机械毕业设计（论文）-基于单片机的智能小车的设计

1、chengdu university题 目基于单片机智能小车的设计学院工业制造学院专业测控技木与仪器学生姓名学 号年级 11指导教师职称讲师2015年5月8日基于单片机的智能小车的设计专业：学 号:学生：指导教师:卒商要：智能小车是当今科技智能化的产物，它能够在行驶中自动寻迹以及绕过障碍物到达目的地， 本设计采用mcs-51系列中的at89c51单片机作为原型，以at89c51作为控制核心，利用超声波传 感器检测道路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障，快慢速行驶，以及自动停车，并可以实现自 动记录时间、里程和速度，自动寻迹和寻光等等功能。本文以单片机力核心设计了系统结构图、程序指令、流程图等等

2、，在保留了原始智能小车控制 系统的基本功能的同时又增加了一系列的实用功能并简化其电路结构，其将以控制方便，灵活，只 要改变输入单片机的控制程序，便可控制小车的行驶轨迹。关键词：智能小车；单片机；结构图；控制；the design of intelligent vehicle based on scmspecialty：student number：student：supervisor：abstract： the smart car is the product of the intelligent technology，it can run in automatic tracing and b

3、ypass the obstacles to reach the destination, this design uses mcs-51 series microcontroller at89c51 is used as the prototype，using at89c51 as the control core，using ultrasonic sensors to detect obstacles on the road，automatic obstacle avoidance control of electric cars，fast slow well, automatic par

4、king，and can automatically record the time，mileage and speed，automatic tracing and light and so on.this paper takes the scm as the core design of the system structure diagram, program instructions, flow chart and so on，the basic functions of the original intelligent car control system also adds a se

5、ries of practical functions and simplify the circuit structure，the control will be convenient，flexible, as long as the change control procedures for the importation of scm, can run trajectory control car.key words： pneumatic manipulator； cylinder； pneumatic loop； fout degrees of freedom.caxa工程图文档（5）

6、a0-红外遥a0-时祌电a0-系统梗a0-遥控器a0-主酿控系统原理路s.dwg件总框图.腿酿流图.框图.dwgdwg程圍.dwgdwgmicrosoft word 97 - 2003(2)基于单开翻告 智能小车设doc计说明书.doc全套设计，请加12401814目录绪论1. 智能小车总体概况22. 国内外发展状况23. 课题的提出及主要任务24. 系统方案设计24. 1方案论证24.2系统硬件总体框图24.3单片机的作用和功能24.4单片机的应用场合25. 硬件电路的设计25. 1电源模块25.2时钟电路25.3复位电路25.4红外遥控系统原理框图25.5主控芯片介绍25.6单片机控制模块

7、26. 软件系统的设计26. 1主程序流程图26.2遥控器解码程序流程图27. 系统调试27.1硬件调试27.2软件调试27.3软硬联调2组仑2920翻寸31绪论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0，全国各高校也都很重视该题s 的研究。可见其研究意义很大。木设计就是在这样的背景下提出的，指导教师己经有 充分的准备。木题目是结合科研项目而确定的设计类课题。设计的智能电动小车应该 能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能，可程控行驶速度、 准确定位停车。根据题h的要求，确定如下方案：在现有玩具电动车

8、的基础上，加装 光电、红外线、超声波传感器及金属探测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况 的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种 数据实现对电动车的裨能控制。这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制， 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mcs-51系列屮的 at89c51单片机。以at89c51为控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障，快慢速行驶，以及自动停车，并可以自动记录时间、里 程和速度，自动寻迹和寻光功能。at89c51是一款八位单片机，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

9、代单片机的代表。第三代单片机括了 intel 公司发展 mcs-51 系列的新一代产品，8xc151 如、80c51ea/fb, 80c51ga/gb、8x 0151、8xc451,还包括了 philips、siemens、adm、eujutsu, oki、harria-metra、 atmel等公司以89c51为核心推出的大量各具特色、与89c51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microcomputer完善的 控制功能为己任，将一些外部接门功能单元如a/d、pwm、pca（可编程计数器阵列）、 wdt（监视定时器）、高速i/o 口、计数器的捕获/

10、比较逻辑等。这一代单片机中，在总 线方面最重要的进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。philips公司还为这一代单片机80c51系列8 x c592单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线can (controller area network bus).新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了良好的 基础。本设计就采用了比较先进的89c51为控制核心，89c51采用choms工艺，功 耗很低。该设计具有实际意义，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宂方面具有很好的发展前景；在考古方面也应

11、用到了超声波传 感器进行检测。所以本设计与实际相结合，现实意义更强。1智能小车总体概况本次设计的智能小车以at89c51为核心，经焊接相关芯片用电路板自制而成，通过 i/o 口检测信号，输出信号到l293d，从而驱动两个直流电机控制其前进、停止、左转、 右转。检测信号则为三组红外发射和接收管，一组黑线时输出高电平，0线时输出低 电平。另两组黑线吋输出低电平，白线吋输出高电平。智能小车的控制器使用atmel公 司的at89c51单片机。程序设计上使用了吋钟中断来控制小车行驶的状态检测，使 用外部中断来记录小车行驶的距离，软件上设置了一个状态寄存器，来记录小车运行 的状态，小车的运行为延黑线行驶状

12、态，避障碍物状态等。在黑线上行驶时，控制器 检测红外传感器，如果小车行驶偏离方向，则控制小车转向轮进行转向。在避障状态 时，控制器检测红外传感器，判断前方是否有障碍物，如果有障碍物则控制汽车进行 转向，躲避障碍物。2国内外发展状况至2006年中国汽车保有量已达3500万辆(其中轿车么80%,约2500万辆)，每年 仍以30%的速度递增。我国成为了继美国之后的第二大汽车生产和消费大国。汽车行业 的迅猛发展也带动了相关配套、服务业的发展。而将功能强大的智能车载信息系统一一 车载电脑加载到汽车上已经成为欧美、日本等地汽车市场的首选新装备。车载电脑给汽 车带来了一场信息化的革命，让每辆汽车构建成一个完

13、美的车载信息与娱乐系统终端， 包括车载通讯系统、导航系统、数字娱乐系统以及辅助驾驶系统。坐在汽车里面听广播 或者音乐己经习以为常,但是车载电脑带来的是全方位的数字娱乐，由于其支持windows 下的所有应用程序，因此，cd、 vcd/dvd以及收看电视都成为可能。让你在开车的时 候听音乐，在休息的时候欣赏好莱坞大片或是收看电视，甚至玩各种游戏。车载通讯与 导航系统主要指gprs和gps,让你“轻车熟路”，而ii轻松打电话。不仅如此，它还让你轻松畅游互联网，方便地在车上发送电子邮件、查看公司业 务信息等、和朋友聊天、m络游戏等等。不在办公室而胜在办公室，也无须再为塞车赶 不到公司而焦头烂额！最后

14、，还可以利用车载电脑的扩展性，把个人电脑的功能全部应 用到车上，比如：mp3/dvd/divx多媒体播放、手机控制、wifi/3g无线上网、pc游戏、 卡拉0k、红外线倒车镜头等等。车载电脑diy如此强大的功能，让很多车友心动，“只 要车内有扬声器和收音机，就可以给汽车安装车载电脑。”改装店员工的话更是把安装 车载电脑当成小kiss： “用汽车上的电池来为电脑输送动力，并将音频线连接到扬声 器上，车载电脑完全不用为动力和占用空间的问题发愁。”因此，给自己心爱的坐驾安 上车载电脑已经成为一种时尚。安装车载电脑和个人办公电脑没什么区别，主要也分为 硬件和软件两部分。硬件方面尽量选取低功耗硬件，毕竟

15、汽油不便宜，低功耗可以少消 耗点汽油，另外也要尽可能地选取抗震效果较强的硬件。首先要选一款机箱，对于有限 的车内空间，怎样充分利用十分重要。因此要选择美观而小巧的机箱，目前市面较流行 的合利科技的nc小机箱只有大字典尺十，很受车友欢迎。车载电脑的内存一般使用普 通pc256mddr内存就够用了。由于要经受劳顿奔波，存储系统一般采用笔记本硬盘，当 然你要是还不放心，就可以选用cf卡存储系统。主板选择范围较大，但需要考虑两个 因素，一是车内温度高，因此要求主板的功耗要低，发热不能够过高；再者考虑到机箱 的空间，要求板子小巧。众多车友推荐使用via的epia系列rrx主板，集成丫显卡、声卡以及cpu

16、,性能 稳定、功耗较低。显示器一般选用8英寸或者7英寸的lcd液品屏，有liliput（利利 晋）、德龙等品牌。电源是车载电脑的重心，因为汽车供电不稳定，车载启动或加速时, 对主板的电源产生冲击，如果主板对电源承受力弱，就会出现死机或异常。因此车载电 脑最好采用带1tps功能车载电脑dc/dc电源。很多车友选用逆变器方案，但并不是最 佳的选择，dc变交流电，具有一定的安全隐患，另外转换效率也是个问题。其他的外设，比如gps接收器、网络连接等都可以选用usb设备。软件方面相比 而言就要简单很多，操作系统一般装xp、win2000,为y操作方便也可以添加一些车载 电脑的专用软件，如国外免费软件me

17、diacar。导航软件冇灵图、城际通等。就0前情况 而言，不论是dty还是购买整机，给汽车装上车载电脑都不是一件难事，但是，过多的 负载还是会影响到行车安全，并且电脑安装过程也要改动不少电路，需要确保安全。只 有安全的享受数字技术带给我们的快乐，才是我们所需要的！上面所讲的车载电脑指能 够支持多种应用程序的嵌入式计算机，换句话说就是把我们日常用的个人电脑小型化加 载到汽车上，成为一个智能化的外设。而一般车友所谓的电脑是指负责车辆与引擎状况 监管的行车电脑，也就是我们所谓的ecu （enginecontrolunit）。3课题的提出及主要任务本次课题的内容是基于单片机的智能小车的设计，以单片机为

18、控制核心，采用模块 化的设计方案，运用光电传感器、超声波传感器等组成不同的检测电路，实现小车在行 驶中自动寻迹、躲避障碍物，利用光电传感器进行自动寻迹，实现了小车能够沿着黑线 行走。利用超声波传感器检测道路上的障碍物。通过单片机来控制电机的工作，从而实 现对整个小车系统的运动控制。设计的具体过程如下：1）査阅相关资料，了解智能小车单片机控制系统的结构原理。2）确定智能小车的设汁方案。3）各程序流程图的绘制，电路图的绘制。4）编写设计说明书。4系统方案设计4.1方案论证简易智能电动车采用80c51单片机进行智能控制。开始由手动启动小车，并复位， 当经过规定的起始黑线，由超声波传感器和红外光电传感

19、器检测，通过单片机控制小 车开始记数显示并避障、调速；系统的自动避障功能通过超声波传感器正前方检测和 红外光电传感器左右侧检测，由单片机控制实现；在电动车进驶过程中，采用双极式h 型p丽脉宽调制技术，以提高系统的静动态性能；采用动态共阴显示行驶时间和里程。4.2系统硬件总体框图本次设计的智能小车以at89c51为核心，将其作为主控芯片来处理各个模块的运营，其系统硬件总框图如下：4.3单片机的作用和功能随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将列 强。在单片机家族中，80c51系列是其中的佼佼者，加之intel公司将其mcs - 51系 列中的80c51内核使用权以专

20、利互换或出售形式转让给全世界许多著名1c制造厂商， 如philips、 nec、atmel、amd、平邦等，这些公司都在保持与80c51单片机兼容的基 础上改善了 80c51的许多特性。这样，80c51就变成有众多制造厂商支持的、发展出上 百品种的大家族，现统称为80c51系列。80c51单片机己成为单片机发展的主流。专家 认为，虽然世界上的mcu品种繁多，功能各异，开发装置也互不兼容，但是客观发展表 明，80c51可能最终形成事实上的标准mcu芯片。stc89c51rc系列单片机是宏晶科技出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机， 指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器和6吋钟

21、/机器可选，hd版本和90c 版本内部集成max810专用复位电路。89c51与89c51的区别在于51的程序空间为4k 字节，而51程序空间为8k字节，其余性能与结构相同。木论文以89c51rc系列来讲述。 单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统 集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机和比，单片机只缺少了 i/o设 备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、 应用和幵发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选 择。单片机的使用领域己十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统

22、、家 用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名 称前冠以形容词一一“智能型”，如智能型洗衣机等。由于单片机体积小，使用方便的 特点，被应用在智能仪器上，再结合其他的传感器之类的，可以实现对温度、湿度等精 密量的测量，功能十分的强大。同样由于单片机的体积小、环境适应能力强和使用方便 等方面的优点，单片机也被普遍应用于工业控制上，比如多种多样的通讯系统以及机器 人等方面。此外，由于单片机的适应能力很强，所以在我们常用的手机、电脑等物品上 应用十分广泛。还有，医院的医疗设备如呼吸机等也有单片机的广泛应用。还有就是汽 车系统、物流系统、电力系统、通讯系统等都广泛应用

23、单片机。其中，单片机的结构图 如下：4. 4单片机的应用场合由于单片机有许多优点，因此其应用领域之广，儿乎到了无孔不入的地步。单片 机应用的主要领域有：1）智能化家用电器：各种家用电器普遍采用单片机智能化控制代替传统的电子线路控 制，升级换代，提高档次。如洗衣机、空调、电视机、录像机、微波炉、电冰箱、电饭 煲以及各种视听设备等。2）办公自动化设备：现代办公室使用的大量通信和办公设备多数嵌入了单片机。如打 印机、复印机、传真机、绘图机、考勤机、电话以及通用叶算机中的键盘译码、磁盘驱 动等。3）商业营销设备：在商业营销系统中已广泛使用的电子称、收款机、条形码阅读 器、1c卡刷卡机、出租车计价器以及

24、仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、 冷冻保险系统等都采用了单片机控制。4）工业自动化控制：工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之一。如各种测控系统、过程控制、机电一体化、plc等。在化工、建筑、冶金等各种工业领域都要 用到单片机控制。5）智能化仪表：采用单片机的智能化仪表大大提升了仪表的档次，强化了功能。 如数据处理和存储、故障诊断、联网集控等。6）智能化通信产品：最突出的是手机，当然手机内的芯片属专用型单片机。7）汽车电子产品：现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、 通信系统和运行监视器（黑匣子）等都离不开单片机。8）航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域：

25、单片机的应用更是不言而喻。单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围及所带来的经济效益。更重要的意义在于，单 片机的应用从根木上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实 现的大部分控制功能，正在用单片机通过软件方法来实现。以前自动控制中的pid调节， 现在可以用单片机实现具有智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制。这种以软 件取代硬件并能提高系统性能的控制技术称为微控技术。随着单片机应用的推广，微控 制技术将不断发展完善。5硬件电路的设计5.1电源模块稳压电源是单片机控制系统的重要组成部分，它不仅为测控系统提供多路电源电 压，还直接影响到系统的技术指标和抗干扰性能。近年来，传统

26、的线性稳压电源正逐步 被更高效率的开关电源所取代，特别是单片机开关电源的迅速推广应用，为设计新型、 高效、节能电源创造了良好的条件。本机采用的是5v的电源，用干电池供电。其电路 图如下：5.2时钟电路at89s51虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外附加电路。at89s51单片机 的时钟产生方法有两种。内部时钟方式和外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在xtal1、xtal2引脚上外 接定时元件，内部的电路便产生自激振荡。本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外 接晶振和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体可在1.2mhz到12mhz之间选择。电容值 无严格要求，但电容

27、取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影 响，cxi、cx2可在20pf到loopf之间取值。所以本设计中，振荡晶体选择11.0592mhz, 电容选择3opf。 其电路图如下图：xix2c1530p0-24mc1730p5.3复位电路复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把pc初始化为0000h,使单片机从0000h单元开始执行程序。除y进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。复位信号及其产生rst引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇

28、率为6mhz的晶振，则复位信号持续吋间应超过4us才能完成复位操作。整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(rst)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的s5p2时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后冰得到内部复位操作所需耍的信号。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图1.2.2(2)(ei)所示。这佯，只要电源vex的上升吋间不超过lms,就可以实现自动上电复位，即接通电源就成y系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其屮，按键电平复位是通过使复位端经电阻与vcc电源接通而实现的

29、，其电路如阁(a), (b)(c)所示:voc(a)上电复位vac(b)按键电平复&voc(c)按键脉冲复位5.4红外遥控系统原理框图此处删减nnnnnnnn字 需全套设计请联系124018147系统调试7.1硬件调试硬件调试，对各个模块的功能进行调试，主要调试各模块能否实现指定的功能。查 看硬件电路的连接是否与逻辑图一致，用万用表检测有无短路或断路现象，器件的规格、 极性是否有误。检查完毕，用万用表测量一下电路板正负电源两端之间的电阻，排除电 源短路的可能性。7.2软件调试木系统的软件调试因at89s51核心模块的使用而变得相对容易，keil软件开发环木 系统的软件调试因at89s5

30、1核心模块的使用而变得相对容易，keil软件开发环境，能 判断语法错误和逻辑错误，这样使调试相对简单，由于本系统是分模块进行程序设计 的，所以调试时先分模块进行调试。如小车红外线寻迹程序，在调试时将它放在一个子 程序里单独测试，看其是否能够完成预定的功能，如能，测试通过，否则，修改并反复 测试直到通过。虽然在软件的调试过程屮，综合利用了设定断点、单步、跟踪等调试手段，使得调 试工作更易进行。但是也出现了一定的问题，接近开关传感器的计数不准，电机延时没 起到效果等等。通过了多次分离合并，修改测试语句以及单片机外加wd灯观察现象等 方法得以解决，达到综合效果。7.3软硬联调本系统的调试共分为三大部

31、分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。由于在系统设 计中采用模块设计法，所以方便对各电路模块功能进行逐级测试：单片机控制模块的调 试、接近开关传感器调试、红外线避障模块的调试以及电机控制模块的调试，最后将各 模块组合后结合软件进行整体测试。在软件和硬件都基本调通的情况不，进行系统的软 硬件联调。按照又上向丁，模块化设计的理念对模块逐个调试：首先，调红外接近开关 模块，是否能正常检测，然后调试单片机能否对信号进行处理，接着调试单片机对l298n 的控制。最后等模块逐一调通后，再进行联调。再连接成-个完整的系统调试。结论本次设计的题目是颈部康复拉伸机的设计，通过本次设计，使我们充分把握的设计 方法和

32、步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找 到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设 计进度本文所设计的是颈部康复拉伸机的设计，通过初期的定稿，查资料和开始正式做 毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问 不易，需耍不断钻研，不断进取可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助 下，在大学研究的最后，感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以 通过。做一门学问不容易，需要有不断钻研，积极进取的精神，以后我会更加努力，争取 做到更好。除了要衷心的感谢我的指导老师以外，我还要感谢在校期

33、间所有传授过我知 识的老师们，他们孜孜不倦的教诲是我完成这篇论文的基础。作为一个机械工程及自动 化专业的学生，在一些其他课程上遇到过许多问题，多亏老师们在百忙之中抽出时间为 我答疑解难，给予我耐心的指点，让我少走了许多弯路。在此我对他们无私的爱心表示 由衷的感谢。同时也感谢大学生活中与我朝夕相处的同学们，他们给我留下了最难忘的 lh忆。在一起走过的日子里，我们一同欢笑，一起悲伤，和互鼓励，共同进步。我要感 谢在这漫长而短暂的四年里陪我一同走过的同学们，因为有了你们，我的生命中多了很 多欢乐的瞬间和美好的回忆，愿我们的情义地久天长。最后感谢我的家人，是他们一直站在我身后，做我坚强的后盾，无论我成功与否， 他们都默默地给予我支持与鼓励，让我感到我不是一个人在战斗。谢谢你们，我一定会 更加努力，不辜负你们对我的期望。参考文献1郑淑芳机械设计理论研究与探讨北京：科学出版社，2004.52黄长艺颈部康复拉伸机的创新设计北京：机械工业出版社，2005.13周宏甫颈部康复拉伸机设计.高等教育出版社，2004.34姜继海，宋锦春，高常识.颈