毕业设计基于Arduino单片机的智能小车设计

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！江海职业技术学院学位论文中文摘要统，是智能交通系统的一个重要组成部分。它在军事、民用、太空开发等领域有于智能家居中的产品更是越来越受到人们的青睐。本系统在硬件设计方面，以单片机为控制核心，以超声波传感器检语言进行编程，通过软件编的实用价值。关键词：单片机；智能清扫小车；自动避障第2页江海职业技术学院学位论文第一章绪论1第二章智能小车总体结构5第三章智能小车的触觉、眼睛8第四章智能小车的脚23H第五章智能小车的大脑29第六章智能小车控制流程及程序35参考文献36致谢37第3页江海职业技术学院学位论文在金属加工、汽车技术、工业生产等等方面，机器设备表现了所谓智能化、集成化、小型化、高精度化的发展趋势。1.1选题背景智能电动小车应该能够实现适应能力，能自动避障，可以智能规划路径。此，智能小车具有再编程的特性，是机器人的一种。中国自1978天航空、军事、勘探等）的应用，这一过程为智能化的全面发展奠定基石。智能益，大大提高工业生产的效率，实现现有工业生产水平从自动化向智能化升级，产物的生成奠定了良好的物质基础。统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等第1页江海职业技术学院学位论文技术，是典型的高新技术综合体。1.2智能小车研究现状智能车辆作为智能交通系统的关键技术，是许多高新技术综合集成的载体。动驾驶功能，下面简单介绍一下国内外智能小车研究的发展情况。1.2.1国外智能车辆研究现状国外智能车辆的研究历史较长，始于上世纪50年代。它的发展历程大体可以分成三个阶段：第一阶段20世纪50年美国BarrettElectronics公司研究开发了世界上第一台自主引导车系统AGVS（AutomatedGuidedVehicle但它却具有了智能车辆最基本得特征即无人驾驶。早期研制AGVS的目的是为了的应用和传感技术的发展，智能车辆的研究不断得到新的发展。第二阶段从80年代中后期开始，世界主要发达国家对智能车辆开展了卓有成效的研究。在欧洲，普罗米修斯项目于1986年开始了在这个领域的探索。在美洲，美国于1995一就是研究发展智能车辆的可能性，并促进智能车辆技术进入实用化。在亚洲，日本于1996车辆导航的方法，促进日本智能车辆技术的整体进步。进入80年代中期，设计台。第三阶段从90最为突出的是，美国卡内基.梅隆大学（CarnegieMellonUniversity）机器人研究所一共完成了Navlab系列的10台自主车（Navlab1—Navlab10）的研究，取得了显著的成就。第2页江海职业技术学院学位论文发的智能车辆具有代表性的有：德意志联邦大学的研究1985VaMoRs智能原型车辆在户外高速公路上以100km/h年，在都灵的PROMRTHEUS项目第一次委员会会议上，智能车辆维塔（VITA,7t）进行了展示，该车可以自动停车、行进，并可以向后车传送相关驾驶信息。这两种车辆都配备了UBM视觉系统。这是一个双目视觉系统，具有极高的稳定性。荷兰鹿特丹港口的研究的Combiroad系统，采用无人驾驶的车辆来往返运输货物，它行驶的路面上采道，采用这种系统将货物从鹿特丹运往各地。日本大阪大学的研究大阪大学的Shirai实验室所研制的智能小车，采用了航位推测系统（DeadReckoning取智能小车的转向角，从而完成了智能小车的定位。另外，斯特拉斯堡实验中心、英国国防部门的研究、美国卡内基梅隆大学、奔驰公司、美国麻省理工学院、韩国理工大学对智能车辆也有较多的研究。1.2.2国内智能车辆研究现状相比于国外，我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，开始于20世纪80年代。而且大多数研究处在于针对某个单项技术研究的阶段。虽然我国在智我们也取得了一系列的成果，主要有：2003公路上，行驶的最高稳定速度为13km/h,最高峰值速度达170km/h，并且具有超车功能，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。（2）南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制了7B.8陀螺惯导定位等传感器。计算机系统采用两台Sun10完成信息融合、路径规划，第3页江海职业技术学院学位论文江海职业技术学院学位论文2.1方案综述作为高级智能玩具发展对象，同时可成为大学生学习嵌入式控制系统的应用实例。主控单元Arduino电路采用H2最后由控制单元处理数据后通过编程有序合理的将各模块信号整合在一起并完成相应动作，实现了智能控制，相当于简易机器人。Arduino要由电源模块、电机驱动模块、测距、避障模块构成。系统的结构框图如下图1所示。图2.2主控单元方案比较与选择第5页江海职业技术学院学位论文2.3避障单元方案比较与选择图江海职业技术学院学位论文射回来时，输出高电平。障碍，回到预定的设定路径便可，并没有十分复杂的环境，为了使用方便，便于操作和调试，我们最终选择了方案一。2.4“小车”的必要的信息电机参数：额定电压——4.5V空载电流——85–95mA空载转速——9800rpm堵转电流——1100mA堵转力矩——50g/cm(最大)减速箱：1：48+/‐10%结构参数车轮直径——65mm码盘齿数——60个码盘等效直径——42mm脉冲精度——3.4mm/脉冲（单边沿采集，可用倍频方式提高精度）轮距——约59.5mm外形尺寸——约75x75x75mm重量——约240g（不含电池）最快运动速度：选用1：48减速箱——约695mm/s最大力矩：选用1：48减速箱——约2.4kg/cm第7页江海职业技术学院学位论文3.1智能小车内部检测原理图3.1红外光电耦合器江海职业技术学院学位论文江海职业技术学院学位论文江海职业技术学院学位论文江海职业技术学院学位论文江海职业技术学院学位论文不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。2、压电式超声波发生器原理内部结构如图1振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超接收器了。3、超声波测距原理停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间距法。物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。测距的公式表示为：L=C×T式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。第13页江海职业技术学院学位论文3.3.2超声波传感器简介图3.7超声波检测原理电路江海职业技术学院学位论文串行通讯获得，以下为串行通讯的有关协议、命令说明。传感器的工作由通讯命令控制，上电状态为待命状态。工作分为“自动测量”和“单轮测量”两种模式。“自动测量”时，传感器按一定周期自动完成测量过程，并保存测量数据。“自动测量”又分为“被动数据返回”和“主动数据返回”两种方式。“被动数据返回”方式下，传感器只将测量结果保存下来，等待系统读取。“自动测量”可以设置测量周期。次数、数据处理方式，传感器按要求返回，增加测量的可靠性。通讯协议及命令定义：基本通讯格式：（和圆梦小车及无线接口兼容）标准UART格式——192008N1帧格式：字节）字节）字节）字节）命令（1字节）数据域（N字节）校验和（1字节）其中：帧头——由2个特殊的字节0x550xAA构成；第15页江海职业技术学院学位论文接收方地址——通讯对象的“名字”，在有线通讯时也许多余，但无线时就需要了。发送方地址——告诉接收方，便于接收方回答。帧长——命令和数据域字节之和，命令——说明操作内容，详见下面的定义数据域——与命令配合，表达一个完整的含义。校验和——码。命令定义：为了便于调试，保留小车中设计的读写内存命令。命令一：读内存，实现读指定地址开始的N个字节，地址用两字节表示。命令字——0x01数据域——低地址（1字节）高地址（1字节）读字节数（1字节）地址与硬件的对应关系：0x0000—0x00FF——对应STC12LE4052的256字节内部0x0100—0x7FFF——保留，为大RAM的单片机预留；0x7F80—0x7FFF——对应STC12LE2052的128字节SFR；0x8000—0x87FF——对应STC12LE2052的2KFlashROM（Code）；0x8700—0xFFFF——保留，为大ROM的单片机预留；例：要读地址0x56起始的3字节内部RAM数据，命令帧如下：第16页江海职业技术学院学位论文0x550xAAXXXX0x040x010x560x000x030xA5返回数据帧为:帧头发送方地址自己的地址帧长命令低地址高地址读字节数N字节数据校验和返回帧中将命令及附属信息（地址、读字节数）包含在内，虽然有些冗余，但保证了信息供方便。N命令字——0x02数据域——低地址（1字节）高地址（1字节）写字节数（1字节）数据（N字节）其地址与硬件的关系与读命令相同。返回数据帧为：帧头发送方地址自己的地址帧长命令低地址高地址写成功字节数校验和通过“写成功字节数”来告之发送方是否写成功，如果为“0”，表示写操作失败。命令三：设置工作模式，设置测量模式，并启动测量。命令字——0x03数据域——工作模式（1字节）工作参数（1字节）第17页江海职业技术学院学位论文其中：工作模式——高4位为主模式，低4位为子模式；工作参数——与工作模式对应，自动测量时为测量周期，单位10ms；单轮测量时为测量的次数，暂定最多为8次。返回数据帧为：帧头发送方地址自己的地址帧长命令测量数据校验和对于自动模式，测量数据返回一个字节“0”，说明OK。对于单轮测量模式，测量数据为工作模式中所要求的数据。自动模式对应的子模式：a)自动数据返回——每测完一个数据都返回，命令位置返回工作模式；b)被动数据返回——内部只是测量、保存数据，等待读数据命令读回，读数据命令实际上只对自动模式的被动数据返回有效。单轮测量对应的子模式：a)无数据处理返回——只是将命令中要求测量的数据全部返回b)剔除最大最小值返回——将测量数据中最大、最小值剔除，返回数据比指定数少23c)平均值返回——将指定的测量数据平均后返回，只有一个平均值；d)剔除最大最小后平均值返回——先剔除最大最小值，剩下的再取平均值，当数据数小第18页江海职业技术学院学位论文于4时，强制切换到“剔除最大最小值”模式。上述返回帧中命令位置返回数据处理方式。命令四：读测量数据，对于自动测量方式的被动数据返回模式，需要此命令。命令字——0x04数据域——读最近几次的数据（1字节）返回数据帧为：帧头发送方地址自己的地址帧长命令测量数据校验和和方式。通讯分为两个状态：一是什么也没有收到；二是收到了帧头，等待帧结束。因此可以用位标志g_bStartRcv来表示，为“假”表示没有收到帧头，为“真”表示收到帧头，正在收剩余的内容。通讯部分实现以下功能：1）接收数据2）判断帧格式3）解析命令，执行相应操作第19页江海职业技术学院学位论文4）返回数据3.3.4本设计超声波通讯方式动测量，但大大增加了编程难度。程序如下：intiFlashTime=500;sum=0;SendData[0]=0x55;SendData[1]=0xAA;SendData[2]=0x01;SendData[3]=0x02;SendData[4]=0x03;SendData[5]=0x03;SendData[6]=0x23;SendData[7]=0x08;sum=SendData[5]+SendData[6]+SendData[7];SendData[8]=~sum;for(i=0;i<9;i++){Serial.print(SendData[i]);第20页江海职业技术学院学位论文}delay(100);n=Serial.available();for(i=0;i<n;i++){RecvData[i]=Serial.read();}i=0;if(RecvData[0]=0x55){i++;}if(RecvData[1]=0xAA){i++;}if(RecvData[2]=0x02){i++;}if(i==3){sum=0;for(k=5;k<14;k++){sum=sum+RecvData[k];}if(RecvData[14]=~sum){distant=RecvData[6];if(distant>120){BackLine(20);}else{if(distant>40){TurnRight(20);}第21页江海职业技术学院学位论文else{WalkLine(20);}}}}Serial.flush();}第22页江海职业技术学院学位论文江海职业技术学院学位论文侧盖固定于上、下基架上，等于给上、下基架增加了4个固定点，使小车图4.2轮系安装关系图江海职业技术学院学位论文图4.4车轮电池盒盖：用于固定电池盒，同时提供小车的4个支点，以维持小车平衡。江海职业技术学院学位论文4.2直流电机H桥驱动电路4.2.1脉冲宽度调制(PWM)江海职业技术学院学位论文模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。9V电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取的可能取值集合之内，例如在{0V,5V}这一集合中取值。例。密模拟电路可能非常庞大、笨重（如老式的家庭立体声设备）和昂贵。模拟电路电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外，许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM更加容易了。4.2.1H桥驱动电路第27页江海职业技术学院学位论文得到电机的四个工作状态：正转反转刹车惰行。4.3.2控制逻辑江海职业技术学院学位论文5.1Arduino单片机简介图5.1Arduino单片机江海职业技术学院学位论文Arduino可以使用开发完成的电子元件例如Switch或sensors或其他控制器、LED、步进马达或其他输出装置。Arduino也可以独立运作成为一个可以跟软件沟通的接口，例如说：flash、processing、Max/MSP、VVVV或其他互动软开发IDE接口基于开放源代码原，可以让您免费下载使用开发出更多令人惊艳的互动作品。Arduino单片机特色:1、开放源代码的电路图设计，程序开发接口免费下载，也可依需求自己修改。或USB接口供电，不需外接电源。也可以使用外部9VDC输入支持ISPATmega8或ATmega128芯片。有了bootloader之后，可以通过串口或者USBtoRs232线更新固件。4、可依据官方提供的Eagle格式PCB和SCH电路图，简化Arduino模组，红外线,超音波,热敏电阻,光敏电阻,伺服马达,…等)5、支持多种互动程序，如：Flash、Max/Msp、VVVV、PD、C、Processing等6、应用方面，利用等输入的装置的互动内容，可以更简单地达成单人或多人游戏互动。5.2Arduino单片机引脚简介Arduino的数字I/O6个可用的I/O管脚，即管脚2到管脚7和管脚8到管脚13。在数字电路中开关（switch）是从数字I/O题就是如何将开关的开/断状态转变成Arduino第30页江海职业技术学院学位论文江海职业技术学院学位论文江海职业技术学院学位论文江海职业技术学院学位论文Arduino语言是以站是这样描述setup()的：用来初始化变量，管脚模式，调用库函数等等，此函功能类似c语言中的“main();”。第