【小車智能尋跡系統(tǒng)設(shè)計(jì)（論文）5000字】

第第頁小車智能尋跡系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-1"\h\u9838小車智能尋跡系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1278341緒論 1259042系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 391843小車智能循跡系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 4101425系統(tǒng)實(shí)物調(diào)試 833696結(jié)論 927652參考文獻(xiàn) 10摘要:現(xiàn)階段科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，智能化水平的提高，大學(xué)生對于科技創(chuàng)新能力的重視逐漸增加。智能小車領(lǐng)域逐漸出現(xiàn)在人們的視野中，單片機(jī)也成為檢測技術(shù)中重要的核心。怎么將單片機(jī)技術(shù)與智能小車結(jié)合也變得很重要。本文研究的小車系統(tǒng)，是結(jié)合數(shù)據(jù)采集、智能循跡、電機(jī)驅(qū)動所設(shè)計(jì)的一款智能循跡小車系統(tǒng)。我所設(shè)計(jì)的小車是以STC89C52為核心。整體從三個方向出發(fā)。首先是將硬件部分設(shè)計(jì)完成，由單片機(jī)最小系統(tǒng)、紅外循跡、電機(jī)驅(qū)動等部分組成。其次是對軟件部分的設(shè)計(jì)，主要包括主程序設(shè)計(jì)、循跡程序設(shè)計(jì)等程序。該小車通過對信號的收集和處理，實(shí)現(xiàn)智能尋跡。關(guān)鍵詞:單片機(jī),數(shù)據(jù)處理,電機(jī)驅(qū)動,循跡1緒論第一章主要是對本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)背景以及為什么要進(jìn)行此設(shè)計(jì)做出闡述。1.1小車智能循跡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景以及意義智能小車是我們在大學(xué)階段最先接觸的一種電子設(shè)計(jì)，因其二次改造性與對電子元器件的學(xué)習(xí)性都非常重要，所以小車項(xiàng)目是我們?nèi)腴T電子技術(shù)的一個標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過對多種智能小車資料的查詢，智能小車有很多種類，可以按照用戶之前設(shè)定的功能來進(jìn)行小車的自動控制的功能。目前汽車行業(yè)的芯片緊張，導(dǎo)致很多車企無法生產(chǎn)汽車，當(dāng)我們是學(xué)生的時候，就要對小車的運(yùn)行原理進(jìn)行學(xué)習(xí)。并且智能小車是充滿新鮮感的，這大大有利于它的推廣，提高它在市場的價值?；谶@種背景下，設(shè)計(jì)一個小車智能循跡系統(tǒng)對于我們自身來講意義也是十分重大的，對大學(xué)時期學(xué)過的電子知識的總結(jié)與二次深度學(xué)習(xí)，既能夠保證畢業(yè)之后專業(yè)技術(shù)能力的提升，也能夠使得工作更加順利。單片機(jī)這種芯片已經(jīng)成為大部分技術(shù)領(lǐng)域的主控芯片，掌握了單片機(jī)，對于自己在各個領(lǐng)域的學(xué)習(xí)都有幫助。同時掌握單片機(jī)這種芯片的使用，也可以是我們的生活更加智能化，更加方便。1.2發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢當(dāng)今世界又再次進(jìn)入了芯片短缺的現(xiàn)狀，直接影響很多企業(yè)，例如長安汽車近期發(fā)布其兩個地區(qū)的汽車代工廠因芯片短缺導(dǎo)致汽車暫時停產(chǎn)等。所以目前汽車發(fā)展形勢過于單一，我國近年越來越注重科技創(chuàng)新的發(fā)展，未來汽車的智能化發(fā)展是必然的。本智能小車系統(tǒng)的發(fā)展前景就是用于未來的智能汽車上了。目前汽車的無人駕駛技術(shù)還不夠完善，安全性不夠高，如果我們可以合理的利用智能小車的尋跡功能就可以增強(qiáng)自動駕駛的安全性。我國雖然在智能汽車方面上獲得了一些小的成果，但與發(fā)達(dá)國家的水平差距還是不少。未來，汽車將會變得更加智能，這是一種大趨勢。所以，在未來我們將會這方面投入更大的精力。我們更應(yīng)該學(xué)以致用，深入研究，為祖國發(fā)展做出貢獻(xiàn)。1.3設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)要求采用51單片機(jī)作為核心控制器，進(jìn)行循跡小車的控制。設(shè)計(jì)如下:通過C51語言單片機(jī)通過編程控制電機(jī)運(yùn)行。通過紅外傳感器檢測地面黑線狀況來控制小車轉(zhuǎn)彎。通過調(diào)整給定參數(shù)來控制小車的前進(jìn)、后退。在給定的時間內(nèi)按照給定的路線行進(jìn)，避免障礙物。系統(tǒng)包括紅外模塊電路、循跡模塊電路、電機(jī)驅(qū)動電路、LED電路、輔助電源等。具體設(shè)計(jì):循跡模塊電路：采用紅外循跡模塊；單片機(jī)型號選擇：STC89C52；LED電路：顯示系統(tǒng)通訊情況；控制電路：選取MOS管驅(qū)動模塊對小車進(jìn)行控制；電源電路：電池供電。2系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1小車智能循跡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。小車智能循跡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括傳感器對周圍區(qū)域環(huán)境進(jìn)行檢測，并對采集的信號進(jìn)行處理，然后把處理結(jié)果傳輸?shù)娇刂破髦小１驹O(shè)計(jì)基于STC89C52單片機(jī)的智能車輛跟蹤系統(tǒng)，圍繞其最小系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和開發(fā)，使車輛能夠自由行走并能成功避開障礙物。通過C語言程序控制實(shí)現(xiàn)小車可自由行走并能成功避開障礙物的功能。圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖2.2主控芯片的選取小車智能循跡系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)的要求以及自身實(shí)際能力的掌握，選取STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控芯片。單片機(jī)的耐用性高，壽命長，低功耗。STC89S52作為傳統(tǒng)51系列單片機(jī)的一種，功能齊全，價格也不高，完全適用于本次設(shè)計(jì)。2.3循跡檢測部分的構(gòu)成本系統(tǒng)的紅外檢測部分由兩路紅外對管組成，利用紅外的功能是想要實(shí)現(xiàn)對車身前后左右等相關(guān)距離區(qū)域的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的采集轉(zhuǎn)化功能以及為循跡算法提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。2.4電機(jī)驅(qū)動電路的構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動主要應(yīng)用N溝道MOSFET組建H橋驅(qū)動電路，H橋是一種直流電機(jī)控制電路，因?yàn)樗碾娐吠庑闻c字母H相似，故被稱為“H橋”。4個開關(guān)組成H的4條豎直腿，而電機(jī)就是H中的一橫。2.5電源電路的構(gòu)成采用鋰電池作為電源。鋰電池綠色環(huán)保，重量輕，能提供的電壓也符合此次設(shè)計(jì)的要求。3小車智能循跡系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)小車智能循跡系統(tǒng)的把51系列單片機(jī)中的STC89C52作為為主控芯片。STC89C52芯片具有比較強(qiáng)的穩(wěn)定性，并且AD轉(zhuǎn)換的精度很高、轉(zhuǎn)換的速度也很快。該芯片的特點(diǎn)符合這次設(shè)計(jì)所需要的，并且這種芯片的價格也比較低，可以節(jié)約成本。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖2所示。最小系統(tǒng)包括晶振電路和復(fù)位電路。晶振提供相對的是相對穩(wěn)定頻率的時鐘，單片機(jī)依靠這個時鐘進(jìn)行我們所寫程序的工作。晶振可以變大也可以變小，但是有一個限定的范圍，這都要看具體的環(huán)境具體分析。晶振電路如圖3所示。復(fù)位電路如圖4所示，使用復(fù)位電路的原因：單片機(jī)的復(fù)位電路如同電腦的重啟部分，當(dāng)電腦宕機(jī)時，按下重啟鍵，使停止的程序恢復(fù)正常。單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時，如果被環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象，按下復(fù)位鍵內(nèi)部的程序自主重新開始。圖2單片機(jī)最小系統(tǒng)圖3單片機(jī)晶振電路圖4單片機(jī)復(fù)位電路3.2循跡電路小車智能循跡系統(tǒng)的紅外檢測部分由兩路紅外對管組成。循跡電路如圖5所示。紅外循跡用的原理是不一樣的障礙物對紅外線的反射情況不同，白色反射最強(qiáng)，黑色反射最弱。一般我們把黑色膠帶粘在地上，通過紅外循跡模塊，我們可以知道小車在不在軌道上。紅外循跡模塊檢測到前方有障礙物時，紅外接收管會收到紅外線（即使前方?jīng)]有障礙物，它也會感受到障礙物，但是接收到的紅外線越強(qiáng)，U3的電壓就越接近于0V），紅外循跡模塊指示燈亮，DO為低電平（DO連到單片機(jī)）。在使用時要調(diào)節(jié)電位器來改變U3的靈敏度。圖5循跡電路3.3電機(jī)驅(qū)動電路智能循跡小車的采用H橋驅(qū)動模塊驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的方案實(shí)現(xiàn)設(shè)備的主要功能。電機(jī)驅(qū)動電路如圖6所示。圖6電機(jī)驅(qū)動電路3.4LED電路LED作為一款將電能轉(zhuǎn)化為光能的器件，它的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，在常規(guī)電路中常用于提供電路運(yùn)作信息（比如電源指示以及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示）。想要使LED正常運(yùn)作，需要在LED電路中連接上拉電阻用于限流，否則單片機(jī)的高電平會將LED擊穿從而造成損壞，LED的正常工作電流在5~20mA之間。本設(shè)計(jì)需要用到知道系統(tǒng)是否正常工作。所以需要用到LED對系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行提示。本系統(tǒng)采用紅色的小燈對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行提示。LED電路如圖7所示。圖7LED電路3.5供電電路小車智能循跡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用便攜式的想法，使用電池供電的方式，從電池盒中獲取5V電壓，系統(tǒng)電源電路如圖8所示。圖8電源電路4小車智能循跡系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)主程序的時候不需要十分詳細(xì)的程序內(nèi)容，只需要搭建出程序的大體框架即可，因?yàn)楹罄m(xù)我們會對程序中的子函數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的編寫。主程序的主要目的是為了讓使用者知道全體設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容以及功能。主程序流程圖如圖9所示。程序初始階段時，先設(shè)置單片機(jī)內(nèi)部寄存器，設(shè)置控制變量、系統(tǒng)參數(shù)與工作頻率，并使A/D模塊、檢測模塊初始化。讓程序使檢測模塊開始運(yùn)行，檢測模塊收到系統(tǒng)檢測電路發(fā)送來的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)與一開始預(yù)定的值作比較使小車進(jìn)行智能的行走以及實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。圖9主程序流程圖4.2PWM子程序設(shè)計(jì)此設(shè)備主要的輸出量源于PWM驅(qū)動電機(jī)實(shí)現(xiàn)小車的智能循跡功能。在這一部分設(shè)計(jì)的時候，首先我們要知道PWM是什么，它是一種周期是

10ms，即頻率為100Hz的波形，不過每個周期內(nèi)，高低電平脈沖寬度都不一樣，這就是PWM的本質(zhì)。大家要了解一個概念，叫做“占空比”。占空比是指高電平的時間占一個周期的比例。比方說第一部分波形的占空比是30%，第二部分波形占空比是50%，第三部分波形占空比是70%，這就是PWM的解釋。通過改變一個周期內(nèi)高低電平維持的時間長短就可以控制是電機(jī)的轉(zhuǎn)速了，這就是PWM的工作原理。4.3中斷子程序設(shè)計(jì)中斷的存在有利于系統(tǒng)更好的處理優(yōu)先程序，提高效率。中斷可以理解為當(dāng)前系統(tǒng)正在運(yùn)行程序A，但是程序B比程序A重要，所以我們要停止程序A，去執(zhí)行程序B。當(dāng)程序B執(zhí)行完畢后，繼續(xù)執(zhí)行程序A沒完成的部分。寫程序時利用定時器1的中斷思想，并初始化中斷。中斷在本次設(shè)計(jì)中主要是為了在檢測到紅外信號時，能夠及時的反饋給主程序，這樣進(jìn)入中斷程序，控制小車的行駛方向以及啟停功能。實(shí)現(xiàn)智能化的控制。5系統(tǒng)實(shí)物調(diào)試5.1程序部分調(diào)試5.1.1程序編譯和調(diào)試本節(jié)主要講述如何對程序進(jìn)行編寫，以及編程軟件的使用，在主程序設(shè)計(jì)完之后，我們要對相關(guān)子程序進(jìn)行封裝，這樣便于后期維護(hù)和修該。軟件使用過程中主要需要注意晶振的選擇，以及芯片型號的選擇。之后可以進(jìn)行軟件的debug調(diào)試，主要是為了看一下程序運(yùn)行到哪一個步驟，之后是否按照之前預(yù)設(shè)的時序在如期的進(jìn)行，最后如果程序調(diào)試完畢，需要生成debug文件進(jìn)行程序燒錄前的最后準(zhǔn)備，如圖10所示。圖10hex文件產(chǎn)生5.1.2HEX文件的燒入本節(jié)主要講述程序是如何下載到單片機(jī)的內(nèi)部，讓單片機(jī)按照控制時序來進(jìn)行工作。利用程序軟件編譯后可直接進(jìn)行下載，也可以利用軟件生成HEX文件，使用燒錄器像單片機(jī)內(nèi)部下載程序。使用過程需要按照軟件的操作規(guī)范進(jìn)行操作，具體操作如圖11所示。圖11程序下載5.1.3電路板的焊接與調(diào)試在焊接的過程中，首先我們需要準(zhǔn)備相關(guān)工具，例如焊槍、焊錫、松香等。在焊接過程最好是采用部分模塊化焊接，因?yàn)檫@樣焊接的好處是我們焊接完成一部分就可以立即對其電源和模塊功能進(jìn)行簡單的測試，以便于找出焊接不完善的地方，及時發(fā)現(xiàn)，及時補(bǔ)焊。5.2實(shí)物展示硬件實(shí)物通常我們使用萬能洞洞板的形式，好處是能夠節(jié)約設(shè)計(jì)成本，也方便實(shí)物調(diào)試時更改走線，時間周期也更加充裕。焊接時采用焊錫連線的形式或者利用導(dǎo)線進(jìn)行飛線的形式均可，在設(shè)計(jì)時難免會遇到模塊形式的器件，例如本設(shè)計(jì)的單片機(jī)模塊，因此我們選擇直接購買現(xiàn)成模塊。實(shí)物如圖12所示。圖12系統(tǒng)實(shí)物圖5.3實(shí)物調(diào)試系統(tǒng)實(shí)物組裝成功后，需要對小車進(jìn)行調(diào)試。將小車放在黑色膠帶上，按軌跡直行或轉(zhuǎn)彎，當(dāng)小車前面有障礙物時，小車避開障礙物移動，避開障礙物后，又回到黑色軌跡上正常運(yùn)行。如圖13所示。圖13調(diào)試圖6結(jié)論在整個畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，唐飛老師給予了我很多幫助。由于在校學(xué)習(xí)并不認(rèn)真，導(dǎo)致我的基礎(chǔ)薄弱，經(jīng)常遇到弄不懂的問題，導(dǎo)致設(shè)計(jì)無法繼續(xù)下去。多虧老師和室友對我的指點(diǎn)迷津，讓我解決了問題。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，提高了我對單片機(jī)知識的理解以及我的動手能力。本設(shè)計(jì)主要是為了研究一個智能循跡小車系統(tǒng)。這種智能的小車智能循跡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以完成對循跡信號的實(shí)時采集、交替測量、數(shù)據(jù)處理、以完成小車的智能循跡。逐步完成硬件部分、軟件部分以及實(shí)物的調(diào)試，最后完成最后的論文。參考文獻(xiàn)[1]沈紅衛(wèi).單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例[M].北京：中國工信出版社，2018[2]譚浩強(qiáng)，單片機(jī)C語言第四版[M].中國電力出版社，2017[3]YHoseynpoor，TPAshraf，SSajedi.MaximumPowerPointTrackingandReactivePowerControlofSingleStageGridConnectedPhotovoltaicSystem[J].ResearchJournalofAppliedSciencesEngineeringandTechnology，2015，13(2)：85~90[4]徐澤瑋.關(guān)于循跡技術(shù)的思考[J].中國電源網(wǎng)，2017，10(3)：63~65[5]計(jì)長安，張秀斌.C語言開發(fā)教程[J].電工技術(shù)，2015，14(5)：55~57[6]王體民，馮長征.三極管驅(qū)動電路[J].汽車電器，2016，7(2)：21~29[7]齊發(fā).阻抗匹配技術(shù)[J].電子設(shè)計(jì)應(yīng)用，2017，11(3)：33~34[8]艾斌，楊洪興，沈輝，廖顯伯.單片機(jī)開發(fā)實(shí)例[J]，太陽能學(xué)報，2018，17(4)：8~11.[9]李德孚.STM32應(yīng)用實(shí)例[J]，智能硬件，2017，21(5)：22~25[10]WLiu，CLiu，LMa，YLin，JMa..MaximumPowerPointTrackingofPhotovoltaicGenerationBasedonForecastingModel[J]，JournalofSoftware，2016，8(10)[11]NMutoh，TInoue.AControlMethodtoChargeSeries-ConnectedUltraelectricDouble-LayerCapacitorsSuitableforPhotovoltaicGenerationSystemsCombiningMPPTControlMethod[J]，IEEETransactionsonIndustrialElectronics，2017，54(1)[12]喬興宏，吳必軍，王坤林等.基于模糊控制的檢測系統(tǒng)[J]，可再生能源，2017，12(3)：66~67[13]夏曉敏，王坤林，吳必軍.單片機(jī)仿真技術(shù)，計(jì)算機(jī)仿真，2016，10(5)：33~34[14]程節(jié)順.控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析[J]，微計(jì)算機(jī)信息，20