试在对模块进行调试之前，先对红外接受发射器进行检查，如果使用1ms红外线连续放电的端口，则在发生了故障物时，可以按照程序组进行工作，则接收机良好REF_Ref17757\r\h[20]。障碍物回避模块是车的关键设计部件之一，不仅反映了汽车的健全性，还间接影响了驱动电路，所以必须在这一部分的调整和试验中做好工作。在设计之初，障碍物规避计划成功后，按照方案，找到一些问题使得精度降低。下列是三个问题：（1）车的前轮是球体，所以车量在移动的时候确实有些不可避免的摩擦，并且这样会对两个车轮造成一定影响。（2）伺服致动器的零调整精度在时间处于1.5ms时，一定要伺服电机调整为零。（3）红外接发器的朝向必须正确。如果不这样操作将会产生巨大的误差PCB板制作遇到的问题DXP软件绘制完电路图后，下一步就是绘制PCB和仪表板REF_Ref17581\r\h[21]，首先比较麻烦的是很多设备都要完成封装在制造电路板之前，描绘电路板图的时候要考虑封装的尺寸。仅仅在生成PCB时，才知道设备的大小和板上刻有的大小完全不同。这引导了我再次制作滑板。经过很多次的版面分析，知道制作版面时有很多规则要遵循。（1）零件问题。在实现PCB时，创建组件的大小必须与物理对象的大小相同。否则，您的物理对象将不适合安装在焊盘上。（2）绘制PCB时，布线10英里，但是为了实现该精度，对于学校的机器来说是困难的。于是，我把它变成25英里，然后在最小的交叉位置上配置组件，然后再发送他们。接线时，为了避免直角和尖锐的角度，请使用钝角。用这个方法你可以改变焊接孔的大小。通常，一定要使焊接孔的大小发生变化。一般来说，为了便于插入销，可以稍微改变焊接孔的尺寸。小车整体的调试这个毕业项目中使用的车是学校实验室的废车。使用后会被插件。汽车的左车轮没有发出信号，逆时针方向转弯。在老师的知识和在线信息搜索后，保养后，车的动力很好，校正了伺服发动机的调零，发动机不转，这不是车，车的整体测试是检查硬件电路的开路、短路和错焊。（1）确认各线路的连接。（2）确认极性成分是否正确安装，并修正问题。（3）请参阅可下载程序并按照程序执行。图5.1小车整体框架总结在选择这个主题之前，我对设计框架几乎一无所知。之后，商量了很多文献之后，决定了本论文的框架。用于微机的AT89S52微控制器在许多信息的访问中仅通过掌握其操作原理和特性而不理解。在制作的过程中，我巩固了很多基础知识。学习了精通KELC51集成环境开发软件的使用的电路控制的配线、操作方法。通过咨询数据，绘图表、计算机图形等也训练了计算机应用的水平。智能车可将太阳能转化为智能能源和电能，智能车可在20米范围内接收无线遥控信号，正确完成无线遥控指令，实现从左到右的功能，实现前后连接，性能稳定。参考文献徐开芸，韦树成，汪木兰等.基于AVR单片机的太阳能智能小车控制系统设计[J].机电产品开发与创新,2010,23(1):141-146.催立宏.太阳能在汽车上的应用及发展前景[J].汽车工程师，2012（12）：57.于连国,李伟,王妍玮.基于单片机的智能小车设计[J].林业机械与木工设备，2011,39（4）：39-40.BobBrant.BuildyourownElectricVehicle,TabBooks,1994黄涛.单片机在汽车控制系统中的应用[J].单片机与应用，2012:30.赵亮.跟我学51单片机[J].电子制作，2011（1）：4李升.单片机原理与接口技术[M].北京：北京大学出版社，2011.07.ParkeFI.Parameterizedmodelsforfacialanimation[J].ComputerGraphicsandApplications,1982,2(9):61-68赵建领.51系列单片机开发宝典[M].北京：电子工业出版社，2007.04.颜增显，闰秀燕.基于单片机STC89C52智能小车设计[J].火力与指挥控制，2011,36（12）：198-199.许萍,王勤,陆文灏,史小华.智能小车控制器的设计和应用[J].电子测量技术，2012,35（11）:67-70.秦志强.C51单片机应用与C语言程序设计[M].北京:电子工业出版社,2012.05.GuanP,LiuXJ,LiuJZ.A.AdaptiveFuzzySlidingModeControlforFlexibleSatellite[J].EngineeringApplicationsofArtificialIntelligence,2005.18(5):451-459李磊，曹生炜.智能小车避障技术的实现[J].微电机，2011,44（6):110-111.葛宜元，杨传华，温晓鑫等.太阳能自驱式避障小车控制系统设计[J].机电工程技术，2014,43（05）：84.陈飞鹏.基于STC89C52单片机智能小车设计[J].高科技产品研发，2012,32（3）：43.AailentOTDRsProgramming.GuidetoAgilentTechnologies,2002龙桂铃,徐磊,侯英龙.基于单片机的智能车避障的现[J].计算机与数学工程，2011,3:182.郭海丽.基于单片机的智能小车的设计与实现[J].衡水学院学报，2015,17（1）：29-30.赵雨，陈东生.太阳能电池技术及应用[M].北京：中国铁道出版社，2013.12.WavetekSaint-Eti-eune.GuidetoFiberOpticMeasurements,1997关惠平，GPS相对定位原理GPS技术简介[J].兰州交通大学学报，2003,22（6）：60-64夏雪凝，李丽娟，王智儒.一种基于AVR单片机的太阳能自动避障光电导航小车[J].科技资讯，2011（1）：1-22.[22]余秀玲,余秀娟.基于单片机的智能小车红外避障循迹系统设计与制作[J].现代商贸工业,2018,39(12):175-176.[23]王瑞琦.基于STC89C51单片机的多功能智能小车设计[J].国外电子测量技术,2017,36(07):103-106.[24]周生远,王浩,于汇鑫.基于单片机的智能小车避障循迹系统设计[J].科技传播,2017,9(07):47-48.[25]高宇轩.基于单片机的WIFI智能小车系统[J].电脑迷,2017(02):177-178.[26]柯文德,谢志浩.基于单片机的智能循迹测速小车系统及自循迹智能小车[P].广东：CN205880662U,2017-01-11.[27]肖成,石英春,孙小进,罗坚,蔡琼,陈鹏慧,张卫兵,熊英.一种基于单片机的无线保真智能小车[P].湖南：CN205827186U,2016-12-21.[28]梁顺可,官俊伟,杨自立,梁宝舜,陈荣彬.基于单片机的WIFI远程智能小车[J].科技展望,2016,26(34):102-103.[29]罗礼进,肖臣鸿,刘星,倪麒开,闫飞旭.基于“STC80C51单片机”的智能小车系统的设计[J].电脑知识与技术,2016,12(17):172-173+191.[30]邓喜兵,许建明,陈炯明.基于单片机的智能小车设计[J].电子世界,2016(09):