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基于单片机的光引导车设计嵌入式单片机课程设计论文论文题目：

基于单片机的光引导车设计学院：

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项目内容结构格式实验总分得分评语摘要智能车技术的发展是一个国家高科技水平和工业自动化程度的重要体现和标志。

智能车技术综合了计算机、机构学、控制论、信息和传感技术、人工智能等多学科，是当前科技研究的热点方向，智能车的应用领域也越来越广泛，它必将在人类的生活中起到越来越重要的作用。

在了解现有智能车模型和控制策略的基础上，本文提出了一套满足实验和实际工作要求的智能车系统方案，并根据此方案设计了一个以光源为导航方式的智能车控制实验平台，平台包括上位机和下位机两层框架结构：

上位机由PC机模块构成，主要实现智能车环境信息接受、处理和路径规划；下位机由智能车车体构成，负责完成依照上位机控制命令动作的任务。

平台以四轮式车作为智能车的运动机械结构，以Microchip公司16位51系列单片机作为核心控制器，在此基础上结合模糊控制原理设计了基于模糊逻辑推理的智能车导航控制系统。

该方案实现了系统功能的模块化分解，提高了系统的灵活性和可拓展性。

最后通过仿真实验证明了智能车具有较好的运动能力。

该模型满足了嵌入式控制系统的功能要求和时间要求，算法简单、高效，并实现了该系统的稳定有效的控制。

最后，本文对智能车控制系统的后期开发作了研究总结和展望。

关键词智能车；光感；STC89C52AbstractIntelligentvehicletechnologydevelopmentisanationalhigh-techlevelandtheleveloftheindustrialautomationistheimportantembodimentandsymbol.Intelligentvehicletechnologyisacomprehensivetechnologyofcomputer,controltheory,mechanism,informationandsensortechnology,artificialintelligenceandmanyotherdisciplines,isthecurrenthotresearchdirectionofscienceandtechnology,intelligentvehicleapplicationfieldismoreandmorewidely,itisboundinhumanlifeplaysamoreandmoreimportantrole.Intheunderstandingoftheexistingsmartcarmodelandcontrolstrategyonthebasisof,thispaperpresentsasetofexperimentalandpracticalworkmeetrequirementsoftheintelligentcarsystemplan,andaccordingtothedesignofalightsourcefornavigationofintelligentvehiclecontrolexperimentalplatform,platformincludingupperandlowermachineframestructureoftwolayers:

PCbythePCmachinemodule,mainlyrealizestheintelligentvehicleenvironmentalinformationreceiving,processingandpathplanning;machinebythesmartcarbody,responsibleforinaccordancewiththePCcontrolcommandactiontask.Platformwithfourwheeledcartasintelligentvehiclemotionmechanicalstructure,takeMicrochipcompany1651seriessingle-chipmicrocomputerasthecorecontroller,basedontheprincipleoffuzzycontrolisdesignedbasedonfuzzylogicreasoninginintelligentvehiclenavigationandcontrolsystem.Theschemerealizessystemfeaturesmodulardecomposition,improvethesystemsflexibilityandscalability.Finally,simulationexperimentsshowthattheintelligentvehiclehasbetterabilityofsports.Themodelsatisfiestheembeddedcontrolsystemfunctionalrequirementsandtimerequirements,algorithmissimple,efficient,andrealizationofthesystemisstableandeffectivecontrol.Finally,basedontheintelligentvehiclecontrolsystemdevelopedinthelatemaderesearchsummaryandprospect.朗读显示对应的拉丁字符的拼音KeywordsSmartcar;Lightperception;STC89C52II目录摘要IAbstractII第一章绪论11.1课题研究背景11.1.1国内研究现状11.1.2国外研究现状21.1.3发展趋势31.2研究目的和意义31.3课题的研究内容和组织章节41.3.1课题研究内容41.3.2课题章节组织51.3.3存在的困难及拟采用的解决措施5第二章系统方案设计与论证62.1主控系统62.2系统基本方案72.2.1比较模块82.2.2控制模块82.2.3电机驱动模块82.3电源模块92.4编程语言选择92.5本章小结10第三章系统硬件设计113.1系统硬件组成113.2信号接收模块123.2.1检测模块123.2.2比较模块123.3控制模块133.4驱动电路153.5电源模块153.6本章小结15第四章系统软件设计164.1软件设计思路164.2程序初始化174.3电机部分174.4彩灯部分184.5软件仿真204.6本章小结21第五章系统调试与分析225.1PCB的设计与制作225.1.1PCB设计225.1.2PCB制作235.2系统调试245.3本章小结24结论25参考文献26附录27致谢32第一章绪论1.1课题研究背景光引导小车是智能车研究的一个重要部分，根据运动方式可分为轮式车辆，履带车辆。

这种智能感官系统是由各种传感器和各传感器组成传感器系统，其功能是使智能车辆的理想目标，掌握外部的情况，并具有决定适应外部环境的变化和工作能力。

智能车辆传感器一般可以分为内部和外部传感器两类。

外部传感器包括有听觉、力觉、触觉、压觉、距离觉等，主要功能是检测外部状态信息，所以，智能车适应外部环境的变化，如环境和对象的变化，位置的变化。

内部传感器包括位置，速度，加速度，力，温度，平衡，倾斜角度，异常等传感器，主要功能是检测网络智能车辆本身，如自身的运动，位置和姿态信息[1]。

直到20世纪末，人工智能，神经网络，模糊控制，遗传算法等先进技术应用，智能车辆拥有自主判断和决策功能，应用领域不断扩大。

在这一阶段，火星探险，深海探测，微型智能车出现在人们面前。

无线电制导小车能实现自动充电，智能指南，识别和无线通讯功能。

这些功能反映现代工业无线智能车的需求，所以本设计具有很大的实用价值。

同时，无线制导方案，对传统的链条式或微波管式汽车通讯是一个较大的突破，具有很好的应用价值。

无线引导具有传动稳定可靠，使用安全性高，维护工作量少等。

它随时，随地提供接收信息的能力，在工业通信市场将发挥越来越重要的作用，也是未来发展方向的工业机器人。

对此作品进行加工可用于人工智能，模式类似的发展等，大大提高了其使用价值。

1.1.1国内研究现状智能汽车发展很快，从智能玩具等行业中都有大量的实用结果。

其基本可以实现跟踪，避障，避免悬崖等基本功能，该部分的电子设计大赛智能小车的语音控制系统进行开发。

著名的飞思卡尔智能汽车是前沿。

中国无线导引机器人的发展历史较短。

1976北京起重运输机械研究所研制的第一台ZDB型自动导引车AGV（AutomaticGoidedVehicle）。

但由于技术的限制，可靠性和价格仍存在许多的问题，取得的成效十分有限。

进入了九十年代，我国在这一方面独立发展方面取得了长足的进步，并且吸收国际先进水平的激光制导技术，并成功地应用于一些先进的自动化物流系统工程，形成了系统的开发，工业批量化生产，形成系统应用新局面。

目前我国的发展方向是开发一个综合机械，即时通信，自动控制，计算机信息处理各种高新技术于一体的高科技产品，实现自动智能，灵活性高，宜人化，信息资讯科技的发展方向。

1.1.2国外研究现状德国是全世界AGV生产大国，是欧洲使用AGV小车比重占到大多数的国家。

美国进入了八十年代后，开始接受欧洲理念系统，通用汽车在1984的柔性制造系统，激活了AGV市场。

目前，美国的生产占了约75%的北美市场，主要用于准时化生产，仓库出入，装配操作。

此外，在美国建造的日本工厂，常用的小车普遍的使用AGV，而日本是发展速度最快的国家。

智能车具有高度自我规划，自组织，自我适应能力，适用于复杂的非结构化环境中进行移动机器人工作。

自20世纪60年代，机械加工，焊接弧焊，喷涂，组装，测试和其他各种类型的机器人已经出现，并迅速发挥出在工业生产中的实用性，从而大大提高了产品的一致性和质量。

然而，随着机器人技术的不断发展，人们发现，这些固定在一个位置操作机器人不能完全满足需求。

因此，在20年代后期，许多国家有计划地发展智能车辆技术的研究，这些研究也大大促进发展智能车辆的应用。

智能车辆技术的典型应用是美国的火星探测漫游者Rocky7，此智能车辆在恶劣环境下长期工作证明了其良好的稳定性和检测能力。

也有一类单轮车辆，它和多轮车辆智能，具有更好的动态稳定性，姿态的影响不敏感，机动性高，低滚动阻力，具有的侧翻恢复能力和两栖能力，是一种型运动智能车辆全新的概念。

1986年，麻省理工学院的罗德尼布鲁克斯提出的基于行为的设计方法，设计了比传统设计方法的行动更灵活更快的智能车。

它采用包容式体系结构，智能汽车能达到设计目标，是因为包容式体系结构系统在智能车辆有很大的影响。

在布鲁克斯的行为智能车辆智能车程序中，由三部分组成：

传感单元，智能控制单元和执行单元。

布鲁克斯到目前的智能车辆分层阶梯式结构的基础提出包容体系结构。

1.1.3发展趋势针对国内外的发展情况，AGV在阻塞，最优路径选择和调度规则方面的研究是发展的方向，同时也是发展的瓶颈。

因此，未来AGV发展的趋势，是响应信号接收系统，计算机速度，和高精度的信号源准确的定位和运输路径的精确的选择，以及紧急情况AGV确定可行性的技术路线调整。

智能小车在工业，军事和民用领域具有广泛的应用前景。

我们的国防，工业和农业现代化方面，以及提高人民生活水平都具有重要意义。

智能车辆技术是多学科技术，人工智能，机械设计，模式识别，电子电气，自动控制，电子电路和其他学科提出了很高要求。

因此，进行研究智能车辆带动了人工智能，电子电气，自动控制，机械设计及相关领域的发展有着重要的作用。

1.2研究目的和意义自从第一次工业机器人现世后，机器人的发展已在机械，交通，冶金，航天，电子，国防等领域。

近年来机器人智能化的水平不断提高，并迅速改变了人们的生活方式。

人们在不断探索，创新，认识自然的过程中，制造取代人们劳动的机器人一直是人类的梦想。

随着科技的发展，出现了越来越多的类型的机器人传感器的感官，视觉传感器成为重要的一部分，成为自动步行和驾驶的典型应用领域。

视觉在自主导航系统应用领域占一席之地，相较于多种技术的视觉图像处理技术已相当发达，但基于图像理解技术还比较落后，机器视觉需要广泛的计算可以识别一些简单的客观结构化环境中的目标。

视觉传感器的核心器件是摄像管或光电器件，目前光电器件已经可以自动对焦。

但光电器件传感器在价格，数量和使用方式方面上不占优势，所以不需要一个清晰的图像，只需要一个粗略的感觉系统使用接近传感器是一种切实有效的方法。

机器人的自动导向功能和避障功能必须基于感知导引线和障碍，感知导引线相当于机器人视觉功能。

避障控制系统是需要自动引导车（AGV—auto-guidevehicle）系统，使智能车辆实现自动识别路径，判断和自动避开障碍物，选择正确的路线。

使用传感器来检测路径和障碍，做出判断和执行相应的行动。

智能汽车能用来为典型代表的机器人。

它可以分为三个部分：

检测传感器部分，执行部分，中央处理器。

实现机器人的自动避障功能，还可以扩展跟踪功能，感知导引线和障碍。

可以实现小车自动识别线，选择正确的道路，并检测障碍物自动避免。

基于以上要求，传感检测部考虑到汽车一般不需要看到精确信号，只是粗略的接受信号即可，所以可以放弃昂贵的传感器和考虑使用廉价光敏传感器作为。

智能车执行部分，是由一个直流电机驱动，主要控制其方向与速度。

信息技术和自动化技术的发展和一体化，出现了现代物流领域中的智能物流设备，自动导引车，自动化仓库，自动分拣系统和仓库机器人。

现代设备的应用行业也越来越广泛，如汽车，钢材，销售工业产品的生产，国际农业工程设备，国际航天，建筑设备，其主要功能是物流。

在现代企业物流系统的重要组成部分。

在整个生产过程中，材料在处理的时间很短，大多数时候，处于物资储存，装卸，运输和加工的状态。

因此，为现代化企业，降低产品成本的主要途径之一是提高性能的物流系统进行研究，即针对AGV的研究。

实现工厂生产的自动化，降低生产成本，提高生产效率，这是本研究的目的和意义。

1.3课题的研究内容和组织章节1.3.1课题研究内容光引导小车由光传感系统、单片机控制系统和电机与车体等三大模块组成，这些模块把小车变成一个拥有五官、大脑和四肢的机器人。

光传感系统由光敏元件构成，是机器人的五官。

可以感知光源以及各角度光源强度，将获取到的外部数据信息传送到单片机芯片内。

高速运转的大脑是单片机控制系统。

对收到的数据信息进行处理，通过程序判断光源与小车的相对位置，指挥下一步即将完成的动作，将命令发送给小车。

车体对应它的四肢，收到命令后，执行相应的动作，自主完成小车在行驶过程中的自动寻轨。

三大模块单独实现各自的功能的同时又彼此之间存在一定的联系，相互配合，环环相扣。

单片机芯片为光导车的核心，与其它元件烧制于电路板上，用铁架支撑起来，作为车身。

电路板外接一对导线，用来控制车轮，车轮位于车体下方，采用前轮驱动，后轮从动，前轮同时接受信号，改变小车的行驶方向。

光敏器件置于车前方，同样用导线连接在电路板上。

本文将讨论智能车辆是一种地面移动机器人，是指在室内和室外环境，无需人工干预，能独立完成作业运行的小车，属于智能机器人的研究领域中的一种。

其目的是提供一个开放的，实时性的，可靠性高的，效率高智能车的实验平台。

本课题基于低成本，高性能，低功耗，高智能的设计标准，根据智能车辆的探索和尝试，在参考现有成熟的可移动机器人模型的基础上，建立一个基于单片机控制的智能车系统。

具有硬件系统和软件系统。

智能车的机械结构框架分析，并结合其应用领域，采用四轮式机械平台更容易实现的功能要求，上下两层框架系统的开发，在初步实验和仿真证明，此方案是可行的，基于两层系统架构设计的智能车辆在低成本，低功耗的边缘也有较强的适应能力和信息处理能力，为下一步的智能车辆研究提供一些参考。

1.3.2课题章节组织第一章：

概括的介绍了文章的研究背景和研究现状，以及论文的主要工作和内容。

第二章：

介绍了智能车的系统结构和运动模型方案选择，为智能车机械平台的搭建提供理论基础。

第三章：

主要介绍了智能车的硬件设计，及其各功能模块的总体设计方案。

第四章：

介绍程序的构思，并且应用软件仿真。

第五章：

介绍了硬件的制作和调试。

1.3.3存在的困难及拟采用的解决措施在无线制导车的设计过程中，直流电机的转速的差异，从而在实际运行过程中的路线不是笔直的，这就要求电机的选择过程中仔细测试，试图找出二个尽可能相同的电机，另一方面，直流电机停止惯性大，这需要使用程序对电车停止过程控制。

基于单片机的无线指南车的设计是有电脑知识的综合应用，具备一定的主控制器编程方法及电路知识，可以实现原理图设计、焊接；由单片机知识，可以实现小车控制的程序设计。

第二章系统方案设计与论证根据要求，确定如下方案：

在现有的电动玩具车的基础上安装光电探测器，为电动车的速度，位置，运行状况进行实时测量，并对测量数据传输到单片机，并由单片机根据所检测的各种数据实现智能控制电动车辆。

此方案可以实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，能满足系统要求。

本设计采用单片机作为系统的控制中心，通过单片机对驱动芯片进行控制，控制电机旋转方向，从而控制小车的方向。

2.1主控系统根据设计要求，本设计属于多输入复杂的过程控制问题。

以实现小车在光的光源时，往往转向光照方向的驱动力作用。

就必须使用到光传感器和电机。

由于控制电机需要专门的驱动芯片，这样的设计理念为光传感器将驱动信号发出来控制电机，达到设计目的。

因此，制定以下三种方案并进行综合比较，具体如下：

方案一：

纯硬件设计方式：

主要思路为通过传感器接受到光，产生信号。

经过比较器比较直接产生有效高电平电压输出即提供小车能进行转向的信号又提供驱动部分电源。

但是完全由纯硬件来实现，设计麻烦，又使用了很多分立元件，不仅稳定性不好，而且调试起来也困难[2]。

方案二：

选用一片CPLD（如EPM7128LC84-15）作为系统的核心部分，实现了控制与处理的功能。

CPLD具有速度快、资源丰富、编程容易和开发周期短等优点，并且可利用VHDL语言进行编写和开发。

但CPLD在控制上相比较较单片机有较大的劣势。

同时，CPLD的处理速度过快，而小车的行进速度又不可能太高，那么对系统处理信息的要求相应的也就不会太高，从这一点上看，MCU就已经完全可以胜任了。

若采用该方案，必将在控制上会遇到多种不必要的难题。

因此，我们不采用该种方案，进而又提出了第三种方案[3]。

方案三：

由单片机作为主要的控制中心，作为信号中转站，对通过接收的元件和比较器传输信号进行处理，并将结果输出给驱动执行模块，各个部分使用统一的电源供应，设计分工明确，各个部分模块彼此互不干扰，调试简单，稳定性好，检错方便容易。

而且单片机具有体积小、集成度高、应用灵活、运行可靠、运算速度快、价格低廉以及面向控制等的特点，因此使用单片机控制既可省时又可省力，而且车响应也会更加迅速，灵敏和连贯。

目前单片机的应用几乎已经遍及几乎各个领域，更是未来学习和研究的方向。

采用单片机作为整个硬件系统的核心，用来控制行进中的小车，以可实现其既定的性能指标。

充分的分析我们的系统后，其关键就在于实现小车的自动控制方面，而在这一块，单片机就显现出来它独特的优势——控制简单、方便、快捷。

这样一来，单片机就可以充分的发挥其资源丰富、较为强大的控制功能以及可按位寻址的操作功能、价格低廉等优点。

因此，此方案是一种较为合适的方案。

针对本设计特点——为多开关量输入的复杂程序控制系统，需要使用擅长处理多开关量的单片机，而不能选用精简I/O口和程序存储器的小体积单片机，D/A转换、A/D转换功能也不必选用。

51单片机具有功能非常强大的位操作指令，程序空间多达8K，I/O口均可按位寻址，对于本设计绰绰有余，更值得一提的是51单片机的价格非常低廉[4]。

在综合考虑了传感器和两部电机的驱动等诸多因素之后，我们决定只采用一片单片机，可充分利用STC89C52单片机的资源。

结合以上分析对比决定选择第三方案以单片机作为控制单元完成设计。

2.2系统基本方案本设计采用的是四轮结构。

车前部分安装两个轮既是驱动轮也是转向轮，连接两个直流电机，后部安装一对轮为从动轮，轮子的大小要尽量使车体平衡。

硬件系统主要包括信号接收电路，单片机控制电路，电机驱动电路三大部分，软件部分为C语言程序设计。

信号接收电路中起传感器作用的光敏电阻接收到光，产生电压，再通过比较器比较，当电压超过某一特定值时，将会给单片机一个信号，程序会对信号作出判断和处理，再由单片机输出指令给驱动部分，驱动电路控制直流电机转动或转向，进而实现小车的前进和转弯，实现设计目的。

小车分三大模块：

比较模块，控制模块和驱动模块。

只有通过比较分析才能选择出最佳的匹配组合，尽可能使产生的信号较强，传输路径较短，尽量减少电感电容的组合，减少信号的干扰。

要达到以上条件就要从模块的元件选择，电路动合理布局入手，下面从各个模块的选择方案论证入手。

2.2.1比较模块方案一：

采用光敏电阻作为光源接收元件。

光敏电阻是一种会在光的照射下致使导电能力增加，电阻率将减小的半导体元件。

在光照的情况下，可以测量到它的电阻值减小，有效的控制小车的运动。

方案二：

采用光敏电池作为光源接收元件。

光敏电池是一种在光的照射下能够产生电动势的半导体元件，在光照的情况下，可使用高内阻电压表测量到产生电动势。

这种光是比较强的光，如手电直接照射的光线等。

所以在利于控制的方面上选择光敏电阻做为光源接收元件。

2.2.2控制模块单片机驱动直流电机一般有两种方案：

第一，勿需占用多余地单片机资源，直接选择有PWM功能的单片机，这样可以精确调速；第二，可以由软件模拟的PWM输出调制，占用单片机资源，并难以精确调速，但单片机型号的选择余地较大[5]。

参考实际情况，本文选择第二种方案。

CPU使用STC89C52，配合软件编程来实现。

方