智能小車畢業(yè)設(shè)計答辯課件

1、 智能循跡小車畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計之學(xué)院：信息技術(shù)學(xué)院專業(yè)：電子信息工程指導(dǎo)老師：報告人：第二章 硬件電路設(shè)計第一章 設(shè)計概述 目錄 引 言第三章 軟件設(shè)計第四章 測試及結(jié)論 致 謝引言課題背景課題研究意義無容置疑，機(jī)電一體化人才的培養(yǎng)不論是在國外還是國內(nèi)，都開始重視起來，主要表現(xiàn)在大學(xué)生的各種大型的創(chuàng)新比賽，比如：亞洲廣播電視聯(lián)盟亞太地區(qū)機(jī)器人大賽（ABU ROBCON）、全國大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽等眾多重要競賽都能很好的培養(yǎng)大學(xué)生對于機(jī)電一體化的興趣與強(qiáng)化機(jī)電一體化的相關(guān)知識。但很現(xiàn)實的狀況是，國內(nèi)不論是在機(jī)械還是電氣領(lǐng)域，與國外的差距還是很明顯的，所以作為機(jī)電一體化學(xué)生，必須加倍

2、努力，為逐步趕上國外先進(jìn)水平并超過之而努力。為了適應(yīng)機(jī)電一體化的發(fā)展在汽車智能化方向的發(fā)展要求，提出簡易智能小車的構(gòu)想，目的在于：通過獨(dú)立設(shè)計并制作一輛具有簡單智能化的簡易小車，獲得項目整體設(shè)計的能力，并掌握多通道多樣化傳感器綜合控制的方法。所以立“智能循跡小車”一題作為嘗試。第一章智能小車概述設(shè)計任務(wù)及要求根據(jù)要求，確定如下設(shè)計方案：甲車車頭緊靠起點(diǎn)標(biāo)志線，乙車車尾緊靠邊界，甲、乙兩輛小車同時起動，先后通過起點(diǎn)標(biāo)志線，在行車道同向而行，實現(xiàn)兩車交替超車領(lǐng)跑功能。跑道如圖所示：設(shè)計概述 1第一章智能小車概述設(shè)計模塊 2 通過對題目的分析，我們把智能小車分解成這幾個模塊，即單片機(jī)主控模塊、電源模

3、塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、紅外傳感模塊、藍(lán)牙通信模塊等幾個部分。模塊框架圖如圖所示：控制模塊循跡探測模塊測距模塊無線通信模塊電源模塊電機(jī)模塊電機(jī)驅(qū)動模塊第一章設(shè)計方案及要求具體實現(xiàn)方案3基本要求（1）甲車和乙車分別從起點(diǎn)標(biāo)志線開始，在行車道各正常行駛一圈。（2）甲、乙兩車按圖跑道圖所示位置同時起動，乙車通過超車標(biāo)志線在超車區(qū)內(nèi)實現(xiàn)超車功能，并先于甲車到達(dá)終點(diǎn)標(biāo)志線，即第一圈實現(xiàn)乙車超過甲車。（3）甲、乙兩車在完成（2）時的行駛時間要盡可能短。發(fā)揮部分（1）在完成基本要求（2）后，甲、乙兩車?yán)^續(xù)行駛第二圈，要求甲車通過超車標(biāo)志線后要實現(xiàn)超車功能，并先于乙車到達(dá)終點(diǎn)標(biāo)志線，即第二圈完成甲車超過乙車，實現(xiàn)交

4、替領(lǐng)跑。甲、乙兩車在第二圈行駛的時間要盡可能的短。（2）甲、乙兩車?yán)^續(xù)行駛第三圈和第四圈，并交替領(lǐng)跑；兩車行駛的時間要盡可能的短。第一章設(shè)計方案及要求第二章主控芯片循跡探測模塊電機(jī)驅(qū)動模塊超聲波測速模塊無線通信模塊最終方案主控芯片 1我所使用的是STC12C5A60S2單片機(jī)， 是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，其指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S),針對電機(jī)控制，強(qiáng)抗干擾能力。圖為單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊圖。第二章主控芯片單片機(jī)最小系

5、統(tǒng)模塊圖第二章循跡探測模塊利用紅外線在不同顏色物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時發(fā)生漫反射，反射光被小車上的接收管接收：如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的接收管收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和小車行走的路線。最后我們采用光電傳感器，其型號就是最普遍的ST188，做為小車的尋跡探測模塊。其電器特性和光電特性如表1和表2所示，其外觀如圖所示。 外觀圖循跡探測模塊 2項目符號數(shù)值單位輸入正向電流IF50Ma反向電壓VR6V耗散功率P75mA輸出集-射電壓Vceo25V射-集電壓Vceo6V集電極

6、功率Pc50mA工作溫度Topr2065儲存溫度Tstg3075表2 光電特性表1 電器特性項目符號測試條件最小典型最大單位輸入正向壓降VfIf=20mA1.251.5V反向電流IrVr=3V10A輸出集電極暗電流IceoVce=20V1A集電極亮電流ILVce=15V If=8mAH10.3mAH20.4mAH30.5mA飽和壓降VceIf=8mA Ic=0.5mA 0.4V第二章電機(jī)驅(qū)動模塊L298N是內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，可以驅(qū)動46V，2A以下電機(jī)，接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號。用該芯片來驅(qū)動電機(jī)，操作起來方便，又穩(wěn)定，輸出電流大，能夠給小車提供較大的速度，且啟動，制

7、動快18。所以我們采用此方案。如圖為L298N的電機(jī)驅(qū)動電路。一個L298N芯片可以驅(qū)動兩個電機(jī)，四個輸入端，四個輸出端，兩個使能端，單片機(jī)輸出PWN給驅(qū)動芯片，從而來控制小車。電機(jī)驅(qū)動模塊 3第二章超聲波測速模塊我們用專用的超聲波測距芯片來控制兩小車的距離，使其在特定的位置控制其距離來保證小車超車的順利完成。如圖所示為超聲波測距的時序圖，先發(fā)出一個觸發(fā)信號，模塊內(nèi)部再循環(huán)發(fā)出高脈沖，被拉成高電平，當(dāng)接收到返回信號時，模塊內(nèi)部被拉低，通過超聲波的波速乘上高電平的一半時間就是小車離前面小車的距離，然后通過程序再對小車進(jìn)行相應(yīng)的控制。超聲測速模塊 4采用HC-05嵌入式藍(lán)牙串口通信，該芯片主從一體

8、，多一個藍(lán)牙通信協(xié)議硬件。通過電腦調(diào)試容易，傳輸?shù)男畔⒘看蟆Ｖ髟O(shè)備只能與從設(shè)備配對連接然后通訊。從設(shè)備可以與主設(shè)備配對連接通訊之外還可以與手機(jī)、電腦的藍(lán)牙適配器、PDA等設(shè)備配對連接然后通訊。如果需要單片機(jī)與單片機(jī)之間通訊，則需要一對藍(lán)牙設(shè)備（1個主設(shè)備+1個從設(shè)備），配對過程是全自動的，不需要人工干預(yù)。串口默認(rèn)波特率為9600，配對密碼：1234，默認(rèn)名稱：BOLUTEK最終我們采用藍(lán)牙來進(jìn)行兩小車之間的通信。我們考慮到藍(lán)牙配對容易，通信受到的干擾較小，比較穩(wěn)定。當(dāng)前面的小車跑到超車區(qū)時，后面的小車到達(dá)超車標(biāo)志線，當(dāng)后面的小車剛好檢測到超車標(biāo)志線的第一根黑線時通過藍(lán)牙給后面的小車發(fā)送指令，使

9、其減速，緩慢向前行駛，當(dāng)后面的小車超過前面的小車通過超車區(qū)后面的第一個轉(zhuǎn)彎標(biāo)志線時再發(fā)出一個藍(lán)牙指令給另一個小車，使其加速。無限通信模塊 5第二章無限通信模塊第二章最終方案（1）電源模塊：LM7805電源穩(wěn)壓芯片（2）控制模塊：STC12C5A60S單片機(jī)（3）循跡探測模塊：ST188光電傳感器（4）測距模塊：超聲波測距（5）電機(jī)模塊：普通直流電機(jī)（6）電機(jī)驅(qū)動模塊：L298N驅(qū)動芯片（7）無線通信模塊：HC-05嵌入式藍(lán)牙（8）車體：三輪車（帶一個萬向輪）最終方案6第三章軟件設(shè)計開始甲乙兩車直行乙車計數(shù)四次檢測起始標(biāo)志并計數(shù)左轉(zhuǎn)內(nèi)循跡甲車外循跡至超車區(qū)，乙車內(nèi)循跡乙車超車結(jié)束線時，甲車啟動中

10、斷返回定時器初始化開定時器中斷運(yùn)行中斷服務(wù)程序有中斷開始結(jié)束a+a=4a=0是否開始主程序流程產(chǎn)生PWM信號流程圖定時器中斷流程圖本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序定時子程序、中斷子程序顯示子程序調(diào)速子程序構(gòu)成。軟件設(shè)計方案第三章第四章測試數(shù)據(jù)及分析結(jié)果圈數(shù)小車行駛時間第一圈38s第二圈40s第三圈38s第四圈40s(1)計時精度分析 計時系統(tǒng)采用了新型顯示芯片。理論上的誤差不到1秒/年。(2)測距精度分析 測速系統(tǒng)采用了電機(jī)軸光電碼盤檢測技術(shù)。電機(jī)軸與車輪軸之間采用了齒輪箱二級減速，變比1/16。車輪周長135mm,光電碼盤與電機(jī)軸安裝在一起，電機(jī)軸每一轉(zhuǎn)產(chǎn)生2個脈沖，車輪每轉(zhuǎn)產(chǎn)生32個脈沖

11、，理論測量精度可達(dá)135mm/32=4.22mm4.5mm (3)定位精度分析 本設(shè)計采用實際測量與軟件補(bǔ)償技術(shù)，理論上可使定位精度提高到誤差10mm。 小車行駛時間統(tǒng)計如右表測試數(shù)據(jù)及分析結(jié)構(gòu) 第四章致謝本科畢業(yè)論文設(shè)計即將結(jié)束之際，我要感謝在這一學(xué)期在畢業(yè)設(shè)計階段所有幫助過我的人們。首先，我要最衷心地感謝的是我的導(dǎo)師譚老師，本文是在譚老師悉心指導(dǎo)下完成的，譚老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、求實的工作態(tài)度使我受益匪淺，更重要的是從譚老師身上學(xué)到了對待任何事情的那種精益求精和一絲不茍的精神和態(tài)度。 在一個學(xué)期的課題研究過程中，譚老師給與了我許多關(guān)心和指導(dǎo)，譚老師認(rèn)真工作的精神、敏銳的洞察力、科學(xué)的工作方法、真誠的性格永遠(yuǎn)是我學(xué)習(xí)的榜樣。我還要