单片机原理及应用课程设计-自动寻电动小车

第一章课程设计内容与要求分析PAGEPAGE1单片机原理及应用课程设计班级：姓名：学号：指导教师：撰写日期：目录PAGE15目录第一章课程设计内容与要求分析…………21.1课程设计内容………21.2课程设计要求分析…………………21.2.1各模块设计…………41.2.2循迹小车原理图……………………5第二章控制系统程序设计…………………6第三章总结………………12参考文献……………………13附录Ⅰ………14附录Ⅱ………15第一章课程设计内容与要求分析第一章课程设计内容与要求分析1.1课程设计内容设计一台自动寻电动小车。电动车能自动寻迹，按设定好的轨迹前进。寻迹由小车前端左右两个光电开关完成，通过调整RW2和RW4可以改变光电开关的灵敏度。1.2课程设计要求分析目前，在企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的环境下，智能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备。世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。移动机器人是机器人学中的一个重要分支，出现于20世纪06年代。当时斯坦福研究院(SRI)的NilsNilssen和charlesRosen等人，在1966年至1972年中研制出了取名shakey的自主式移动机器人，目的是将人工智能技术应用在复杂环境下，完成机器人系统的自主推理、规划和控制。从此，移动机器人从无到有，数量不断增多，智能车辆作为移动机器人的一个重要分支也得到越来越多的关注。智能小车，是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航及白动控制等技术，是典型的高新技术综合体。它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持安全距离、车速和巡航控制等功能。智能车辆的主要特点是在复杂的道路情况下，能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并沿着预定的道路(轨迹)行进。智能车辆在原有车辆系统的基础上增加了一些智能化技术设备:(1)计算机处理系统，主要完成对来自摄像机所获取的图像的预处理、增强、分析、识别等工作;(2)摄像机，用来获得道路图像信息;(3)传感器设备，车速传感器用来获得当前车速，障碍物传感器用来获得前方、侧方、后方障碍物等信息。智能车辆技术按功能可分为三层，即智能感知/预警系统、车辆驾驶系统和全自动操作系统团。上一层技术是下一层技术的基础。三个层次具体如下:(1)智能感知系统，利用各种传感器来获得车辆自身、车辆行驶的周围环境及驾驶员本身的状态信息，必要时发出预警信息。主要包括碰撞预警系统和驾驶员状态监控系统。碰撞预警系统可以给出前方碰撞警告、盲点警告、车道偏离警告、换道/并道警告、十字路口警告、行人检测与警告、后方碰撞警告等.驾驶员状态监控系统包括驾驶员打吨警告系统、驾驶员位置占有状态监测系统等。(2)辅助驾驶系统，利用智能感知系统的信息进行决策规划，给驾驶员提出驾驶建议或部分地代替驾驶员进行车辆控制操作。主要包括:巡航控制、车辆跟踪系统、准确泊车系统及精确机动系统。(3)车辆自动驾驶系统，这是智能车辆技术的最高层次，它由车载计算机全部自动地实现车辆操作功能。目前，主要发展用于拥挤交通时低速自动驾驶系统、近距离车辆排队驾驶系统等。这种智能小车的主要应用领域包括以下几个方面:(1)军事侦察与环境探测现代战争对军事侦察提出了更高的要求，世界各国普遍重视对军事侦察的建设，采取各种有效措施预防敌方的突然袭击，并广泛应用先进科学技术，不断研制多用途的侦察器材和探测设备，在车上装备摄像机、安全激光测距仪、夜视装置和卫星全球定位仪等设备，通过光缆操纵，完成侦察和监视敌情、情报收集、目标搜索和自主巡逻等任务，进一步扩大侦察的范围，提高侦察的时效性和准确性。(2)探测危险与排除险情在战场上或工程中，常常会遇到各种各样的意外。这时，智能化探测小车就会发挥很好的作用。战场上，可以使用智能车辆扫除路边炸弹、寻找和销毁地雷。民用方面，可以探测化学泄漏物质，可以进行地铁灭火，以及在强烈地震发生后到废墟中寻找被埋人员等。(3)安全检测受损评估在工程建设领域，可对高速公路自动巡迹，进行道路质量检测和破坏分析检测;对水库堤坝、海岸护岸堤、江河大坝进行质量和安全性检测。在制造领域，可用于工业管道中机械损伤，裂纹等缺陷的探寻，对输油和输气管线的泄漏和破损点的查找和定位等。(4)智能家居在家庭中，可以用智能小车进行家具、远程控制家中的家用电器，控制室温等等。对这种小车的研究，将为未来环境探测术上的有力支持。本寻迹小车采用铝合金为车架，STC89C52单片机为控制核心，加以直流电机、光电传感器和电源电路以及其他电路的设计思路。系统由STC89C52通过I/O口控制小车的前进后退以及转向。为了适应机电一体化的发展在汽车智能化方向的发展要求，提出简易智能小车的构想，目的在于：通过独立设计并制作一辆具有简单智能化的简易小车，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。根据题目要求，确定如下方案：在现有的玩具电动车的基础上，加装光电对管、传感器，实现对电动车位置、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智能控制。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，可以满足对系统的各项要求。整个系统基于普通玩具小车的机械结构，并利用了小车的底盘、前后轮电机及其自动复原装置，能够平稳跟踪路面黑色轨迹运行该智能小车在画有黑线的白纸“路面”上行驶，由于黑线和白纸对光线的反射系数不同，可根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”—黑线。利用了简单、应用比较普遍的检测方法—发光二极管+光敏电阻。发光二极管+光敏电阻，即利用光线在不同颜色的物理表面具有不同的反射性质的特点。在小车行驶过程中不断地向地面发射白光，当白光遇到白色地面时发生漫发射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，则小车上的接收管接收不到信号。整个电路系统分为检测、控制、显示、驱动四个模块。首先利用光电对管对路面信号进行检测，经过比较器处理之后，送给软件控制模块进行实时控制，然后显示小车的运行状态，输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制整个小车的运动。系统方案方框图如图所示。检测（黑线）检测（黑线）软件控制控制小车显示状态图1-1智能小车寻迹系统框图1.2.1各模块设计1、循迹模块设计发光二极管+光敏电阻组成光敏探测器，光敏电阻的阻值可以根跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。2、控制模块设计此部分是整个小车运行的核心部件，起着控制小车所有的运行状态作用。控制方法很多，大部分都采用单片机控制。这里选择了ATMEL公司的AT89C52作为控制芯片，在芯片体积小、集成度高、可靠性好、容量足够、驱动能力强、运用方便、经济廉价。3、电机驱动模块从单片机输出信号功率很弱，即使在没有其它外在负载是也无法带动电机，所以在实际电路中我们加入了电机驱动芯片提高输入电机信号的功率，从而能够根据需要控制电机转动。1.2.2图1-2循迹小车原理图 第二章控制系统程序设计第二章控制系统程序设计#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitIN1=P1^2;sbitIN2=P1^3;sbitIN3=P1^5;sbitIN4=P1^4;sbiten1=P1^1;sbiten2=P1^6;sbitS1=P1^0;sbitS2=P1^7;voidgo();voidleft();voidright();voidstop();voiddelay_ms(uintt);voidpwm_init();voidqidong();ucharh;uintflag1,flag2,pwm1,pwm2;voiddisp(uintdisp_value);voidBcd(uintbcd_value);uchardataled_point[4]={0xef,0xdf,0xbf,0x7f};ucharcodeLED_Val[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x98};uchardatanum[4];/////////voidgo()//前进{ IN1=0; IN2=1; IN3=0; IN4=1; }///////////////voidleft()//向左{IN1=0; IN2=1; IN3=0; IN4=0;}//////////////voidright()//向右{IN1=0; IN2=0; IN3=0; IN4=1;}///////////////voidstop()//停止 {IN1=0; IN2=0; IN3=0; IN4=0;}///////////////////延时函数///////////////voiddelay_ms(uintt){uchari; while(t--) { for(i=1;i<125;i++); }}/////////////////////定时器0方式1//////////////voidpwm_init(){TMOD=0x01;TH0=(65526-200)/256;TL0=(65536-200)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;en1=1;en2=1;}//////////////voidT0_Ser()interrupt1using1{ TH1=(65536-200)/256; TL1=(65536-200)%256; flag1++; flag2++; if(flag1<=pwm1) { en1=1; } if(flag1>pwm1) { en1=0; } if(flag1==100) { flag1=0; } if(flag2<=pwm2) { en2=1; } if(flag2>pwm2) { en2=0; } if(flag2==100) { flag2=0; }}//////主函数///////////////voidmain(){//pwm_init();//en1=1;//en2=1;//while(1)//{// disp(h);// delay_ms(500);// qidong();//} while(1) { disp(200); }}//////////////启动程序////////////////voidqidong(){if((S1==0)&&(S2==0)) { while(S1==0&&S2==0);{ go(); } delay_ms(700); h++; go(); } if((S1==1)&&(S2==1)) { go(); if(h==0) { go(); pwm1=20; pwm2=20; } if(h==1) { go(); pwm1=90; pwm2=90;} if(h==2) { go(); pwm1=20; pwm2=20; } }if(S1==1&&S2==0) { left(); }if(S1==0&&S2==1) { right(); }if(h==3){stop();}}/////////////数据分离////////////////////voidBcd(uintbcd_value){num[0]=0;num[1]=(bcd_value%1000)/100; num[2]=((bcd_value%1000)%100)/10; num[3]=((bcd_value%1000)%100)%10;}////////////////显示函数//////////////////voiddisp(uintdisp_value){ uchari; Bcd(disp_value); for(i=0;i<4;i++) { P1=led_point[i]; SBUF=LED_Val[num[i]]; delay_ms(5); P1=0XFF;}第三章总结参考文献第三章总结小车能够较好的完成实验的基本要求，寻迹误差较小。通过这次设计，我们熟练掌握了DXP、KeiL51等软件的使用方法，并了解了更多关于单片机的知识。本系统基本能够满足设计要求，能够较快较平稳的使小车沿引导线行驶，但由于经验能力有限，该系统还存在着许多不尽人意的地方有待于进一步的完善与改进。此方案选择的器件比较简单，实际中也很容易实现。经过多次测试，结果表明在一定的弧度范围内，小车能够沿着黑线轨迹行进，达到了预期的目标。不足之处，由于小车采用直流电机，其速度控制不够精确和稳定，导致小车循迹时行走不是很流畅；其次，由于车身比较重，导致小车拐弯时候比较吃力，有时候会卡死不动。通过两周的努力，即将完成设计，当然由于本组精力和时间有限，本设计中或多或少会存在一些缺点，所设计的软硬件难免会存在一些不足，刚开始选择这个项目的时候其实是抱着好奇的心里，真的开始做了才发现困难重重。首先是DXP画图软件不熟悉，接下来是小车硬件的连接，最后是编程。虽然整个过程很坚辛，但我收获了更多。我学会了使用DXP绘图软件，学会了再难也要做下去，学会了向周围优秀的同学积极地学习。总结人：李希孟2015.6.14参考文献[1]李广弟,朱月秀,王秀山编著.单片机基础.北京:北京航空航天大学出版社,2001[2]何立民编著.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,1999[3]蔡美琴等编著.MCS-51单片机系统及应用.北京:高等教育出版社.1992附录Ⅰ附录ⅠDXP练习图图附1-1动态图练习用图附1-2静态图练习用附录Ⅱ基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计HYPERLINK"/detail.h