基于無線控制的智能小車系統(tǒng)的設計畢業(yè)設計1

1、基于無線控制的智能小車摘 要：本文針對基于無線控制的智能小車的設計和研究，首先對系統(tǒng)的總體設計加以介紹，概括了智能小車的主要作用及其工作模式，并介紹了智能小車的主要元器件；然后詳細介紹了系統(tǒng)的硬件以及軟件設計，硬件方面，重點研究了溫度采集模塊、紅外避障模塊和無線收發(fā)模塊，軟件方面詳細講解了上位機人機交互界面的設計、避障設計以及無線通信的數(shù)據(jù)處理；最后，總結了系統(tǒng)測試結果并對本設計的發(fā)展前景做了概述。關鍵詞：單片機；上位機；紅外線；避障；溫度檢測；無線通信the intelligent car based on wireless controlabstract: in this paper, t

2、he overall description of the smart car, which is base on the wireless control, is introduced its design and research. first introduced is the overall design of the system, and describes the major function, operating mode and the main components of the smart car; then analyses the systems hardware a

3、nd software design in detail. hardware side, the focus is on the temperature acquisition module, infrared obstacle avoidance module and wireless transceiver module; the software has a detailed account of the host-computer interactive interface design, the design of the obstacle avoidance and wireles

4、s communications data processing; finally summaries up the test results of this system and has an overview of the prospects for the development of this design.keywords: mcu; upper computer; infrared ray; obstacle avoidance; temperature detection; wireless communication1. 緒論1.1課題的背景及意義1.1.1課題背景未來是充滿科

5、學技術的新時代，而智能化1正是科學技術的重要體現(xiàn)。在一定程度上，智能化的發(fā)展能夠帶動一些相關領域的發(fā)展。因此，智能化將是新世紀的一個重要前進方向。隨著科學技術的不斷發(fā)展，應運而生的是各種機器人的更新?lián)Q代。至今，機器人從示教型機器人，發(fā)展到可離線編程的工業(yè)機器人，再到如今的智能機器人。機器人的發(fā)展步伐不斷加快。從上個世紀六十年代起，關于機器人的移動問題，人類做了很多研究設計。主要有以下幾方面：1) 機器人移動方式；2) 機器人驅動控制方式；3) 機器人行走的路徑規(guī)劃。從機器人移動方式方面來分類，主要有模擬人類行走的腿式機器人、有模擬坦克的履式機器人、以及模擬汽車行駛的輪式機器人。作為輪式機器人，

6、智能小車是智能系統(tǒng)23的一個典型代表，它綜合了自動控制技術、驅動技術、傳感器技術和信息處理技術等多學科知識，具有實用性強和應用范圍廣的特點。隨著技術的發(fā)展，智能小車4的應用范圍在不斷擴大，遍及工業(yè)、搶險救災、海洋開發(fā)、宇宙空間以及人類生活的各個方面，對人類生活產生巨大影響。1.1.2研究意義智能技術改變了人類的社會生活，對人類生活生產方式產生了巨大影響。近年來，隨著人類社會現(xiàn)代化的步伐不斷加快，人類迫切需求更多智能化產品的出現(xiàn)，以改善人類現(xiàn)有的生活和生產方式。進一步提高生活質量，提升生產效率。智能小車的出現(xiàn)從實際上改變了工業(yè)生產面貌，使人類生產從手工化逐步過渡到機械化、智能化。智能小車，能夠適

7、應各種惡劣環(huán)境，通過遠程控制的方式，可以在完全不需要人類實際參與的情況下，安裝預期目標完成作業(yè)。本課題所研究的智能小車，可以應用到多個領域如糧庫檢測，礦下探測，危險未知區(qū)域的信息采集等。這里以信息采集為例，主要采集溫度信息。運用智能小車，可以減少勞動力、提高工作效率并避免一些安全事故。1.2 基于無線控制的智能小車系統(tǒng)概述1.2.1基于無線控制的智能小車系統(tǒng)組成本系統(tǒng)主要組成部分包括：上位機、單片機、電機驅動、溫度采集、紅外避障等部分。其總體框架見圖1。圖1 系統(tǒng)總體框架圖1) 電機驅動模塊該模塊主要完成小車驅動功能。根據(jù)接受到的單片機控制信號，變動輸出電平，控制電機轉向，從而實現(xiàn)對小車運動的

8、控制。2) 溫度采集模塊該模塊主要負責采集溫度，并將轉換后的溫度信息傳給單片機，進行溫度顯示和傳輸。3) 紅外避障模塊此模塊主要功能是是小車在行駛過程中避開障礙物。通過檢測小車前方的障礙物，并將檢測信息發(fā)送給單片機，從而控制小車轉向，達到避障效果。4) 單片機模塊這是系統(tǒng)下位機的核心模塊。它能接受上位機的信息，控制小車的行駛。同時，將檢測到的信息反饋給上位機，進行實時顯示。5) 上位機模塊此模塊是主要功能是對小車進行遠程控制，并接受小車反饋的信息，進行實時顯示。1.2.2基于無線控制的智能小車系統(tǒng)特點本系統(tǒng)融合了信息采集、無線傳輸、遠程控制等技術，設計出了無線控制的智能小車。該系統(tǒng)成本低，實用

9、性強，具有廣泛的應用前景。1.3本課題主要研究內容本課題的主要研究內容包括: (1)小車的硬件設計。主要介紹小車所選取的硬件及其功能和詳細參數(shù)。在下位機控制方面，以stc89c52單片機作為控制中心。此外，還介紹了避障模塊、信息采集模塊、小車驅動模塊的硬件設計。(2)避障設計。采用紅外傳感器5來識別障礙物。利用紅外避障，對近距離障礙物反應靈敏，障礙物感應距離可以調節(jié)，而且不會有造成信號干擾。當遇到障礙物時，能夠很快發(fā)出低電平信號，傳送給單片機，控制小車轉向，到達避障目的。(3)無線通信67。整個系統(tǒng)由上位機和下位機組成，上位機和下位機的信息交流是通過無線形式的方式進行的。上位機要控制小車，必須

10、通過無線形式發(fā)送控制命令，小車要發(fā)送溫度信息到上位機也必須通過無線信息。因此，實現(xiàn)無線通信時系統(tǒng)控制實現(xiàn)的關鍵。通過無線收發(fā)模塊，可以實現(xiàn)信息的無線發(fā)送和接受，只要按照預先設定好的通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，就能實現(xiàn)上位機和下位機的信息交換。(4)人機交互界面。小車是通過pc終端來控制的，要想讓小車按照人的意愿進行運行，就要設置好人與計算機的信息交流。通過labview8編程環(huán)境，建立人機交互界面，實現(xiàn)這一功能。(5)進行實車實驗，對小車進行調試。2系統(tǒng)硬件電路的設計2.1系統(tǒng)總體設計本系統(tǒng)以小車模型為平臺，通過控制小車的運動，讓小車到達預期的目的地，從而對該地區(qū)進行信息采集，并將采集到的信息以無線

11、傳輸?shù)姆绞剑l(fā)送到pc終端。小車可四輪獨立驅動，車體上搭載有51單片機最小系統(tǒng)910、溫度傳感器、紅外避障模塊、電機驅動模塊以及無線收發(fā)模塊。系統(tǒng)可分為兩種工作模式：（1）遠程控制模式該模式下，pc終端通過無線發(fā)送模塊，將對小車的控制信息發(fā)送給小車，小車通過無線接受模塊接受到信息后，按照收到的運動信號運動到目的地，小車行駛的同時，進行采集信息，并通過無線發(fā)送模塊將信息回發(fā)給pc終端。 （2）自動模式選擇自動模式后，小車的運動將不會受到pc終端的控制，小車將以51單片機最小系統(tǒng)為“大腦”，進行自行運動。在該模式下，小車能夠自行的向前運動，由于車體上搭載有紅外避障模塊，小車可以隨時檢測障礙物。當遇

12、到障礙物時，紅外避障傳感器能夠檢測到障礙物具體位置，并將障礙物位置信息傳送給小車“大腦”，單片機按照給定程序進行分析判斷，控制小車轉向，從而避開障礙物。與此同時，小車不斷采集信息，并將采集到得信息通過無線發(fā)送模塊，發(fā)給pc終端?？傮w方案設計如圖2圖2 系統(tǒng)總體方案圖本課題采用zk-4wd小車模型，為競技比賽常用車型。該模型主要包括四個輪子、四個電機、一個底盤。小車模型如圖3圖3 zk-4wd小車模型圖zk-4wd小車模型有以下幾個優(yōu)點：1) 機械結構簡單，非常方便安裝。2) 采用四個減速直流電機轉彎靈活，方向性好。四輪電機驅動，馬力實足，使在斜坡、凹凸不平的路面上也能夠行駛。3) 小車自帶測速

13、碼盤，可以迅速組成一套測速系統(tǒng)?？梢詼y速，測距。4) 底盤大而穩(wěn)，并且有很多小孔，可直接安裝其他模塊，非常容易擴展。5) 車體幾乎全為塑料，質量很輕，而且車體較小。整體輕便小巧，運動靈活，方便控制，對電量損耗小，能夠持久工作。2.2電源模塊本系統(tǒng)采用可充電電池為電源，保證系統(tǒng)正常工作。小車模型系統(tǒng)中，需要供電的模塊有：電機及其驅動模塊、溫度傳感器模塊、單片機最小系統(tǒng)模塊、紅外避障模塊、無線收發(fā)模塊。整個系統(tǒng)由全部硬件電路的電源由6v、1300ma的可充電鎳鎘電池提供。各個硬件所需電源最終都由電池供電，其中由于各個硬件所需電源參數(shù)不同，所以需要經過電機驅動模塊進行轉換后才能使用。在本系統(tǒng)中，電機

14、驅動模塊的電源是直接取自電池，而電機模塊，溫度傳感器模塊，紅外避障模塊，以及單片機都是經過電機驅動模塊將電壓轉換才能供電。整個電源模塊的電路結構如圖4所示圖4 電源模塊的電路結構2.3 電機及其驅動模塊2.3.1電機模塊小車的運動時靠直流電機11來實現(xiàn)的，通過控制直流電機的轉動方向來控制小車的運動方向。直流電機的工作原理是直流電機里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過轉子上的線圈產生洛倫茲力，當轉子上的線圈與磁場平行時，再繼續(xù)轉受到的磁場方向將改變，因此此時轉子末端的電刷跟轉換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產生的洛倫茲力方向不變，所以電機能保持一個方向轉動。當流入電機的直流電流方向改變時，相

15、應地電機轉向也改變。本課題采用的是小型直流電機，其額定電壓為3v6v，空載時轉速為100240轉/分，額定電流100120ma。電機的具體參數(shù)如表1。表1 電機參數(shù)屬性參數(shù)工作電壓dc 3vdc 5vdc 6v工作電流100ma100ma120ma空載100轉/分190轉/分240轉/分空載速度20轉/分39轉/分48轉/分輪胎直徑6.6cm重量50kg外形尺寸70mm*22mm*18mm噪聲0;i-)dq = 0; dat=1;dq = 1; if(dq)dat|=0x80;delay(4);return(dat);void writeonechar(unsigned char dat)/寫

16、一個字節(jié)unsigned char i=0;for (i=8; i0; i-)dq = 0;dq = dat&0x01;delay(5);dq = 1;dat=1;unsigned int readtemperature(void)/讀取溫度unsigned char a=0;unsigned char b=0;unsigned int t=0;float tt=0;init_ds18b20();writeonechar(0xcc); / 跳過讀序號列號的操作writeonechar(0x44); / 啟動溫度轉換init_ds18b20();writeonechar(0xcc); /跳過讀序

17、號列號的操作writeonechar(0xbe); /讀取溫度寄存器a=readonechar(); /讀低8位b=readonechar(); /讀高8位t=b;t0 & point=3) /判斷是否接收夠4bit receive_bufferpoint+=receive_temp; else if (point=4) /判斷是否接收夠4bit if(receive_temp=#) receive_data0=receive_buffer3; if(receive_buffer1=y & receive_buffer2=c) car_mode=1; /遠程控制模式 if(receive_bu

18、ffer1=z & receive_buffer2=d) car_mode=2; /自動滅火模式 point=0; else point=0; else point=0; /緩沖區(qū)已滿,清除緩沖區(qū)內數(shù)據(jù),重新接收 /*串口發(fā)送一個數(shù)字*/void send_int(int txd) sbuf = txd;while(!ti);/ 等特數(shù)據(jù)傳送ti = 0;/ 清除數(shù)據(jù)傳送標志/*串口發(fā)送一個字符*/void send_char(unsigned char txd) sbuf = txd;while(!ti);/ 等特數(shù)據(jù)傳送ti = 0;/ 清除數(shù)據(jù)傳送標志/*串口發(fā)送字符串*/void se

19、nd_str(unsigned char str)unsigned char i = 0;while(stri != 0)sbuf = stri;while(!ti);/ 等特數(shù)據(jù)傳送ti = 0;/ 清除數(shù)據(jù)傳送標志i+;/ 下一個字符3.3通信及其協(xié)議24作為無線通信，需要其自己的通信協(xié)議，只有收發(fā)雙方都遵循同樣的通信協(xié)議，彼此才能進行交換信息。本系統(tǒng)采用的通信協(xié)議為“一位起始符+n位傳輸數(shù)據(jù)+一位終止符”模式。數(shù)據(jù)格式如表9。表9 數(shù)據(jù)格式起始符（一位）傳輸數(shù)據(jù)(n位)終止符（一位）.#數(shù)據(jù)傳輸時，接受到數(shù)據(jù)的設備先進行判斷，若第一位數(shù)據(jù)位“”符號，則認定為有效數(shù)據(jù)，并接受其后面的數(shù)據(jù)，

20、直到收到“#”后，在認定為數(shù)有效據(jù)接受已經結束，設備停止接受數(shù)據(jù)。4 系統(tǒng)測試4.1 系統(tǒng)難點與創(chuàng)新在整個系統(tǒng)設計中，存在一些難點。主要有溫度信息無線傳送的實現(xiàn)、串口通信協(xié)議的制定、上位機的實現(xiàn)。溫度測量的傳統(tǒng)方法采集的溫度范圍小，并且遠距離傳輸時會有較大的誤差。所以，本系統(tǒng)采用數(shù)字式溫度傳感器dsl8820，通過無線發(fā)送接收模塊將采集到的溫度信息傳輸?shù)絧c終端，進行實時顯示，減小了溫度的誤差率。在通信協(xié)議方面，如果沒有預先規(guī)定協(xié)議標準，則上下位機的數(shù)據(jù)將無法進行識別和交換。本課題制定了完整的通信協(xié)議，對每一個數(shù)據(jù)都加上起始字符和終止字符，使上下位機能夠準確識別并接受有用數(shù)據(jù)，成功解決了通信協(xié)

21、議問題。在上位機方面，本課題使用labview開發(fā)平臺，運用其獨有的“g”語言（圖形化語言）編輯程序，實現(xiàn)人機交互界面的制作，完成溫度信息的上位機顯示和上位機對小車的控制。在創(chuàng)新方面，主要包括以下幾點：1) 將信息采集、無線傳輸、遠程控制等多種信息技術相互融合，使小車實用性更強，應用范圍更廣。2) 利用紅外線的反射性質，檢測障礙物，具有靈敏度高、反應快等優(yōu)點。3) 上位機使用labview編程環(huán)境，實現(xiàn)人機交互界面的制作。其的圖形化編譯語言方便簡單，易于操作。4.2測試結果討論針對智能小車的功能，本文做了如下幾方面的調試：1) 小車避障調試利用紅外傳感器，在遇到障礙物時，小車能調轉方向，避開障

22、礙物。避障功能正常。2) 遠程控制調試使用apc220-43無線收發(fā)模塊，當按下控制按鈕后，小車能根據(jù)接收到的信號，進行行駛。遠程控制功能正常。3) 溫度實時顯示調試最后溫度顯示方面，在自動模式和遠程模式下，小車均能將采集到的溫度信息發(fā)送到上位機處并顯示出來，至此，整個系統(tǒng)功能正常。結論與展望本文設計出一種基于無線傳輸技術的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)25，通過無線發(fā)送接收模塊將采集到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C處進行顯示。應用傳感技術、控制技術以及無線收發(fā)技術，實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集和無線傳輸。本系統(tǒng)性能穩(wěn)定，可靠性高，抗干擾能力強，實用性強。但是，對該系統(tǒng)的任然存在問題。比如無線信號傳輸距離短，容易受

23、干擾，穿越障礙物能力低。溫度傳感器的測溫范圍無法進一步提高。因此，本系統(tǒng)還處在實驗階段。隨著智能化技術的不斷發(fā)展，智能小車的涉及領域將不斷擴大，智能小車也將在多方面影響人類的生活。參考文獻1 蔡自興，徐光偌人工智能及其應用北京：清華大學出版社，20032 陳懂，劉蓉，金世俊智能小車的多傳感器數(shù)據(jù)融合現(xiàn)代電子技術(電子元器件)，2005，(6)：23-253 卓晴、黃開勝、邵貝貝等學做智能車m.北京：北京航空航天出版社，20074 高月華基于紅外光電傳感器的智能車自動尋跡系統(tǒng)設計光電技術應用，2009，30(1)：134-137.5 王航宇基于紅外傳感器路徑識別的小車設計研究與開發(fā)，2008，2

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27、，正是由于陳老師的默默關心和無私幫助，本論文才能得以順利完成。從畢業(yè)設計的選題、制作，資料的收集，以及論文的修改，陳老師都給了我無私的關懷。在本文的工作期間，導師寬廣的見識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，敏銳的洞察力讓我受益頗深。在此，我特向陳老師致以最衷心的感謝和最崇高的敬意。其次，我要感謝我們專業(yè)所有老師，正是你們的辛勤付出和諄諄教誨，才讓我掌握了專業(yè)知識，并順利完成了學業(yè)。最后，我要感謝陪我一起度過大學時光的同學們，因為你們，我的大學生活才那么多姿多彩，那么難忘和美好，謝謝你們。附錄附錄1系統(tǒng)整體框圖附錄2實物圖附錄3下位機主程序#include#include#include #define uch

28、ar unsigned char#define uint unsigned int/*led口*/sbit p0_0=p00;sbit p0_1=p01;sbit p0_2=p02;sbit p0_3=p03;sbit p0_4=p04;sbit p0_5=p05;sbit p0_6=p06;sbit p0_7=p07;/*電機驅動口*/sbit p1_0=p10;sbit p1_1=p11;sbit p1_2=p12;sbit p1_3=p13;sbit p1_4=p14;sbit p1_5=p15;sbit p1_6=p16;sbit p1_7=p17;sbit dq = p22; /定義端口dq,dq為溫度傳感器18b20的數(shù)字信號傳輸口/*數(shù)碼管位選口*/sbit led1 =p24; sbit led2 =p25; /溫度十位sbit led3 =p26; /溫度個位sbit led4 =p27; /溫度小數(shù)位/*數(shù)紅外傳感器檢測口*/sbit p3_5=p