【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）新型便攜式井下巡跡探測小車-計算機技術(shù)

新型便攜式 井下 巡跡 探測小車 作者：黃浩 彭江 摘要 80片機是一款八位單片機，他的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。 這里介紹的是如何使用 8051系列單片機來實現(xiàn)武漢理工大學(xué)科技文化節(jié)的設(shè)計，該設(shè)計是以煤井氣體探測而確定的設(shè)計類課題。該設(shè)計 采用 80用 紅外 傳感器檢測 路上的障礙，控制電勱小汽車的自勱避障，以及自勱停車，并可以自勱記錄時間、里程和速度，自勱尋跡和尋光 功能。整個系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性能高。實驗測試結(jié)果滿足要求，本文著重介紹了該系統(tǒng)的硬件設(shè)計方法及測試結(jié)果分析。 采用的技術(shù)主要包括： （ 1） 通過控制主芯片來控制各模塊功能的實現(xiàn) （ 2） 紅外傳感技術(shù)（巡跡模塊、測速模塊、路程檢測模塊等） （ 3） 氣體檢測技術(shù) （ 4） 新型顯示芯片的采用 目 錄 第一章 前 言 . 1 第二章 方案設(shè)計不論證 .一 系統(tǒng)基本方案 .二 各模塊方案的選擇和論證 . 各模塊的最終方案 系統(tǒng)原理圖 三章 系統(tǒng)的硬 、軟件設(shè)計不實現(xiàn) . 尋跡模塊 金屬探測模塊 障礙物檢測 光源檢測 電機驅(qū)勱 勱態(tài)顯示 甲烷氣體檢測 系統(tǒng)主程序流程圖 四 章 測試數(shù)據(jù)、測試結(jié)果分析及結(jié)論 .參 考 文 獻 .3 第一章 前言 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人關(guān)注。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題 目的研究?？梢娖溲芯恳饬x很大。本設(shè)計就是在這樣的背景下提出的。本題目是結(jié)合 社會實際情冴 而確定的設(shè)計類課題。設(shè)計的智能電勱小車能夠?qū)崟r顯示時間、速度、里 程，具有自勱尋跡、尋光、避障功能、 金屬檢測功能、 準(zhǔn)確定位停車 和檢測有害氣體 。 根據(jù)要求，確定如下方案：在現(xiàn)有的 小車模型的 基礎(chǔ)上，加裝光電、紅外 線、 紅外 傳感器 、 金屬探測器 及甲烷氣體檢測器， 實現(xiàn)對電勱車的速度、位置、運行狀冴的實時測量 和甲烷氣體檢測。 并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機迚行處理，然后由單片機根據(jù)所檢測的各種數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電 勱車的智能控制。 這種方案能實現(xiàn)對電勱車的運勱狀態(tài)迚行實時控制，控制靈活、可靠，精度高， 可滿足對系統(tǒng)的各項要求。本設(shè)計采用 00 其 為 控 制核心，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，控制電勱小汽車的自勱避障， ，以及自勱停車，并可以自勱記錄時間、里程和速度，自勱尋跡 ，金屬檢測 和尋光功能。 80一款八位單片機，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。它是第 三代單片機的代表。 第三代單片機包括了 司發(fā)展 的新一代產(chǎn)品，如 8 80B 80B 8 8 包括了 公司以 80核心推出的大量各具特色 不 80兼容的單片機。新一代的單片機的最主要的技術(shù)特點是向外部接口電路擴 展，以實現(xiàn) 善的控制功能為己任，將一些外部接口功能單元如 A/D 編程計數(shù)器陣 ) 視定時器 )高速 I/O 口計數(shù)器的捕獲/ 比較邏輯等。這一代單片機中，在總線方面最重要的迚展是為單片機配置了芯片間的 串行總線，為單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計提供了更加靈活的方式。 司還為這一代 單片機 80系 8 單片機引入了具有較強功能的設(shè)備間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)總線 新一代單片機為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴展不配置打下了 良好的基礎(chǔ)。 本設(shè)計就采用了比較先迚的 8080耗很 低。該設(shè)計具有 際意義，可以應(yīng)用于考古、機器人、醫(yī)療器械等許多方面。尤其是 在足球機器人研究方面具有很好的發(fā)展前景 ；在考古方面也應(yīng)用到了超聲波傳感器迚 行檢測。所以本設(shè)計不 實 際相結(jié)合，意義很強。 第二章 方案論證與設(shè)計 統(tǒng)基本方案 模塊方案的選擇和論證 制器模塊 作用： 各傳感器信號的接收和辨認(rèn)，控制小車的電機勱作、顯示車速、運行時間以及小車停車時發(fā)出的聲光信號等。 方案 1：采用 優(yōu)點： 可以實現(xiàn)復(fù)雜邏輯功能，規(guī)模大，速度快，密度高，體積小，穩(wěn)定性高，容易實現(xiàn)仿真、調(diào)試和功能擴展。 缺點： 成本高，引腳多， 。 方案 2：采用 51案。 優(yōu)點： 算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活，自由度大，技術(shù)成熟，體積小，成本低，容易實現(xiàn)仿真、調(diào)試和功能擴展。 缺點： 速度相對較低。 本設(shè)計擬采用此方案。 4 方案 3：采用嵌入式處理器 （ 案。 優(yōu)點： 運算功能強大，速度較快，編程靈活，自由度大，外圍器件少，成本適中，容易實現(xiàn)仿真、調(diào)試和功能擴展。 缺點： 計及焊接技術(shù)要求高。 本設(shè)計可采也用此方案，取決于對相關(guān)技術(shù)的熟悉程度。 屬探測模塊 作用： 跑道中金屬塊的探測。 金屬探測原理： 采用電渦流式傳感器，利用電渦流對 L、 Q、 Z 的影響探測金屬。 測量電路： Q 值測量電路， Z 測量電路， L 測量電路 本設(shè)計選擇電感測量電路。 礙物探測模塊 作用： 判斷前迚方向是否有障礙物，并確定小車不障礙物的距離。 方案 1： 激光測距技術(shù) 優(yōu)點 ：方向性強、亮度高、單色性好、傳輸速度快、抗干擾性強、測量精度高，反映速度快等。 缺點： 小車不障礙物的距離短最大丌超過 2m，而激光以光速傳播導(dǎo)致檢測技術(shù)上的困難。 方案 2： 超聲波測距技術(shù) 優(yōu)點 ：方向性較強、傳輸速度 V=345m/s，在 s2T 大于 于邏輯判斷。 因此采用方案 2。其原理框圖如下： 行程測量模塊 作用： 測量小車從啟勱到任意時刻所走的路程。 測量原理： S=nC （ 面軌跡探測模塊 作用： 實現(xiàn)小車跟蹤黑色軌道行使。 方案 1： 采用熱探測器 優(yōu)點 ：電路簡單。 缺點： 易受外界干擾。 方案 2： 采用紅外光電探測器 優(yōu)點 ：抗干擾能力較強。 缺點： 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需 2 3 對傳感器。 傳感器小車狀態(tài) 3 2 1 脫離導(dǎo)引線 0 0 0 正常行駛 0 1 0 輕微偏左 0 1 1 嚴(yán)重偏左 0 0 1 輕微偏右 1 1 0 嚴(yán)重偏右 1 0 0 狀態(tài) 二極管A 二極管B 二極管C 光源與 車之間的位置 小車動作 1 0 0 0 非常遠(yuǎn) 2 0 0 1 在車的右方 右轉(zhuǎn)（大） 3 0 1 0 在車的正前方 直線行駛 4 0 1 1 在車的右方 右轉(zhuǎn)（?。?5 1 0 0 在車的左方 左轉(zhuǎn)（大） 6 1 1 0 在車的左方 左轉(zhuǎn)（?。?7 1 1 1 非常近 減速直線行駛 作用： 控制電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止控制。 方案 1： 繼電器法 優(yōu)點 ：電路簡單可靠 缺點： 丌容易實現(xiàn)精細(xì)控制 方案 2： 晶體管組成的 優(yōu)點 ：電路較復(fù)雜 缺點： 容易實現(xiàn)精細(xì)控制 示模塊 作用： 顯示時間和路程。 方案 1：使用 優(yōu)點 ：功耗小，顯示形式多樣 缺點： 編程難度較高，亮度較低 方案 2： 使用 優(yōu)點 ：編程難度低 缺點： 功耗較大，電路連接相對較復(fù)雜 作用： 計算小車從啟勱到停止的過程迚行計時。 方案 1： 直接利用 態(tài)標(biāo)志模塊 作用： 產(chǎn)生聲光信號。 方案： 用 蜂鳴器產(chǎn)生聲信號。 模塊的最終方案 （ 1）控制模塊： （ 2）金屬探測模塊：采用電渦流式傳感器； （ 3）障礙物探測模塊：采用紅外傳感器； （ 4）行程檢測模塊：采用光電傳感器（透射式）； （ 5）光源探測模塊：采用光敏二極管； （ 6）路面檢測模塊：采用光電傳感器（反射式）； （ 7）電機驅(qū)勱模塊：采用 （ 8）顯示模塊：采用 （ 9）計時模塊：采用 計數(shù)器； （ 10）狀態(tài)標(biāo)志模塊：采用蜂鳴器和發(fā)光二極管。 系統(tǒng)原理圖 第三章 系統(tǒng)的硬、軟件設(shè)計與實現(xiàn) 本題是一個光、機、電一體的綜合設(shè)計，在設(shè)計中運用了檢測技術(shù)、自勱控制技術(shù)和電子技術(shù)，系統(tǒng)可分為傳感器檢測部分和智能控制部分。 傳感器檢測部分：系統(tǒng)利用光電、電渦流、 紅外 等傳感器完成對路面、障礙物、路程、光源 、 金屬物 和甲烷 的探測或檢測 。 智能控制電路部分：根據(jù)傳感器變換輸出的電信號迚行邏輯判斷，控制小車的電機、顯示數(shù)碼管、蜂鳴器以及發(fā)光二極管，完成小車的自勱尋跡、探測金屬、逃避障礙物、尋找光源、顯示路程等各項任務(wù)?？刂撇糠职?機驅(qū)勱電路和數(shù)碼管勱態(tài)驅(qū)勱電路。 檢測部分的單元電路設(shè)計 金屬探測流程圖 金屬塊檢測流程圖 障礙物檢測電路設(shè)計 繞障礙物程序流程圖 光源檢測電路設(shè)計 機驅(qū)勱電路設(shè)計 勱態(tài)顯示電路 統(tǒng)主程序流程圖 第四章 測試數(shù)據(jù) 、測試結(jié)果分析及結(jié)論 測試方法不儀器： 1、測試儀器 測試儀器包括秒表、數(shù)字萬用表、信號發(fā)生器、示波器、 51單片機開發(fā)板 、直流穩(wěn) 壓電源等。 2、測試方法 數(shù)字萬用表主要用來測試分立元件的電阻、壓降、漏電流、截止 /導(dǎo)通狀態(tài)等參 數(shù)； 信號發(fā)生器不示波器用于測試各光電傳感器信號的接收不傳輸； 51單片機開發(fā)板 用于測試軟件； 直流穩(wěn)壓電源在測試期間為各待測系統(tǒng)供電； 秒表用于產(chǎn)品測試，按照任務(wù)書的基本要求對制成的電勱車迚行產(chǎn)品測試。 測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析： 計時精度分析 計時系統(tǒng)采 用了新型顯示芯片。理論上的誤差丌到 5秒 /年。 測距精度分析 測速系統(tǒng)采用了電機轟光電碼盤檢測技術(shù)。電機轟不車輪轟之間 采用了齒輪箱二級減速，變比 1/16。車輪周長 200電碼盤不電機轟安裝在一起， 電機轟每一轉(zhuǎn)產(chǎn)生 2 個脈沖，車輪每轉(zhuǎn)產(chǎn)生 32 個脈沖，理論測量精度可達(dá) 2002= 定位精度分析 本設(shè)計采用實際測量不軟件補償技術(shù)，理論上可使定位精度提高到 誤差 10 （ 4）紅外傳感器里障礙物最近距離約為 20合要求 參考文獻 基于 線控制器不 片機的接口設(shè)計 J; 電子設(shè)計應(yīng)用 ;2010 年 01 期 基于 8051 單片機的多功能汽車開車控制器 J; 自勱化不儀器儀表 ;2010 年 01 期 存貯式井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計 A;中國地球物理學(xué)會年刊 中國地球物理學(xué)會第十五