智能電動(dòng)車的設(shè)計(jì)與研究.docVIP

2011屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：智能電動(dòng)車的設(shè)計(jì)與研究作者姓名：學(xué)號(hào)：系(院)：機(jī)械與電子工程學(xué)院專業(yè)：電子信息工程指導(dǎo)教師姓名：指導(dǎo)教師職稱：講師2011年3月30日摘要本系統(tǒng)采用AT89C52芯片做為中心控制器來實(shí)現(xiàn)智能電動(dòng)車的控制功能。整個(gè)系統(tǒng)包括：電源控制系統(tǒng)、各種傳感器檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)。電源控制系統(tǒng)使用低壓差的LM2940穩(wěn)壓芯片代替常用的78系列，采用兩路供電，一路單獨(dú)為單片機(jī)供電，另一路提供驅(qū)動(dòng)模塊和傳感器等的工作電壓。在驅(qū)動(dòng)模塊里我們采用了L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，引腳A、B可用于PWM控制，僅用單片機(jī)的兩個(gè)端口給出PWM信號(hào)控制A、B即可實(shí)現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)彎、加減速等動(dòng)作。系統(tǒng)使用紅外模塊進(jìn)行循跡和避障，首先沿黑線前進(jìn)，在黑線消失的時(shí)候使用尋光模塊尋找光源前進(jìn)，并在指定位置停車。關(guān)鍵詞：智能；循跡；避障；尋光ABSTRACTThissystemadoptsAT89C52chip-centriccontrollertorealizeintelligentelectriccontrolfunctions.Theentiresystemincluding:adetectionsystem，apowercontrolsystem,sensorsandadatadisplaysystem.LM2940ofpowersupplycontrolsystemusinglow-voltagechipinsteadoftheusual78series.powersupplyswithtwowaysoneformicrocontroller,andanotherforthedrivingmoduleandsensors.DrivermodulesweuseL298Nasmotordrivechip,pina,b,canbeusedforPWMcontrolled,microcontrolleronlytwoportstothePWMsignalcontrollingofa,b,canberealized,turning,straightlineaccelerationanddeceleration.Ourtrackingandobstacleavoidanceusinginfraredmodule,firstalongtheblacklines,blacklinesdisappearwhenusingsearchmoduletofindlightsthewayforward,andstopataspecifiedlocation.Keywords：intelligence；tracking；avoidance；seeklight目錄緒論.11.功能概述和方案設(shè)計(jì).21.1功能概述.21.2方案設(shè)計(jì).31.2.1電動(dòng)車車體設(shè)計(jì).31.2.2中央處理模塊.31.2.3電源穩(wěn)壓模塊.31.2.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊.31.2.5車速檢測(cè)模塊.41.2.6紅外模塊.52.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).72.1電源穩(wěn)壓模塊設(shè)計(jì).72.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì).82.3測(cè)速模塊設(shè)計(jì).92.4紅外模塊設(shè)計(jì).102.5顯示電路設(shè)計(jì).122.6光源檢測(cè)電路.143.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).16結(jié)論.17參考文獻(xiàn).18附錄.19致謝.197宿州學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）緒論1緒論隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受到人們的廣泛關(guān)注，而汽車的智能化已成為科技發(fā)展的新方向。智能作為現(xiàn)代的新發(fā)明，是以后的發(fā)展方向，它可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在特定環(huán)境中自動(dòng)的運(yùn)作，不需要人為的管理，可應(yīng)用于科學(xué)勘探等的用途。智能電動(dòng)車是一個(gè)多種高新技術(shù)的集成體，運(yùn)用傳感器、單片機(jī)、信號(hào)處理、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及自動(dòng)控制等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知和自動(dòng)行駛為一體的高新技術(shù)綜合體，它融合了機(jī)械、電子、傳感器、微計(jì)算機(jī)硬件、軟件、人工智能等許多學(xué)科的知識(shí)，涉及到當(dāng)今許多前沿領(lǐng)域的技術(shù)，它在軍事、民用和科學(xué)研究等方面已獲得了應(yīng)用。而單片機(jī)以其強(qiáng)大的控制能力已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，配以各種接口傳感器可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化。無論是在工業(yè)控制領(lǐng)域、醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域、還是在國(guó)防軍事領(lǐng)域、航天航空領(lǐng)域，微控制器都起著舉足輕重的作用。從最初的8位控制器到現(xiàn)在的16位、32位控制器都還有很大的發(fā)展和應(yīng)用空間。此次設(shè)計(jì)的智能電動(dòng)車是基于單片機(jī)控制及傳感器技術(shù)的，實(shí)現(xiàn)的功能是小汽車可自動(dòng)尋跡行駛，并且能夠利用紅外傳感器檢測(cè)道路上的障礙，控制電動(dòng)小汽車的自動(dòng)避障、尋光及自動(dòng)停車，停車后顯示里程、時(shí)間。宿州學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）功能概述和方案設(shè)計(jì)21.功能概述和方案設(shè)計(jì)1.1功能概述圖1-1行駛路線示意圖本系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)智能電動(dòng)車，其行駛路線示意圖如圖1-1所示：電動(dòng)車從起跑線出發(fā)，沿寬度為2cm的黑色引導(dǎo)線到達(dá)B點(diǎn)，然后進(jìn)入“彎道區(qū)”，沿圓弧引導(dǎo)線到達(dá)C點(diǎn)。電動(dòng)車在光源的引導(dǎo)下，通過障礙區(qū)進(jìn)入停車區(qū)并到達(dá)車庫。電動(dòng)車必須在兩個(gè)障礙物之間通過且不得與其接觸，完成上述任務(wù)后立即停車。圖1-2為系統(tǒng)總體框圖：圖1-2系統(tǒng)總體框圖紅外傳感器（避障）紅外對(duì)管（線路跟蹤）光敏傳感器（尋找光源）單片機(jī)（89C52）電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路2只電機(jī)A/DLCD電源電路宿州學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）功能概述和方案設(shè)計(jì)31.2方案設(shè)計(jì)1.2.1電動(dòng)車車體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的車體，是在已有玩具電動(dòng)車的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改裝。購買的玩具電動(dòng)車具有組裝完整的車架車輪、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路。玩具電動(dòng)車具有如下特點(diǎn)：一是各傳感器安裝方便，二是雙電機(jī)控制，這樣電動(dòng)車就可以進(jìn)行原地90-180度的轉(zhuǎn)彎。1.2.2中央處理模塊控制器本系統(tǒng)使用的是AT89C52芯片，AT89C52屬于51單片機(jī)系列，它是ATMEL公司生產(chǎn)的。AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。1.2.3電源穩(wěn)壓模塊電源是整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定工作的前提，因此必須有一個(gè)合理的電源設(shè)計(jì)，對(duì)于小車來說電源設(shè)計(jì)應(yīng)注意兩點(diǎn)：（1）與一般的穩(wěn)壓電源不同，電動(dòng)車的電池電壓為四節(jié)干電池6V，還要考慮在電池?fù)p耗的情況下電壓的降低，因此常用的78系列穩(wěn)壓芯片不再能夠滿足要求，因此必須采用低壓差的穩(wěn)壓芯片，設(shè)計(jì)中我們使用的是LM2940穩(wěn)壓芯片。LM2940系列是輸出電壓固定的低壓差三端端穩(wěn)壓器；輸出電壓有5V、8V、10V多種；最大輸出電流1A；輸出電流1A時(shí)，最小輸入輸出電壓差小于0.8V；最大輸入電壓26V；工作溫度-40+125；內(nèi)含靜態(tài)電流降低電路、電流限制、過熱保護(hù)、電池反接和反插入保護(hù)電路。同時(shí)LM2940價(jià)格適中而且較容易購買，非常適合在本設(shè)計(jì)中使用。（2）單片機(jī)必須與大電流器件分開供電，避免大電流器件對(duì)單片機(jī)進(jìn)行干擾，影響單片機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。1.2.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊宿州學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）功能概述和方案設(shè)計(jì)4由于單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力不足，無法驅(qū)動(dòng)像電機(jī)這樣的大功率外部器件，因此必須外加驅(qū)動(dòng)電路。電機(jī)常用的驅(qū)動(dòng)芯片很多，在本設(shè)計(jì)中選用了硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)效率較高的L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。1.2.5車速檢測(cè)模塊對(duì)于小車的車速檢測(cè)及距離確定的一般原理是這樣的：小車的行駛過程是一個(gè)連續(xù)的時(shí)間過程，它的時(shí)間、路程、速度都是連續(xù)的。我們用t表示時(shí)間，S表示路程，表示瞬時(shí)速度，那么它們的數(shù)學(xué)定義為：svdt，dsvdt，小車的平均速度為：svt。將上面的式子離散化，假設(shè)在一個(gè)很短的時(shí)間t內(nèi)小車行駛了S的路程，則小車的即時(shí)速度NSLm。直接得到小車的速度的傳感器很難實(shí)現(xiàn)，但是小車行駛的距離是容易測(cè)量的，因?yàn)檐囕喸谛旭偟倪^程中一直在旋轉(zhuǎn)。假設(shè)車輪的周長(zhǎng)為L(zhǎng)，在時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)了N圈，則小車行駛的距離為：SNL。在實(shí)際過程中，我們需要把車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，就是使用速度傳感器得到脈沖信號(hào)。如果小車轉(zhuǎn)動(dòng)一周得到一個(gè)信號(hào)，則很