智能小车设计优秀毕业设计文档格式.docx

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开始日期

2011年4月18日

完成日期

2011年6月5日

主管院长（签字）

年

月

日

毕业设计（论文）工作计划

工作进程

起止时间

工作内容

2011.3.28-2011.4.5

查阅有关资料，了解系统基本结构及设计方法。

2011.4.6-2011.4.10

学习arm基本原理。

2011.4.11-2011.5.3

学习IAR的使用方法，书写步进电机驱动电路及接口设计并相关程序，设计调试板。

2011.5.4-2011.5.12

进行系统调试

2011.5.13-2011.6.1

撰写论文及相关文档。

主要参考书目（资料）

《ARM体系结构与编程》

《ARM处理器与C语言开发应用》

《基于ARM的嵌入式系统开发》

《ARM嵌入式系统基础教程（第二版）》

《侯冬晴.ARM技术原理与应用》

《基于ARM的嵌入式系统开发与应用》

《从51到ARM—32位嵌入式系统入门》

《ARM嵌入式实验教程》

主要仪器设备及材料

Easyarm1138、5V四相步进电机（28BYJ-48-5V）、红外避障传感器、小车轮子、阻容器件、电池盒、4节1.5V电池、铁质月饼盒、螺丝、螺母、PC机等。

论文（设计）过程中教师的指导安排

每周1次答疑指导。

对计划的说明

希望通过自学和请教老师，能将一个自己完全不熟悉的项目做好，真心的想通过此次项目锻炼自己的学习能力与动手能力。

毕业设计（论文）开题报告

学院专业2007级0702班

课题名称：

智能小车设计

学号：

指导教师：

报告日期：

2010年10月28日

1．本课题所涉及的问题及应用现状综述

（1）智能小车原理：

以Easyarm1138为核心的多功能小车。

Easyarm1138实验板1块，主要用于信号的内部处理，以及供电等作用；

5V四相步进电机（28BYJ-48-5V）2个，主要用于驱动两个用于行进的小车轮子；

红外避障传感器4个用于小车避障功能；

Easyarm1138内置的蜂鸣器起到小车遇到障碍时的警示作用。

（2）应用现状：

如今多领域都在讨论智能系统，人们要求系统越来越智能化。

显然传统的控制观念无法满足人们的需求，而智能控制能与这些出阿童的控制有机的结合起来取长补短，提高整体的又是更好的满足人们的需求。

随着人工智能技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，智能必将迎来它的发展新时代。

智能小车近几年有如下几个发展趋势①性价比逐渐提高，性能不断提高（高速度，高精度，高可靠性，便于操作和维修），而单价不断下降。

②传感器的作用日益重要，除传统的位置、速度、加速度等传感器外，多种传感器的融合技术已用来进行环境建模及决策控制。

③虚拟现实技术在智能小车中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，加速遥控智能小车操作车产生置身于远端作业环境中的感觉来操作智能小车。

④当代智能小车的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与智能小车的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的操作系统，是智能小车走出实验室走入使用化阶段。

（3）应用领域：

儿童玩具、航空航天探测、地表探测、复杂地形作业、智能机器人研究、智能测速、激光测速

2．本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析

（1）关键问题：

智能小车设计的的原理、分类、用途、如何选用器件；

Arm平台使用，学习arm的基本原理和应用设计；

还有学习并掌握IAR的使用方法。

（2）解决思路：

仔细研究智能小车设计的原理和选择合适器件进行设计，学习智能小车的设计原理和原理图。

加强对arm的理解学习和灵活使用，并学习和熟练使用一种编程语言；

加强学习IAR的使用。

（3）可行性分析：

目前市场上这种智能小车已经被普遍使用，而且智能小车以其自身优异的特点将很快被市场接受，广泛应用于科学研究以及日常生活当中。

（4）预期的目的：

在arm平台基础上，设计智能小车使其集自动避障、加减行驶速度、蜂鸣提醒等功能。

3．完成本课题的工作方案

2011.3.28-2011.4.20：

2011.4.21-2011.5.10：

学习arm基本原理。

2011.5.11-2011.5.31：

学习IAR的使用方法，设计调试板。

2011.6.1-2011.6.10：

步进电机驱动电路及接口设计并相关程序。

2011.6.11-2011.6.21：

进行系统调试。

2011.6.22-2011.6.30：

4．指导教师审阅意见

对任务有基本了解，方案可行，同意开题。

指导教师（签字）：

　　　　　2011年4月6日

说明：

本报告必须由承担毕业论文（设计）课题任务的学生在毕业论文（设计）正式开始的第1周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。

毕业设计（论文）成绩评定表

性别

学号

专业班级

课题名称

课题

类型

实际应用

难度

简单

毕业设计（论文）时间

2011年4月18日～2011年6月5日共9周

（职称高工）

课题任务

完成情况

论文10（千字）；

设计、计算说明书（千字）；

图纸（张）；

其它（含附件）：

程序附件

指导教师意见

分项得分：

开题调研论证分；

课题质量（论文内容）分；

创新分；

论文撰写（规范）分；

学习态度分；

外文翻译分

指导教师审阅成绩：

　指导教师（签字）：

　　　　　　　　　年　月　日

评

阅

教

师

意见

选题分；

开题调研论证分；

创新分；

评阅成绩：

　　　　评阅教师（签字）：

　　　　　　　　年　月　日

验收小组意见

准备情况分；

毕业设计（论文）质量分；

（操作）回答问题分

验收成绩：

　　　验收教师（组长）（签字）：

　　　　　　　　　年　月　日

答

辩

小组

意

见

陈述情况分；

回答问题分；

仪表分

答辩成绩：

答辩小组组长（签字）：

　年月日

成绩计算方法

（填写本系实用比例）

指导教师成绩20（％）评阅成绩30（％）验收成绩30（％）答辩成绩20（％）

学生实得成绩（百分制）

指导教师成绩评阅成绩验收成绩

答辩成绩总评

答辩委员会意见

毕业论文（设计）总评成绩（等级）：

系答辩委员会主任（签字）：

系（签章）

备

注

摘要

智能小车属机器人的一种，它可按照预先设定的模式在一个环境里自主运行，不需要人为管理，多应用于学术应用、科学探测、救灾抢险等用途。

人们通过编译环境编程实现行进、绕障、停止、检测数据的存储、显示等功能，无需人工干预。

智能小车设计具有实际意义，与实际相结合，现实意义很强。

本系统以Easyarm1138为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，运用光电发射接收器、步进电机、传感模块、车轮模块、车速控制模块、速度显示模块等组成不同的模块，实现小车在行驶中测试、躲避障碍物、自我调整方向、蜂鸣提醒、加减行驶速度、显示当前速度等问题。

并将测量数据传送至Arm板进行处理，然后由Arm板根据所检测的各种数据实现对电动小车的智能控制。

这种方案能使得智能小车满足控制灵活、可靠，精度高，可满足系统的各项要求。

【关键词】Easyarm1138、步进电机、光电传感器、驱动模块、蜂鸣模块、车速控制模块、显示模块、躲避障碍物

Abstract

Theintelligentmobilecarisakindoftherobot.Itcanworkbyitselfasthewaydesignedbeforewithoutmanagementbyourhumanbeings,therefore,itisusuallyusedonthefieldsofacademic,scientificexploration,reliefrescueandsoon.Themarching,avoidingobstacles,stopping,monitoringdata,displaybecometruebytheprogramming.Theintelligentmobilecarisrealisticandassociatedwithactual.ThissystemisusedbyEasyarm1138asthecorecontrolcircuit,andthewayofdesignismodular,andtherearesomuchmodulessuchasphotoelectriclaunchreceiver,steppingmotor,sensingmodule,wheelmodule，buzzremind，speeddisplaymodulewhichrealizethedetailsaboutthecardrivingtest,evadesobstacles,selfadjustingdirection,remindbybuzz，addingandsubtractingspeeds,displaythespeedandsoon.Themeasureddataaretransferedtothearmboardprocessing,thenaccordingtothevariousdatafromthearmcontroltheintelligentcar.Thisschemecanmaketheintelligentmobilecarflexible,reliablecontrol,highprecision,andcanmeettherequirementsofthesystem.

【Keywords】Easyarm1138,Steppingmotor,Photoelectriclaunchreceiver,Drivermodule,Buzzremind，Speeddisplaymodule,Speedcontrolmodule,Evadesobstacles

引言

智能小车可集环境感知、动态决策、行为控制等多种功能于一体。

随着传感技术、计算机技术、人工智能及其它学科的迅速发展，机器人小车逐渐具有智能其必须具有感知作业环境、任务规划以及决策的能力。

从系统硬件方面讲，机器人小车必须具有复杂的传感器，功能强大的计算机以及精确的驱动系统。

单片机作为控制系统的微处理器，早已经无法满足系统的需求，ARM微处理器资源丰富，在数据处理和代码存储等方面具有良好的通用性。

ARM是32位微处理器，集成了16位的Thumb指令集，ARM可以代替16位的处理器如51系单片机，同时具有32位处理器的速度。

ARM的嵌入式系统性能优良、移植性好，已广泛应用于各个行业，因此将ARM微处理器应用于机器人小车是一种较优的选择。

[1]

本系统以Easyarm1138为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，运用光电发射接收器、步进电机、传感模块、车轮模块、蜂鸣模块、速度控制模块、速度显示模块等组成不同的模块，实现小车在行驶中测试、躲避障碍物、自我调整方向、蜂鸣提醒、加减行驶速度、显示当前行驶速度等问题。

根据题目的要求，确定如下方案：

在Easyarm1138上，加装光电、红外线传感器、七段数码管，利用蜂鸣器，实现对电动车的速度、运行状况的实时测量及监控，并将测量数据传送至ARM进行处理，然后由ARM根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。

这种方案能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，可满足对系统的各项要求。

需求分析

项目来源及背景

随着社会发展及人类的公共交通需求，以及人工智能化水平的日益提升，汽车工业也前所未有的迅速发展，关于汽车方面的研究也就越来越受人关注。

全国电子竞赛、省内电子竞赛以及全国各高校每年举办竞赛也都有智能小车这方面的题目，由此可知，各方各面都很重视该题目的研究，可见其研究意义之大。

此次设计也是顺应社会发展的大潮以及人们的需求而产生的，此次设计的智能电动小车能够实现在行驶中自动探测、躲避障碍物、自我车身调整、蜂鸣提醒、加减运行速度、显示行驶速度等具体功能。

项目目标

本项目设定的目标如下：

小车系统应具有良好的运行效率，具有较高的前行、左右转向、遇到障碍物的反应、蜂鸣警示及躲避的响应速度；

小车系统应具有良好的可扩展性，可以为日后升级系统提供方便；

小车系统应具有良好的灵活性，使行驶速度、自身调整角度都可以灵活改变；

小车系统提供良好的测试模式，使设计人员可以调整观察行驶速度、方便的操作、调整小车运行模式；

在做这个项目的过程中不断的积累自己的技术水平，力求做出实用灵活的智能小车。

应用环境

系统硬件环境

Easyarm1138

内核：

32位ARMCortex-M3（ARMv7M架构）；

运行频率：

50MHz

时钟周期：

快速可嵌套中断，6～12个时钟周期；

外设资源：

7组GPIO

内置：

看门狗定时器（WatchDogTimer）、USB接口的下载仿真器

外围电路设计：

5只LED指示灯、3只KEY、1只交流蜂鸣器、两排插针引出全部GPIO资源，以及ADC0～ADC7、5V、3.3V、GND等；

Easyarm1138各部位电路图如下：

图2-1Easyarm1138的MCU电路图

JTAG是由几家主要的电子制造商发起制订的PCB和IC测试标准。

其原理图如下：

图2-2JTAG电路图

USB是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。

是应用在PC领域的接口技术。

USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。

图2-3USB/PWR电路图

LED是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。

图2-4LED电路图

步进电机28BYJ-48-5V

额定电压：

5VDC

相 

数：

4相8拍

步距角：

5.625°

/64

减速比：

1/64

步进角度：

5.625x1/64

牵入转矩：

>

34.3mN.m（120Hz）

自定位转矩：

34.3mN.m

直径：

28mm

重 

量：

32g

步进电机28BYJ-48-5V工作原理图如下：

图2-5步进电机28BYJ-48-5V工作原理图

该步进电机为四相步进电机，采用单极性直流电源供电。

只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。

步进电机28BYJ-48-5V电路图如下：

图2-6步进电机28BYJ-48-5V电路图

红外避障驱动

有障碍：

OUT输出持续（断点）低电平

无障碍：

OUT输出持续高电平

工作电压：

3.8v-5v

最大工作电流（5V时）：

14mA

三条线：

VCC、GND、OUT

精密可调电位器：

根据使用环境调节

可调电位器调节范围：

5cm-100cm

反射距离：

跟具体的反射目标来决定,可根据情况调节

红色的LED：

探测到障碍时发光

数码管显示

共阴极数码管：

图2-7数码管原理图

小车轮子

轮宽：

26.6mm

轴外径：

13.8mm

轴孔宽：

3.66mm

轴孔长：

5.3mm

皮胎内径：

51.8mm

皮胎外径：

66mm

系统软件环境

本系统的软件环境如下：

操作系统：

Windows2000或以上版本

开发工具包：

Stellaris外设驱动库

集成开发工具：

IAREmbeddedWorkbench

功能规格

系统采用C语言、IAREmbeddedWorkbench软件及Stellaris外设驱动库进行小车的程序书写，采用Protell99SE进行红外避障以及步进电机驱动的硬件模块设计。

[2]

系统设计

系统总体设计

总体设计

（1）根据需求分析生成的文档，对项目进行总体设计，使用模块流程图，组成模块元素清单，对系统进行设计与分析提供详细的指导。

（2）设计模块结构，将按功能需求划分为最小单元的功能模块。

确定各模块间的关系，将其连接起来进行整体分析。

系统的功能模块

红外避障功能模块

此子系统主要功能模块有：

收发信号模块、预调电位器、LED显示模块。

收发信号模块的功能：

由发射器发射信号，若前方有障碍，则接收器能够接收到信号，最终将信号输送至Easyarm1138；

反之，若前方无障碍，则接收器不能接收到信号，因此仍保持小车前一秒的运行状态。

预调电位器的功能：

可调红外感应距离，使小车在复杂多变的地形环境中可以灵活多变的进行应用。

LED显示模块的功能：

有障碍时输出低电平，无障碍时输出持续高电平。

其显示作用在于提醒用户哪一端检测到了障碍物。

步进电机驱动功能模块

ULN2003AN、LED显示模块

ULN2003AN模块的功能：

交替为四相八拍步进电机提供4个交替的高低电平，通过对四相交替的输入高电平，使得电机开始转动。

高电平时其点亮，表明其对应的四相的工作正常。

蜂鸣功能模块

蜂鸣工作模块

蜂鸣工作模块的功能：

遇到障碍物时报警。

为以示区别，左侧红外检测到障碍时发出低沉的声音，右侧红外检测到障碍物时发出尖锐的声音。

加减速功能模块

KEY1键、KEY2键

KEY1键的功能：

加速，提高速度档位。

KEY2键的功能：

减速，降低速度档位。

速度显示模块

七段数码管

七段数码管的功能：

根据KEY1键及KEY2键的速度调整情况，实时的显示当前小车行驶的速度的档位情况。

小车系统结构图

小车系统结构总设计图：

图3-1小车结构图

详细设计

详细设计的任务

根据总体设计生成的小车系统结构图，确定具体地实现智能小车其各种功能的具体方法，既在行驶中自动探测、躲避障碍物、自我车身调整、蜂鸣提醒、加减运行速度、显示行驶速度为目标加以确定核心代码的实现方案。

详细设计之后应该得出模块需求的精确描述，进行需求模块的流程图绘制，使得在设计时思路更加清晰，使代码编写阶段根据以上述描述编写具体代码。

具体设计

红外避障流程图[4]

图3-2红外避障流程图

图解：

当小车向前行进时，左右两个红外避障检测仪实时监测左右两方是否遇到障碍物。

①当检测仪检测到有障碍物时，开始判断障碍物的位置，是在左、右、还是正前方，然后将信息输入Easyarm1138进行后续步进电机行动处理。

②当检测仪没有检测到障碍物时，开始判断此时是否有按键中断，即此时是否需要进行小车行进速度的调整。

步进电机驱动流程图

图3-3步进电机驱动流程图

当红外监测完毕后，小车按照监测结果选择行进方式。

①当左侧红外检测到障碍物时，左轮不动，右轮超前前进10°

，若右侧红外没有探测到障碍物，则左轮顺时针、右轮逆时针旋转20°

，进行二次调整，躲避障碍物之后向前行进。

②当左侧红外检测到障碍物时，左轮不动，右轮超前前进10°

，若右侧红外探测到障碍物，则左轮顺时针、右轮逆时针旋转90°

，躲避障碍物之后向前行进。

③当右侧红外检测到障碍物时，右轮不动，左轮超前前进10°

，若左侧红外没有探测到障碍物，则右轮顺时针、左轮逆时针旋转20°

④当右侧红外检测到障碍物时，右轮不动，左轮超前前进10°

，若左侧红外探测到障碍物，则右轮顺时针、左轮逆时针旋转90°

⑤当左右红外均没有探测到障碍物时，小车向前行进。

加减行驶速度模块流程图

图3-4加减行驶速度流程图

由中断后的按键选择进行行驶速度的调整。

①按下KEY1键，进行加速运动，即减小电机延迟。

②按下KEY2键，进行减速运动，即增加电机延时。

速度显示模块流程图

图3-5速度显示流程图

由中断后的按键选择进行当前速度档位的显示。

①每按下KEY1键一次，七段数码管所显示的数字逐个加1，每按下KEY2键一次，反之，七段数码管所显示的数字逐个减1。

②此次设计，为凸显行驶速度的突变，共设1-4的4个档位，因此档位最小为1，最大为4。

但程序中已写好可调整至9个档位的程序，使得此项功能灵活多变。

总体设计流程图

系统实现

核心部分实现方法

红外蔽障模块

红外蔽障模块包括，初始化红外蔽障函数和红外蔽障模块中断服务子程序。

这是小车在行进过程中遇到障碍及时调整的核心内容。

此外红外蔽障模块还有配合显示的LED子模块和配合发音的蜂鸣器子模块。

它们都是为方便我们判断小车当前行为状态的子模块。

其部分代码及代码分析见附件1。

5V4相步进电机的驱动模块[5