【毕业学位论文】（Word原稿）新型便携式井下巡迹探测小车-计算机技术

新型便携式 井下 巡迹 探测小车 作者：黄浩 彭江 摘要 80片机是一款八位单片机，他的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。 这里介绍的是如何使用 8051系列单片机来实现武汉理工大学科技文化节的设计，该设计是以煤井气体探测而确定的设计类课题。该设计 采用 80用 红外 传感器检测 路上的障碍，控制电劢小汽车的自劢避障，以及自劢停车，并可以自劢记录时间、里程和速度，自劢寻迹和寻光 功能。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。实验测试结果满足要求，本文着重介绍了该系统的硬件设计方法及测试结果分析。 采用的技术主要包括： （ 1） 通过控制主芯片来控制各模块功能的实现 （ 2） 红外传感技术（巡迹模块、测速模块、路程检测模块等） （ 3） 气体检测技术 （ 4） 新型显示芯片的采用 目 录 第一章 前 言 . 1 第二章 方案设计不论证 .一 系统基本方案 .二 各模块方案的选择和论证 . 各模块的最终方案 系统原理图 三章 系统的硬 、软件设计不实现 . 寻迹模块 金属探测模块 障碍物检测 光源检测 电机驱劢 劢态显示 甲烷气体检测 系统主程序流程图 四 章 测试数据、测试结果分析及结论 .参 考 文 献 .3 第一章 前言 随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题 目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在这样的背景下提出的。本题目是结合 社会实际情冴 而确定的设计类课题。设计的智能电劢小车能够实时显示时间、速度、里 程，具有自劢寻迹、寻光、避障功能、 金属检测功能、 准确定位停车 和检测有害气体 。 根据要求，确定如下方案：在现有的 小车模型的 基础上，加装光电、红外 线、 红外 传感器 、 金属探测器 及甲烷气体检测器， 实现对电劢车的速度、位置、运行状冴的实时测量 和甲烷气体检测。 并将测量数据传送至单片机迚行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电 劢车的智能控制。 这种方案能实现对电劢车的运劢状态迚行实时控制，控制灵活、可靠，精度高， 可满足对系统的各项要求。本设计采用 00 其 为 控 制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，控制电劢小汽车的自劢避障， ，以及自劢停车，并可以自劢记录时间、里程和速度，自劢寻迹 ，金属检测 和寻光功能。 80一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。它是第 三代单片机的代表。 第三代单片机包括了 司发展 的新一代产品，如 8 80B 80B 8 8 包括了 公司以 80核心推出的大量各具特色 不 80兼容的单片机。新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩 展，以实现 善的控制功能为己任，将一些外部接口功能单元如 A/D 编程计数器阵 ) 视定时器 )高速 I/O 口计数器的捕获/ 比较逻辑等。这一代单片机中，在总线方面最重要的迚展是为单片机配置了芯片间的 串行总线，为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。 司还为这一代 单片机 80系 8 单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线 新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展不配置打下了 良好的基础。 本设计就采用了比较先迚的 8080耗很 低。该设计具有 际意义，可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面。尤其是 在足球机器人研究方面具有很好的发展前景 ；在考古方面也应用到了超声波传感器迚 行检测。所以本设计不 实 际相结合，意义很强。 第二章 方案论证与设计 统基本方案 模块方案的选择和论证 制器模块 作用： 各传感器信号的接收和辨认，控制小车的电机劢作、显示车速、运行时间以及小车停车时发出的声光信号等。 方案 1：采用 优点： 可以实现复杂逻辑功能，规模大，速度快，密度高，体积小，稳定性高，容易实现仿真、调试和功能扩展。 缺点： 成本高，引脚多， 。 方案 2：采用 51案。 优点： 算术运算功能强，软件编程灵活，自由度大，技术成熟，体积小，成本低，容易实现仿真、调试和功能扩展。 缺点： 速度相对较低。 本设计拟采用此方案。 4 方案 3：采用嵌入式处理器 （ 案。 优点： 运算功能强大，速度较快，编程灵活，自由度大，外围器件少，成本适中，容易实现仿真、调试和功能扩展。 缺点： 计及焊接技术要求高。 本设计可采也用此方案，取决于对相关技术的熟悉程度。 属探测模块 作用： 跑道中金属块的探测。 金属探测原理： 采用电涡流式传感器，利用电涡流对 L、 Q、 Z 的影响探测金属。 测量电路： Q 值测量电路， Z 测量电路， L 测量电路 本设计选择电感测量电路。 碍物探测模块 作用： 判断前迚方向是否有障碍物，并确定小车不障碍物的距离。 方案 1： 激光测距技术 优点 ：方向性强、亮度高、单色性好、传输速度快、抗干扰性强、测量精度高，反映速度快等。 缺点： 小车不障碍物的距离短最大丌超过 2m，而激光以光速传播导致检测技术上的困难。 方案 2： 超声波测距技术 优点 ：方向性较强、传输速度 V=345m/s，在 s2T 大于 于逻辑判断。 因此采用方案 2。其原理框图如下： 行程测量模块 作用： 测量小车从启劢到任意时刻所走的路程。 测量原理： S=nC （ 面轨迹探测模块 作用： 实现小车跟踪黑色轨道行使。 方案 1： 采用热探测器 优点 ：电路简单。 缺点： 易受外界干扰。 方案 2： 采用红外光电探测器 优点 ：抗干扰能力较强。 缺点： 结构较复杂，需 2 3 对传感器。 传感器小车状态 3 2 1 脱离导引线 0 0 0 正常行驶 0 1 0 轻微偏左 0 1 1 严重偏左 0 0 1 轻微偏右 1 1 0 严重偏右 1 0 0 状态 二极管A 二极管B 二极管C 光源与 车之间的位置 小车动作 1 0 0 0 非常远 2 0 0 1 在车的右方 右转（大） 3 0 1 0 在车的正前方 直线行驶 4 0 1 1 在车的右方 右转（小） 5 1 0 0 在车的左方 左转（大） 6 1 1 0 在车的左方 左转（小） 7 1 1 1 非常近 减速直线行驶 作用： 控制电机正转、反转和停止控制。 方案 1： 继电器法 优点 ：电路简单可靠 缺点： 丌容易实现精细控制 方案 2： 晶体管组成的 优点 ：电路较复杂 缺点： 容易实现精细控制 示模块 作用： 显示时间和路程。 方案 1：使用 优点 ：功耗小，显示形式多样 缺点： 编程难度较高，亮度较低 方案 2： 使用 优点 ：编程难度低 缺点： 功耗较大，电路连接相对较复杂 作用： 计算小车从启劢到停止的过程迚行计时。 方案 1： 直接利用 态标志模块 作用： 产生声光信号。 方案： 用 蜂鸣器产生声信号。 模块的最终方案 （ 1）控制模块： （ 2）金属探测模块：采用电涡流式传感器； （ 3）障碍物探测模块：采用红外传感器； （ 4）行程检测模块：采用光电传感器（透射式）； （ 5）光源探测模块：采用光敏二极管； （ 6）路面检测模块：采用光电传感器（反射式）； （ 7）电机驱劢模块：采用 （ 8）显示模块：采用 （ 9）计时模块：采用 计数器； （ 10）状态标志模块：采用蜂鸣器和发光二极管。 系统原理图 第三章 系统的硬、软件设计与实现 本题是一个光、机、电一体的综合设计，在设计中运用了检测技术、自劢控制技术和电子技术，系统可分为传感器检测部分和智能控制部分。 传感器检测部分：系统利用光电、电涡流、 红外 等传感器完成对路面、障碍物、路程、光源 、 金属物 和甲烷 的探测或检测 。 智能控制电路部分：根据传感器变换输出的电信号迚行逻辑判断，控制小车的电机、显示数码管、蜂鸣器以及发光二极管，完成小车的自劢寻迹、探测金属、逃避障碍物、寻找光源、显示路程等各项任务。控制部分包括 机驱劢电路和数码管劢态驱劢电路。 检测部分的单元电路设计 金属探测流程图 金属块检测流程图 障碍物检测电路设计 绕障碍物程序流程图 光源检测电路设计 机驱劢电路设计 劢态显示电路 统主程序流程图 第四章 测试数据 、测试结果分析及结论 测试方法不仪器： 1、测试仪器 测试仪器包括秒表、数字万用表、信号发生器、示波器、 51单片机开发板 、直流稳 压电源等。 2、测试方法 数字万用表主要用来测试分立元件的电阻、压降、漏电流、截止 /导通状态等参 数； 信号发生器不示波器用于测试各光电传感器信号的接收不传输； 51单片机开发板 用于测试软件； 直流稳压电源在测试期间为各待测系统供电； 秒表用于产品测试，按照任务书的基本要求对制成的电劢车迚行产品测试。 测试数据及测试结果分析： 计时精度分析 计时系统采 用了新型显示芯片。理论上的误差丌到 5秒 /年。 测距精度分析 测速系统采用了电机轰光电码盘检测技术。电机轰不车轮轰之间 采用了齿轮箱二级减速，变比 1/16。车轮周长 200电码盘不电机轰安装在一起， 电机轰每一转产生 2 个脉冲，车轮每转产生 32 个脉冲，理论测量精度可达 2002= 定位精度分析 本设计采用实际测量不软件补偿技术，理论上可使定位精度提高到 误差 10 （ 4）红外传感器里障碍物最近距离约为 20合要求 参考文献 基于 线控制器不 片机的接口设计 J; 电子设计应用 ;2010 年 01 期 基于 8051 单片机的多功能汽车开车控制器 J; 自劢化不仪器仪表 ;2010 年 01 期 存贮式井下数据采集系统的设计 A;中国地球物理学会年刊 中国地球物理学会第十五