智能電動小車軟件設計
43頁 17000字數+論文說明書+開題報告+4張CAD圖紙【詳情如下】
外文翻譯-- 應用于電氣系統(tǒng)的可編程序控制器.doc
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小車控制系統(tǒng).dwg
小車裝配圖.dwg
智能電動小車軟件設計開題報告.doc
智能電動小車軟件設計說明書.doc
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智能電動小車軟件設計
目錄
第一章 前 言 1
第二章 方案設計與論證 3
一 直流調速系統(tǒng) 3
二 檢測系統(tǒng) 4
三 顯示電路 9
四 系統(tǒng)原理圖 9
第三章 硬件設計 10
一 80C51單片機硬件結構 10
二 最小應用系統(tǒng)設計 11
三 前向通道設計 12
四 后向通道設計 15
五 顯示電路設計 17
第四章 軟件設計 20
一 主程序設計 20
二 顯示子程序設計 24
三 避障子程序設計 25
四 軟件抗干擾技術 26
五 “看門狗”技術 28
六 可編程邏輯器件 29
第五章 測試數據、測試結果分析及結論 30
致 謝 31
參 考 文 獻 32
摘 要
80C51單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。這里介紹的是如何用80C51單片機來實現長春工業(yè)大學的畢業(yè)設計，該設計是結合科研項目而確定的設計類課題。本系統(tǒng)以設計題目的要求為目的，采用80C51單片機為控制核心，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，控制電動小汽車的自動避障，快慢速行駛，以及自動停車，并可以自動記錄時間、里程和速度，自動尋跡和尋光功能。整個系統(tǒng)的電路結構簡單，可靠性能高。實驗測試結果滿足要求，本文著重介紹了該系統(tǒng)的硬件設計方法及測試結果分析
采用的技術主要有：
（1） 通過編程來控制小車的速度；
（2） 傳感器的有效應用；
（3） 新型顯示芯片的采用.
關鍵詞 80C51單片機、光電檢測器、PWM調速、電動小車
Design and create an intelligence electricity motive small car
Abstract
80C51 is a 8 bit single chip computer. Its easily using and multi-function suffer large users. This article introduces the CCUT graduation design with the 80C51 single chip computer. This design combines with scientific research object. This system regards the request of the topic, adopting 80C51 for controlling core, super sonic sensor for test the hinder. It can run in a high and a low speed or stop automatically. It also can record the time, distance and the speed or searching light and mark automatically the electric circuit construction of whole system is simple, the function is dependable. Experiment test result satisfy the request, this text emphasizes introduced the hardware system designs and the result analyze.
The adoption of technique as:
(1) Reduce the speed by program the engine；
(2) Efficient application of the sensor;
(3) The adoption of the new display chip.
Keywords 80C51 single chip computer, light electricity detector, PWM speed adjusting, Electricity motive small car
第一章 前 言
隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關于汽車的研究也就越來越受人關注。全國電子大賽和省內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。本設計就是在這樣的背景下提出的，指導教師已經有充分的準備。本題目是結合科研項目而確定的設計類課題。設計的智能電動小車應該能夠實時顯示時間、速度、里程，具有自動尋跡、尋光、避障功能，可程控行駛速度、準確定位停車。
根據題目的要求，確定如下方案：在現有玩具電動車的基礎上，加裝光電、紅外線、超聲波傳感器及金屬探測器，實現對電動車的速度、位置、運行狀況的實時測量，并將測量數據傳送至單片機進行處理，然后由單片機根據所檢測的各種數據實現對電動車的智能控制。
這種方案能實現對電動車的運動狀態(tài)進行實時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項要求。本設計采用MCS-51系列中的80C51單片機。以80C51為控制核心，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，控制電動小汽車的自動避障，快慢速行駛，以及自動停車，并可以自動記錄時間、里程和速度，自動尋跡和尋光功能。80C51是一款八位單片機，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Intel公司發(fā)展MCS-51系列的新一代產品，如8ｘC152﹑80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8ｘC451﹑8ｘC452,還包括了Philips﹑Siemens﹑ADM﹑Fujutsu﹑OKI﹑Harria-Metra﹑ATMEL等公司以80C51為核心推出的大量各具特色﹑與80C51兼容的單片機。新一代的單片機的最主要的技術特點是向外部接口電路擴展，以實現Microcomputer完善的控制功能為己任，將一些外部接口功能單元如A/D﹑PWM﹑PCA(可編程計數器陣列)﹑WDT(監(jiān)視定時器)﹑高速I/O口﹑計數器的捕獲/比較邏輯等。這一代單片機中，在總線方面最重要的進展是為單片機配置了芯片間的串行總線，為單片機應用系統(tǒng)設計提供了更加靈活的方式。Philips公司還為這一代單片機80C51系列8ｘC592單片機引入了具有較強功能的設備間網絡系統(tǒng)總線----CAN(Controller Area Network BUS).
新一代單片機為外部提供了相當完善的總線結構，為系統(tǒng)的擴展與配置打下了良好的基礎。
本設計就采用了比較先進的80C51為控制核心，80C51采用CHOMS工藝，功耗很低。該設計具有實際意義，可以應用于考古、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；在考古方面也應用到了超聲波傳感器進行檢測。所以本設計與實際相結合，現實意義很強
CPU必須在正確完成所有工作后才能發(fā)掃描輸入信號，且程序中發(fā)掃描信號的地方不能太多。否則，正好在哪里有死循環(huán)，看門狗就不產生記滿輸出信號，不能重新啟動CPU。
4060的記滿輸出信號不但要接到MCS-51的RST腳，而且還應接到其它芯片的RST腳，因為程序亂飛后，其它具有RST腳的芯片也混亂了，必須全部復位。
六 可編程邏輯器件
可編程邏輯器件GAL16V8是LATTICE公司研制的一種電可擦除的可重復編程的低密度PLD器件。它采用更為靈活的可編I/O結構，并采用了先進的EECOMS工藝，數秒內即可完成芯片的擦除和編程過程，并可反復改寫，是產品開發(fā)研制的理想器件之一。
GAL16V8技術特性
（1）電可擦除工藝
可重編程單元
100％成品率
可重配置邏輯
（2）高性能E2CMOS工藝
低功耗：45mA最大運行功耗，35mA最大維持功耗
高速度：15～25us最快存取速度
（3）8個輸出邏輯單元
對于復雜邏輯設計具有最大靈活性
GAL16V8可仿真20條引腳的PAL器件，具有功能 / 熔絲圖 /參數的完全兼容性
（4）預置、加電復位全部寄存器
（5）具有保密單元、電子標簽
（6）數據保持超過20年。
80C51按鍵電路直接由80C51接口電路查詢。消抖(延時20ms)由軟件延時完成。
第五章 測試數據、測試結果分析及結論
測試方法與儀器：
1、 測試儀器
測試儀器包括秒表、數字萬用表、信號發(fā)生器、示波器、MCS51仿真機、直流穩(wěn)壓電源等。
2、測試方法
數字萬用表主要用來測試分立元件的電阻、壓降、漏電流、截止/導通狀態(tài)等參數；
信號發(fā)生器與示波器用于測試各光電傳感器信號的接收與傳輸；
MCS51仿真機用于測試軟件；
直流穩(wěn)壓電源在測試期間為各待測系統(tǒng)供電；
秒表用于產品測試，按照任務書的基本要求對制成的電動車進行產品測試。
測試數據及測試結果分析：
⑴ 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。
⑵ 測距精度分析 測速系統(tǒng)采用了電機軸光電碼盤檢測技術。電機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,光電碼盤與電機軸安裝在一起，電機軸每一轉產生2個脈沖，車輪每轉產生32個脈沖，理論測量精度可達135mm/32=4.22mm<4.5mm
⑶ 定位精度分析 本設計采用實際測量與軟件補償技術，理論上可使定位精度提高到誤差<10mm。
3、結論
歷時三個月的設計過程中，我首先邊查資料，邊在實驗室焊接小車的線路板。在焊接過程中，我感覺到即使是一個簡單的電路，要想很輕松的焊好，也不是很容易的事情。有時是“虛焊”的原因，有時可能是阻值選錯。在焊接顯示電路時，我就錯將680歐的電阻焊成了6.8千歐。這使我深深感受到理論與實際間的差距。通過這樣的設計，提高了我的動手能力。每天在實驗室除了焊接線路板，還可以上機編程，使我軟件調試知識也提高了。
本設計采用的是80C51單片機，這主要是因為該單片機的穩(wěn)定性比較好。還可以采用其它系列的單片機。比如采用陵陽單片機，就可以簡化編程，但其穩(wěn)定性不是很好。
致 謝
歷時三個月的畢業(yè)設計已經告一段落。經過自己不斷的搜索努力以及白老師的耐心指導和熱情幫助，本設計已經基本完成。在這段時間里，白老師嚴謹的治學態(tài)度和熱忱的工作作風令我十分欽佩，他的指導使我受益非淺。同時本系120實驗室的開放也為我的設計提供了實習場地。在此對白文峰老師和牛曉升老師表示深深的感謝。
通過這次畢業(yè)設計，使我深刻地認識到學好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯系實際的含義，并且檢驗了大學四年的學習成果。雖然在這次設計中對于知識的運用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學習中繼續(xù)努力、不斷完善。這三個月的設計是對過去所學知識的系統(tǒng)提高和擴充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎。
由于自身水平有限，設計中一定存在很多不足之處，敬請各位老師批評指正。
參 考 文 獻
1 何立民,單片機應用系統(tǒng)設計,北京：航天航空大學出版社,2～5,46～50
2 李廣弟,單片機基礎,北京：北京航空航天大學出版社,2001,56～64
3 何希才,新型實用電子電路400例,電子工業(yè)出版社,2000年,60～65
4 趙負圖,傳感器集成電路手冊,第一版,化學工業(yè)出版社,2004,590～591
5 陳伯時,電力拖動自動控制系統(tǒng),第二版,北京:機械工業(yè)出版社,2000年6月,127～130
6 張毅剛,彭喜元,新編MCS-51單片機應用設計,第一版,哈爾濱工業(yè)大學出版社,2003,25～27,411～417
重慶交通大學二 O 一 O 屆畢業(yè)設計（論文） ?文獻綜述 開題報告 一、 選題目的理論價值和現實意義 智能車輛致力于提高汽車的安全性、舒適性、適應性和提供優(yōu)良的人車交互界面，是目前各國因重點發(fā)展的智能交通系統(tǒng) 的一個重要組成部分，也是世界車輛工程領域研究的熱點和汽車工業(yè)增長的新動。隨著企業(yè)生產技術的不斷提高以及對自動化技術要求的不斷加深，智能車輛已在許多工業(yè)部門獲得了廣泛的應用。在發(fā)達工業(yè)國家，有些智能車輛已實現商品化。由于成本低廉，又可以比人類工作的更好，它已逐步深入到工業(yè)和社會的各個層面： 1、智能車輛在智能運輸系統(tǒng) 的應用 這是智能車輛最典型的 應用，智能小車自動行駛功能的研究對增加車輛的智能性意義重大，智能車輛駕駛任務的自動完成將給人類社會的進步帶來巨大的影響。 2、智能車輛在物流運輸方面的應用 智能車輛在自動倉庫、碼頭、搬運、涂裝等物流作業(yè)部門也發(fā)揮了關鍵作用，它最適合在哪些人類無法工作的環(huán)境中工作。采用簡歷在智能車輛技術基礎之上的倉庫智能車輛物流運輸平臺來完成物流的自動運輸，即可以提高運輸效率，又可以避免有害物質對人體的傷害，有效的完成有毒環(huán)境下的作業(yè)。 3、智能車輛在軍事領域的應用 在未來戰(zhàn)爭中，智能車輛可以代替人員在核、生物、化學污染區(qū) 進行偵查、巡邏、對污染進行采樣，可以更加準確的搜集、掌握相關信息，可以有效的避免人員傷亡，提高執(zhí)行任務的效率和安全性。另外，無人駕駛的進攻性武器系統(tǒng)在現代軍事技術的發(fā)展方向之一，智能車輛的發(fā)展為無人攻擊車輛提供技術支持平臺。 4、智能車輛在社會生活中的應用 在西方發(fā)達國家，智能車輛已廣泛應用于醫(yī)療福利服務、商務超市服務、家庭服務等領域，其中的某些應用有望在今后的兩三年內實現商業(yè)化，并進入普通家庭。 智能車以及在智能車輛基礎上開發(fā)出來的產品已成為航天、醫(yī)療、工業(yè)控制、物流等各個領域的關鍵設備。可以看出，無論是 從科學發(fā)展、理論研究的角度，還是從汽車工業(yè)發(fā)展以及市場競爭的角度看，對智能車輛的研究都是必要的。而智能小車的研究及相關產品開發(fā)也將有利于我國在此領域技術發(fā)展與進步。因此，研制一種智能，高效的智能小車控制系統(tǒng)具有重要的實際意義和科學理論價值。 二、本課題在國內外的研究狀況及發(fā)展趨勢 智能小車是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。它集中的運用了計算機、傳感器、信息。通信、導航、人工智能及自動控制等技術，是典型的高新技術綜合體。 1、國外智能車輛的現狀研究 國外智能車輛的研究歷史較長，始于上 世紀 50 年代，它的發(fā)展歷程大致可以分為三個階段： 第一階段： 20世紀 50年代是智能車輛研究的初始階段。 1954年美國 系統(tǒng)只是一個運行在固定路線上的拖車式運貨平臺，但它卻具有了智能車輛最基本的特征即無人駕駛。早起研制該系統(tǒng)的目的是為了提高倉庫運輸的自動化水平，應用領域僅局限于倉庫內的物品運輸，隨著計算機的應用和傳感器技術的發(fā)展，智能車輛的研究不斷得到新的發(fā)展。 重慶交通大學二 O 一 O 屆畢業(yè)設計（論文） ?文獻綜述 第二階段：從 80 年代中后期，世界主要發(fā)達國家對智能車輛開展可卓有成就 的研究，在歐洲，普羅米修斯項目于 1986 年開始了在這個領域的探索，在美洲，美國于 1995 年成立了國家自動高速公路系統(tǒng)聯盟，其目標之一就是研究發(fā)展智能車輛的可行性，并促進智能車輛技術進入實用化，在亞洲，日本與 1996 年成立了高速公路先進巡航 /輔助駕駛演劇協(xié)會，主要目的是研制自動車輛導航的方法，促進日本智能車輛的整體進步。進入 80 年代中期，設計和制造智能車輛的浪潮席卷了全世界，一大批世界著名的公司開始研制智能車輛平臺。 第三階段：從 90 年代開始，智能車輛進入了深入、系統(tǒng)、大規(guī)模的研究階段。最為突出的是，美國卡內 基 列的自主車的研究，取得了顯著的成就。 目前，智能車輛的發(fā)展正處于第三階段，這一階段的研究成果代表了當前國外智能車輛的主要發(fā)展方向。 2、國內智能車輛的現狀研究 相比于國外，我國開展智能車輛技術方面的研究起步較晚，開始于 20 世紀 80 年代，而且大多數研究尚處于針對某個單項技術研究的階段。雖然我國在智能車輛技術方面的研究總體上落后于發(fā)達國家，并且存在一定的技術差距，但是我國也取得了一系列的成果，主要有： 中國第一汽車集團公司和國防科技大學機電工程與自動化學院于 2003 年研制成功了我國第一輛自主駕駛轎車。該自主駕駛轎車的正常交通情況下的高速公路上，形式的最高穩(wěn)定速度為為 12km/h，最高峰值速度可達 170km/h，并且具有超車功能，其總體技術性能和指標已經達到了世界先進水平。 上海交通大學應用現代控制理論設計出了一種自動駕駛汽車模型，該模型在汽車系統(tǒng)的動力學建模的基礎之上，設計了自動駕駛的專項系統(tǒng)，它能根據玩到的彎曲變化程度實時的計算出車輛的轉向盤角度，控制車輛按照預設道路行駛。 吉林大學設計并制造了一輛用 別地面鋪設的條狀路標導航的智能車輛，車輛由圖像識別、 行駛、轉向、制動、避障和其他輔助系統(tǒng)組成。目前，該車可以穩(wěn)定的跟蹤直線、弧線、 S 型線等軌跡自動行駛，車速可達 20km/h。 在國家科工委和國家 862 計劃的資助下，清華大學計算機系智能技術與系統(tǒng)國家重點實驗室自 1988 年開始研制的 列移動機器人取得了很大的成功。它兼有面向高速公路和一般道路的功能，目前已經能夠在校園的非結構化道路環(huán)境下，進行道路跟蹤和避障自主行駛。 智能車輛研究也是智能交通系統(tǒng) 關鍵技術。目前。國內的許多高校和科研院所都在進行 鍵技術、設備的研究，隨著 究的興起， 我國已形成了一支 術研究開發(fā)的專業(yè)技術隊伍。并且各個交通、汽車企業(yè)越來越加大了對 智能車輛技術研發(fā)的投入，整個社會的關注程度在不斷提高。交通部已將 究列入“十五”科技發(fā)展計劃和2010 年長期規(guī)劃。相信經過相關領域的共同努力，我國 智能車輛的技術水平一定會得到很大的提高。 三、課題研究重點 在國內外，智能化系統(tǒng)主要采用單片機作為控制核心。因此，單片機的發(fā)展將有助于智能化技術的開發(fā)。在本設計中 ,采用比較先進的 片機為控制核心，它的功耗很低。 （ 1） 研究內容： 本課題以 片機為核心的控制電路，采用模塊化的設計方案，運用光電傳感器、超聲波傳感器組成不同的檢測電路，實現小車在行駛中自動尋跡、躲避障礙物、等問題。并將測量數據傳送至單片機進行處理，然后由單片機根據所檢測的各種數據實現對電動小車的重慶交通大學二 O 一 O 屆畢業(yè)設計（論文） ?文獻綜述 智能化控制。 在整個設計開發(fā)過程中，我們主要完成以下幾個方面的工作： 1、對智能小車的研究意義、研究現狀及發(fā)展進行概述。 2、設計整體方案，并對方案進行論證，提出其可行性及計劃安排，進一步提出單片機控制的實現方案。 3、設計出單片機，編制控制程序。 4、完成程序的調試，在設計過程 中進行初步調試。 （ 2）研究方案 1 采用 片機作為整機的控制單元。 ： 在本系統(tǒng)中，反射式紅外光電傳感器檢測黑線， 然后將信號傳送到單片機系統(tǒng)進行處理，使小車沿軌道自主行走； 采用 橋式驅動電路控制電機的轉向，實現電動小車的正反向行駛、快慢速行駛及轉彎；采用 系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決復雜的硬件電路部分，使系統(tǒng)硬件簡潔化，各類功能易于實現，具有高度的智能化、人性化，一定程度體現了智能，能滿足系統(tǒng)的要求。 2 探測軌跡方案 采用反射式紅外 線光電傳感器。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質的特點。在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色紙質地板時發(fā)生漫反射，反射光被裝在電動小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，電動小車上的接收管接收不到紅外光。單片機根據是否收到反射回來的紅外光來確定黑線的位置，從而控制小車的行走路線。采用紅外線發(fā)射，外面可見光對接收信號的影響較小，再用射極輸出器對信號進行隔離。 紅外線光電傳感器的特點是尺寸小、使用方便、工作狀態(tài)受溫度影響小。它的外圍電路簡單。因此本方案易 于實現，也比較可靠。 3 避障方案 采用超聲波傳感器探測障礙物。超聲波傳感器安裝于小車前端，在規(guī)定的檢測距離內，當探測到障礙物時，超聲波傳感器給出脈沖信號至單片機，單片機檢測到該信號后，調整小車的方向，以控制小車準確地繞過障礙物，而且避免因小車自然轉彎而導致的盲目方向控制。這樣不但能準確完成測量，而且能避免電路的復雜性。 同時，超聲波傳感器具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在光線不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰 到雜質或分界面會產生顯著反射，形成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。因此超聲波檢測廣泛應用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面 [6]。 智能電動小車應以準確、智能見優(yōu)，因此采用超聲波傳感器探測障礙物。 4 顯示模塊方案 采用 碼管顯示。在系統(tǒng)中要用到多只 碼管進行動態(tài)顯示即可達到要求。其優(yōu)點是價格便宜，壽命長。缺點是只能顯示 0～ 9 的數字和一些簡單的字符，電路設計繁鎖，且占用空間。 碼顯示價格便宜，在課程設計中用到的比較多，比較熟悉，設計要求中數碼管只用來顯示鐵片個數，用一位 碼顯示足夠，因 此，本設計采用 碼管顯示。 5 電機驅動模塊方案 采用 橋式驅動電路。通過 實現對小車速度的控制。這種調速方式有調速特性優(yōu)良、調整平滑、調速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的重慶交通大學二 O 一 O 屆畢業(yè)設計（論文） ?文獻綜述 負載沖擊，還可以實現頻繁的快速啟動、制動和反轉等優(yōu)點，是一種廣泛采用的調速技術。 H 型全橋式電路保證了可以簡單地實現轉速和方向的控制。這種驅動電路可以很方便實現直流電機的四象限運行，分別對應正轉、正轉制動、反轉、反轉制動。為了電路設計簡單，采用電機專用驅動芯片 驅動電流大，瞬 時電流最高可達 2A，為電機驅動專門設計，工作穩(wěn)定可靠。完全滿足設計要求。 （ 3） 進度計劃 ： 4～ 6月時間安排： 4 月 1 日 15 日 ：實習 4 月 16 日 20 日 ：查閱資料 4 月 21 日 29 日：總體設計方案 , 同負責通訊、硬件的同學討論其細節(jié)部分，如端口定義及數據包的格式及中斷程序的編寫。 4 月 30 日 2 日：開題報告 5 月 3 日 13 日 ：逐點比較法的直線插補程序的編寫。 5 月 14日 20日 ：最后修改并調試程序，順利實現智能小車硬件系統(tǒng)設計 的任務。 5 月 21 日 27 日：說明書 5月 28日 日：總結、答辯 四、參考文獻