【小车智能寻迹系统设计（论文）5000字】

第第页小车智能寻迹系统设计目录TOC\o"1-1"\h\u9838小车智能寻迹系统设计 1278341绪论 1259042系统的总体设计 391843小车智能循迹系统的硬件设计 4101425系统实物调试 833696结论 927652参考文献 10摘要:现阶段科学技术的迅速发展，智能化水平的提高，大学生对于科技创新能力的重视逐渐增加。智能小车领域逐渐出现在人们的视野中，单片机也成为检测技术中重要的核心。怎么将单片机技术与智能小车结合也变得很重要。本文研究的小车系统，是结合数据采集、智能循迹、电机驱动所设计的一款智能循迹小车系统。我所设计的小车是以STC89C52为核心。整体从三个方向出发。首先是将硬件部分设计完成，由单片机最小系统、红外循迹、电机驱动等部分组成。其次是对软件部分的设计，主要包括主程序设计、循迹程序设计等程序。该小车通过对信号的收集和处理，实现智能寻迹。关键词:单片机,数据处理,电机驱动,循迹1绪论第一章主要是对本次毕业设计的设计背景以及为什么要进行此设计做出阐述。1.1小车智能循迹系统的设计背景以及意义智能小车是我们在大学阶段最先接触的一种电子设计，因其二次改造性与对电子元器件的学习性都非常重要，所以小车项目是我们入门电子技术的一个标准。经过对多种智能小车资料的查询，智能小车有很多种类，可以按照用户之前设定的功能来进行小车的自动控制的功能。目前汽车行业的芯片紧张，导致很多车企无法生产汽车，当我们是学生的时候，就要对小车的运行原理进行学习。并且智能小车是充满新鲜感的，这大大有利于它的推广，提高它在市场的价值。基于这种背景下，设计一个小车智能循迹系统对于我们自身来讲意义也是十分重大的，对大学时期学过的电子知识的总结与二次深度学习，既能够保证毕业之后专业技术能力的提升，也能够使得工作更加顺利。单片机这种芯片已经成为大部分技术领域的主控芯片，掌握了单片机，对于自己在各个领域的学习都有帮助。同时掌握单片机这种芯片的使用，也可以是我们的生活更加智能化，更加方便。1.2发展现状及趋势当今世界又再次进入了芯片短缺的现状，直接影响很多企业，例如长安汽车近期发布其两个地区的汽车代工厂因芯片短缺导致汽车暂时停产等。所以目前汽车发展形势过于单一，我国近年越来越注重科技创新的发展，未来汽车的智能化发展是必然的。本智能小车系统的发展前景就是用于未来的智能汽车上了。目前汽车的无人驾驶技术还不够完善，安全性不够高，如果我们可以合理的利用智能小车的寻迹功能就可以增强自动驾驶的安全性。我国虽然在智能汽车方面上获得了一些小的成果，但与发达国家的水平差距还是不少。未来，汽车将会变得更加智能，这是一种大趋势。所以，在未来我们将会这方面投入更大的精力。我们更应该学以致用，深入研究，为祖国发展做出贡献。1.3设计的主要内容本设计要求采用51单片机作为核心控制器，进行循迹小车的控制。设计如下:通过C51语言单片机通过编程控制电机运行。通过红外传感器检测地面黑线状况来控制小车转弯。通过调整给定参数来控制小车的前进、后退。在给定的时间内按照给定的路线行进，避免障碍物。系统包括红外模块电路、循迹模块电路、电机驱动电路、LED电路、辅助电源等。具体设计:循迹模块电路：采用红外循迹模块；单片机型号选择：STC89C52；LED电路：显示系统通讯情况；控制电路：选取MOS管驱动模块对小车进行控制；电源电路：电池供电。2系统的总体设计2.1小车智能循迹系统的设计的总体结构如图1所示。小车智能循迹系统的设计主要包括传感器对周围区域环境进行检测，并对采集的信号进行处理，然后把处理结果传输到控制器中。本设计基于STC89C52单片机的智能车辆跟踪系统，围绕其最小系统进行了设计和开发，使车辆能够自由行走并能成功避开障碍物。通过C语言程序控制实现小车可自由行走并能成功避开障碍物的功能。图1系统总体结构框图2.2主控芯片的选取小车智能循迹系统根据设计的要求以及自身实际能力的掌握，选取STC89C52单片机作为系统的主控芯片。单片机的耐用性高，寿命长，低功耗。STC89S52作为传统51系列单片机的一种，功能齐全，价格也不高，完全适用于本次设计。2.3循迹检测部分的构成本系统的红外检测部分由两路红外对管组成，利用红外的功能是想要实现对车身前后左右等相关距离区域的数据信息进行检测，实现单片机的采集转化功能以及为循迹算法提供数据基础。2.4电机驱动电路的构成电机驱动主要应用N沟道MOSFET组建H桥驱动电路，H桥是一种直流电机控制电路，因为它的电路外形与字母H相似，故被称为“H桥”。4个开关组成H的4条竖直腿，而电机就是H中的一横。2.5电源电路的构成采用锂电池作为电源。锂电池绿色环保，重量轻，能提供的电压也符合此次设计的要求。3小车智能循迹系统的硬件设计3.1STC89C52单片机最小系统设计小车智能循迹系统的把51系列单片机中的STC89C52作为为主控芯片。STC89C52芯片具有比较强的稳定性，并且AD转换的精度很高、转换的速度也很快。该芯片的特点符合这次设计所需要的，并且这种芯片的价格也比较低，可以节约成本。单片机最小系统如图2所示。最小系统包括晶振电路和复位电路。晶振提供相对的是相对稳定频率的时钟，单片机依靠这个时钟进行我们所写程序的工作。晶振可以变大也可以变小，但是有一个限定的范围，这都要看具体的环境具体分析。晶振电路如图3所示。复位电路如图4所示，使用复位电路的原因：单片机的复位电路如同电脑的重启部分，当电脑宕机时，按下重启键，使停止的程序恢复正常。单片机系统运行时，如果被环境干扰出现程序跑飞的现象，按下复位键内部的程序自主重新开始。图2单片机最小系统图3单片机晶振电路图4单片机复位电路3.2循迹电路小车智能循迹系统的红外检测部分由两路红外对管组成。循迹电路如图5所示。红外循迹用的原理是不一样的障碍物对红外线的反射情况不同，白色反射最强，黑色反射最弱。一般我们把黑色胶带粘在地上，通过红外循迹模块，我们可以知道小车在不在轨道上。红外循迹模块检测到前方有障碍物时，红外接收管会收到红外线（即使前方没有障碍物，它也会感受到障碍物，但是接收到的红外线越强，U3的电压就越接近于0V），红外循迹模块指示灯亮，DO为低电平（DO连到单片机）。在使用时要调节电位器来改变U3的灵敏度。图5循迹电路3.3电机驱动电路智能循迹小车的采用H桥驱动模块驱动步进电机的方案实现设备的主要功能。电机驱动电路如图6所示。图6电机驱动电路3.4LED电路LED作为一款将电能转化为光能的器件，它的应用领域广泛，在常规电路中常用于提供电路运作信息（比如电源指示以及网络状态指示）。想要使LED正常运作，需要在LED电路中连接上拉电阻用于限流，否则单片机的高电平会将LED击穿从而造成损坏，LED的正常工作电流在5~20mA之间。本设计需要用到知道系统是否正常工作。所以需要用到LED对系统的状态进行提示。本系统采用红色的小灯对系统状态进行提示。LED电路如图7所示。图7LED电路3.5供电电路小车智能循迹系统的设计应用便携式的想法，使用电池供电的方式，从电池盒中获取5V电压，系统电源电路如图8所示。图8电源电路4小车智能循迹系统的软件设计4.1主程序设计在设计主程序的时候不需要十分详细的程序内容，只需要搭建出程序的大体框架即可，因为后续我们会对程序中的子函数进行详细的编写。主程序的主要目的是为了让使用者知道全体设计的具体内容以及功能。主程序流程图如图9所示。程序初始阶段时，先设置单片机内部寄存器，设置控制变量、系统参数与工作频率，并使A/D模块、检测模块初始化。让程序使检测模块开始运行，检测模块收到系统检测电路发送来的数据，根据数据与一开始预定的值作比较使小车进行智能的行走以及实现相关功能。图9主程序流程图4.2PWM子程序设计此设备主要的输出量源于PWM驱动电机实现小车的智能循迹功能。在这一部分设计的时候，首先我们要知道PWM是什么，它是一种周期是

10ms，即频率为100Hz的波形，不过每个周期内，高低电平脉冲宽度都不一样，这就是PWM的本质。大家要了解一个概念，叫做“占空比”。占空比是指高电平的时间占一个周期的比例。比方说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%，这就是PWM的解释。通过改变一个周期内高低电平维持的时间长短就可以控制是电机的转速了，这就是PWM的工作原理。4.3中断子程序设计中断的存在有利于系统更好的处理优先程序，提高效率。中断可以理解为当前系统正在运行程序A，但是程序B比程序A重要，所以我们要停止程序A，去执行程序B。当程序B执行完毕后，继续执行程序A没完成的部分。写程序时利用定时器1的中断思想，并初始化中断。中断在本次设计中主要是为了在检测到红外信号时，能够及时的反馈给主程序，这样进入中断程序，控制小车的行驶方向以及启停功能。实现智能化的控制。5系统实物调试5.1程序部分调试5.1.1程序编译和调试本节主要讲述如何对程序进行编写，以及编程软件的使用，在主程序设计完之后，我们要对相关子程序进行封装，这样便于后期维护和修该。软件使用过程中主要需要注意晶振的选择，以及芯片型号的选择。之后可以进行软件的debug调试，主要是为了看一下程序运行到哪一个步骤，之后是否按照之前预设的时序在如期的进行，最后如果程序调试完毕，需要生成debug文件进行程序烧录前的最后准备，如图10所示。图10hex文件产生5.1.2HEX文件的烧入本节主要讲述程序是如何下载到单片机的内部，让单片机按照控制时序来进行工作。利用程序软件编译后可直接进行下载，也可以利用软件生成HEX文件，使用烧录器像单片机内部下载程序。使用过程需要按照软件的操作规范进行操作，具体操作如图11所示。图11程序下载5.1.3电路板的焊接与调试在焊接的过程中，首先我们需要准备相关工具，例如焊枪、焊锡、松香等。在焊接过程最好是采用部分模块化焊接，因为这样焊接的好处是我们焊接完成一部分就可以立即对其电源和模块功能进行简单的测试，以便于找出焊接不完善的地方，及时发现，及时补焊。5.2实物展示硬件实物通常我们使用万能洞洞板的形式，好处是能够节约设计成本，也方便实物调试时更改走线，时间周期也更加充裕。焊接时采用焊锡连线的形式或者利用导线进行飞线的形式均可，在设计时难免会遇到模块形式的器件，例如本设计的单片机模块，因此我们选择直接购买现成模块。实物如图12所示。图12系统实物图5.3实物调试系统实物组装成功后，需要对小车进行调试。将小车放在黑色胶带上，按轨迹直行或转弯，当小车前面有障碍物时，小车避开障碍物移动，避开障碍物后，又回到黑色轨迹上正常运行。如图13所示。图13调试图6结论在整个毕业设计过程中，唐飞老师给予了我很多帮助。由于在校学习并不认真，导致我的基础薄弱，经常遇到弄不懂的问题，导致设计无法继续下去。多亏老师和室友对我的指点迷津，让我解决了问题。通过这次毕业设计，提高了我对单片机知识的理解以及我的动手能力。本设计主要是为了研究一个智能循迹小车系统。这种智能的小车智能循迹系统的设计可以完成对循迹信号的实时采集、交替测量、数据处理、以完成小车的智能循迹。逐步完成硬件部分、软件部分以及实物的调试，最后完成最后的论文。参考文献[1]沈红卫.单片机应用实例[M].北京：中国工信出版社，2018[2]谭浩强，单片机C语言第四版[M].中国电力出版社，2017[3]YHoseynpoor，TPAshraf，SSajedi.MaximumPowerPointTrackingandReactivePowerControlofSingleStageGridConnectedPhotovoltaicSystem[J].ResearchJournalofAppliedSciencesEngineeringandTechnology，2015，13(2)：85~90[4]徐泽玮.关于循迹技术的思考[J].中国电源网，2017，10(3)：63~65[5]计长安，张秀斌.C语言开发教程[J].电工技术，2015，14(5)：55~57[6]王体民，冯长征.三极管驱动电路[J].汽车电器，2016，7(2)：21~29[7]齐发.阻抗匹配技术[J].电子设计应用，2017，11(3)：33~34[8]艾斌，杨洪兴，沈辉，廖显伯.单片机开发实例[J]，太阳能学报，2018，17(4)：8~11.[9]李德孚.STM32应用实例[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]乔兴宏，吴必军，王坤林等.基于模糊控制的检测系统[J]，可再生能源，2017，12(3)：66~67[13]夏晓敏，王坤林，吴必军.单片机仿真技术，计算机仿真，2016，10(5)：33~34[14]程节顺.控制系统稳定性分析[J]，微计算机信息，20