简易智能电动车的设计毕业设计.doc
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毕业设计
题目：
简易智能电动车的设计
专业机电一体化
班级
姓名
指导教师
目录
第一部分设计任务与调研 3
第二部分设计说明 5
第三部分设计成果 10
第四部分结束语 16
第五部分致谢 17
第六部分参考文献 18
第一部分设计任务与调研
1、毕业设计的主要任务
本设计的主要任务为在如图1-1所示的行驶路线图中完成如下任务：
①电动车从起跑线出发（车体不得超过起跑线）、沿宽度为2cm的黑色引导线到达B点。
在“直道区”铺设的白纸下沿引导线埋有1~3块宽度为15cm、长度不等的薄铁片。
电动车检测到薄铁片时，立即发出声光指示信息，并实时存储、显示在“直道区”检测到的薄铁片数目。
②电动车到达B点后进入“弯道区”，沿圆弧引导线到达C点（也可脱离圆弧引导线到达C点）。
C点下埋有边长为15cm的正方形薄铁片，要求电动车到达C点检测到薄铁片后在C处停车5秒，停车期间发出断续的声光信息。
③电动车在光源的引导下，通过障碍区进入停车区并到达车库。
电动车必须在两个障碍物之间通过且不得与其接触。
④电动车完成上述任务后立即停车，全程不得超过90秒，行驶时间达到90秒时立即自动停车。
障
碍
物
1
障
碍
物
2
1m
1m
2m
R=0.8m
C
B
5cm
起跑线
1.2m
2.3m
0.4m
5cm
5cm
2cm
5cm
5cm
2cm
停车区
0.4m
12cm
光源
1.45m
0.4m
0.3m
直道区
弯道区
2m
O
50cm
障碍区
引导线
车库
0.2m
0.4m
15cm
12.5cm
12.5cm
5cm
图1-1智能电动车行驶路线示意图
2、研究意义
智能小车，也就是轮式机器人，最适合在那些人类无法工作的环境中工作，该技术可应用于无人驾驶机动车，无人生产线，仓库，服务机器人等领域。
以下列举了机器人的一些应用，所有这些用途正逐步渗入到工业和社会的各个层面。
在产品检测方面，对零部件、线路板及其它类似产品的检测是机器人比较常见的应用。
一般来说，监测系统中还集成有其它一些设备，他们是视觉系统、X射线装置、超声波探测仪或其它类似仪器。
在瓦斯、地压检测方面，瓦斯和冲击地压是井下作业中的两个不安全的自然因素，一旦发生突然事故，是相当危险和严重的。
但瓦斯和冲击地压在形成突发事故前，都会表现出种种迹象，如岩石破裂等。
采用带有专用新型传感器的移动式机器人连续监视采矿状态，以便及早发现事故突发先兆，采取相应的预防措施。
在智能轮椅领域，随着社会的发展和人类文明程度的提高，人们特别是残疾人愈来愈需要运用现代高新科技技术来改善他们的生活质量和生活自由度。
智能轮椅主要有口令识别与语音合成、机器人自动定位、动态随机避障、多传感器信息融合、实时自适应导航控制功能。
用于帮助残障人行走。
在危险环境下，机器人非常适合在危险的环境中使用。
在这些险恶的环境下工作，人类必须采取严密的保护措施。
而机器人可以进入或穿过这些危险区域进行维护和探测工作，而且不需要得到像对待人一样的保护。
在智能车辆领域，智能小车自动行驶功能的研究将有助于智能车辆的研究。
特别能够对人类的汽车交通带来巨大的影响，在改进道路交通安全方面提供了新的解决途径。
汽车交通是世界上交通事故发生最多的交通工具，而对于避障智能小车而言，小车在遇到人或者其他障碍物时，可发出声光警告提前预警，提醒司机，从而减少交通事故的发生。
因此研究智能小车有利于减少交通事故的发生。
对于探索型智能小车而言，它可以代替人们在恶劣的环境下执行任务。
智能小车在探索未知的事物，特别是对于探索太空其他星球而言，智能小车具备有人类不具备的优势：
智能小车适应环境能力非常强，可以在恶劣的环境下工作，如在无氧，高温，低温，高压，强辐射等恶劣的环境下。
这是人类无法适从的。
所以研究智能小车是很有必要的。
当然要使智能小车更完美就需要人类制造更先进传感器，制造出更先进的处理器，编写更合理的程序，这对我们来说是一个挑战。
第二部分设计说明
1、整体方案设计
本设计为简易智能电动车，包括单片机最小系统、红外避障模块、红外循迹模块、寻光模块、电机驱动模块、电源模块，声光报警模块。
小车能根据传感器采集到的信号经单片机编程处理后，从而实现对小车的智能控制。
系统整体框图如图2-1所示。
2只红外传感器（避障）
2只红外对管（线路跟踪）
2只光敏传感器（寻找光源）
单片机（89C52）
电机驱动电路
3只电机
A/D
LCD
声光报警
电源电路
1只金属探测传感器
图2-1系统总体框图
2、方案选择与电路设计
2.1线路跟踪电路
方案一：
采用CCD单色摄像头，配计算机主板及图像采集卡。
对白背景下，黑线的识别，目前做的比较成熟，效果相当好。
但成本高，很难找到合适的载体。
方案二：
采用颜色传感器。
目前颜色传感器的应用，越来越广泛，效果也可以。
但几百元的价格及相对复杂的处理电路，并且还需要光源，所以也不是一个很好的选择。
方案三：
采用一左一右两个红外发射接收对管。
该传感器不但价格便宜，容易购买，而且处理电路（如图2-2所示），简单易行，实际使用效果很好，能很顺利地引导小车到达C点。
在该电路中，加比较器LM311的目的，是使模拟量转化为开关量，便于处理。
为使发射有一定的功率，发射回路要求不小于20mA的电流。
根据，故可选择R1=150Ω。
启动时，小车跨骑在黑线上。
两个红外发射接收对管，分别安装在黑线的两侧的白色区域，输出为低电压，当走偏，位于黑线上时，输出为高电压。
因黑线较窄（2cm），为及时调整车的方向，选择比较器的阀值为2.5v，即黑白相间的位置，即开始调整。
实验表明，效果较理想
图2-2红外发射接收对管处理电路
2.2避障电路
方案一：
采用激光传感器测距。
能非常准确地测出小车与障碍物的距离，但价格也高，处理复杂，不符合我们的要求。
方案二：
采用超声传感器。
进口的超声传感器，换能器薄，并且带处理电路，输出与距离成比例的模拟信号，通过AD转换，可获得距离信息，价格贵。
也有一些较简单的超声传感器及处理电路，能输出开关量信息，价格也不贵，是一个好的选择，但由于没买到现成的处理电路，平常又没有做过这种电路，时间紧，故未采用。
方案三：
采用左右两个红外传感器。
红外传感器，是目前使用比较普遍的一种避障传感器，其处理电路如图2-3所示，通过调节R23、R24两个电位器，可调节两个红外传感器的检测距离为10—80cm，开关量输出（TTL电平），简单、可靠。
我们采用这种电路，能可靠地检测左前方、右前方、前方的障碍情况，为成功避障提供了保证。
图2-3红外发射及接收处理电路
2.3光源检测电路
为了检测光线的强弱，我们在小车左前方、右前方加了2只光敏传感器，即光敏电阻。
电路如图2-4所示。
光敏传感器根据照射在它上面的光线的强弱，阻值发生变化，输出电压随之变化，通过ADC0809后，得到与光强相对应的数字量，从而引导小车，向光源靠近。
不同型号的光敏电阻，暗电阻及亮电阻差别较大，需根据不同参数的光敏电阻，选用不同大小的分压电阻。
图2-4光源检测电路
2.4电机驱动电路
电动小车的本身自带的换向及驱动电路，相当粗糙，电机的特性也很不好，不能调速。
电压低了，速度慢，驱动力矩小，走不动；电压高时（刚换上电池时），速度又很快，难以调整。
在这上面，花费了不少的时间，效果很不好。
最后，决定对小车的电机及驱动电路，进行了更换。
后轮采用了一对减速直流电机，其驱动电路如图2-8所示。
采用PWM控制，可较方便的对电机进行调速。
图2-5电机驱动电路
3、软件设计
3.1软件所实现的功能
①路线跟踪
②障碍检测
③寻找光源
④金属探测，数目存储、显示
⑤运行时间显示
⑥起跑线与金属铁片中心点间的距离计算与显示
3.2软件流程
系统的主程序流程框图如图2-6所示。
开始
系统初始化
延时2s后，启动电机。
计时开始
路线跟踪模块：
运行过程中，不断检测是否压线，压线，则及时调整；同时进行金属探测，记数，计算、显示距离，根据距离及探测到的金属判断C点位置。
断续声光报警5s。
启动避障、寻找光源模块：
1．在C点，调整车的方向
2．先向左，在向右，调整车的位置
3．根据红外和光敏传感器的信息，实时调整小车的运动方向
4．根据光敏传感器的信息，入库
5．显示完成或成功及运行总时间。
结束
图2-6系统的主程序流程框图
第三部分设计成果
程序清单
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
/***********************
控制使能端调速
************************/
sbiten1=P1^4;
sbiten2=P1^5;
/***********************
电机输入控制端
************************/
sbitin1=P1^0;
sbitin2=P1^1;
sbitin3=P1^2;
sbitin4=P1^3;
/***********************
报警控制端
************************/
sbitP16=P1^6;//光警报
sbitP17=P1^7;//声音警报
uchartemp3,temp0,temp2;
uintt;
voiddmot（）;//直走
voidlmot（）;//左拐
voidrmot（）;//右拐
voidtmot（）;//后退
voidsmot（）;//停止
voidxgt（）;//寻光调试
voidbzt（）;//避障调试
voidxjt（）;//循迹调试
voidinit（） //初始化函数
{
P1=0X7F;
P2=0XFF;
P0=0XFF;
en1=0;
en2=0;
P3=0XFF;
temp0=P3;
/*******************************
定时器初始化
********************************/
TMOD=0X01;//设置定时器0为工作方式1
TH0=（65536-46080）/256;//装初值
TL0=（65536-46080）%256;
EA=1;//开总中断
ET0=1;//开定时器0中断
TR0=1;//启动定时器0
}
voiddelay（uintz）//延时调速函数
{
uintx;
for（x=z;x>0;x--）;
}
voidmain（）//主函数
{
init（）;
while
（1）
{
P16=1;//灯灭
P17=0;//声音关
if（t<2400）
{
P16=1;//灯灭
P17=0;//声音关
if（P3!
=0XF8）
{
xgt（）;//寻光调试
}
else
{
if（P2!
=0xff）
{
bzt（）;//避障调试
}
else
{
xjt（）;//循迹调试
}
}
}
else
smot（）;
}
}
voiddmot（） //直进走程序
{
en1=1;
en2=1;
in1=0;
in2=1;
in3=0;
in4=1;
delay（150）;
en1=0;
en2=0;
delay（150）;
}
voidlmot（）//前左拐
{
en1=1;
en2=0;
in1=0;
in2=1;
in3=0;
in4=1;
delay（300）;
en1=0;
en2=0;
delay（300）;
}
voidrmot（）//前右拐
{
en1=0;
en2=1;
in1=0;
in2=1;
in3=0;
in4=1;
delay（300）;
en1=0;
en2=0;
delay（300）;
}
voidtmot（）//后退
{
en1=1;
en2=1;
in1=1;
in2=0;
in3=1;
in4=0;
delay（300）;
en1=0;
en2=0;
delay（300）;
}
voidsmot（）//停
{
en1=0;
en2=0;
}
voidxgt（）//寻光调试
{
temp3=P3;
switch（temp3）
{
case0xf9:
rmot（）;break;
case0xfa:
dmot（）;break;
case0xfb:
rmot（）;break;
case0xfc:
lmot（）;break;
case0xfe:
lmot（）;break;
case0xff:
smot（）;break;
}
}
voidbzt（）//避障调试
{
P16=0;//灯亮
P17=1;//警报
temp2=P2;
switch（temp2）
{
case0xff:
dmot（）;break;
case0xfb:
rmot（）;break;
case0xfe:
lmot（）;break;
case0xf9:
rmot（）;break;
case0xfc:
lmot（）;break;
case0xfd:
lmot（）;break;
case0xf8:
tmot（）;break;
case0xfa:
tmot（）;break;
}
}
voidxjt（）//循迹调试
{
temp0=P0;
switch（temp0）
{
case0xe0:
dmot（）;break;
case0xe4:
dmot（）;break;
case0xe8:
lmot（）;break;
case0xec:
lmot（）;break;
case0xf0:
lmot（）;break;
case0xf8:
lmot（）;break;
case0xe6:
rmot（）;break;
case0xe2:
rmot（）;break;
case0xe1:
rmot（）;break;
case0xe3:
rmot（）;break;
case0xfc:
lmot（）;break;
case0xe7:
rmot（）;break;
case0xfe:
lmot（）;break;
case0xef:
rmot（）;break;
case0xee:
tmot（）;break;
}
}
voidexter0（）interrupt1
{
TH0=（65536-46080）/256;
TL0=（65536-46080）%256;
t++;
第四部分结束语
本设计系统以单片机AT89C52芯片为核心控制，用各种传感器来进行循迹，探测金属、障碍物和光源。
由最后测试实验，智能小车实现了题目的基本要求。
在系统的设计过程中，力求硬件简单实效，充分发挥了软件编程方便、灵活的特点，并最大限度地挖掘单片机的资源，来满足系统的设计要求。
因实验器材存在一定的误差，所以给设计带来与理论一定的偏差，但功能基本上是能实现的。
本实验还存在需要改进的地方。
此次毕业设计的课题为简易智能电动车，这个课题是专业知识（单片机的应用）和实际很好的一次结合。
通过本次简易智能电动车的设计与制作，我掌握了单片机最小系统的具体应用方法和工作原理，进一步认识了“H-桥”控制与驱动系统。
目前，在科技迅速发展的今天单片机构成的现代电子系统已成为主流电子系统或其重要组成部分，因此，本项目的设计与开发对我们的实际操作能力起到了很好的培训作用。
第一，使我们基本掌握了一项电子设计方面的技能,巩固了我们所学的专业知识,培养了我们的创新素质和钻研精神。
第二，很好的培养了我们综合应用相关专业知识的能力。
为我们能够进一步精通和掌握相关专业课程的知识并能够举一反三学会全方位、更有深度的知识的能力打下了坚实的基础。
第三，通过基本完成软硬件设计、PCB制版、电路安装、调试等完整环节，形成电子整机。
虽然在制作过程中，大家都尽心尽力，团结一致克服困难，但也还是遇到了不少的问题。
在老师和我们大家的不断努力和协助下并通过使用现有的DVCC单片机实验开发箱，将自己的程序不断的完善、校改，反复调试后得到了期待已久的结果,从而完成了毕业设计的项目要求。
经过自己亲手的实践过程，使我学到了许多课本以外的知识，积累了一定的经验和教训，对自己将来走向工作岗位能够很快、很好的投入到工作当中起到了不可磨灭的作用。
第五部分致谢
毕业设计已经接近了尾声，这也意味着我的大学生活就要结束了，学生活一晃而过，回首走过的岁月，心中倍感充实，当我写完这篇毕业设计的时候，有一种如释重负的感觉，感慨良多。
首先，我要特别感谢我的指导老师老师。
做设计的过程是艰辛的，但是在我的努力之下还是完成了。
在这个过程中老师给了我很大的的帮助，没有他的尽心指导和严格的要求，我也不会顺利完成这次设计。
每次遇到难题，我最先做的就是向谢老师寻求帮助，而谢老师每次不管忙或闲，总会抽空来找我面谈，然后一起商量解决的办法。
平日里工作繁多，但我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，毕业设计提纲的确定，中期设计报告的修改，后期设计报告格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。
这几个月以来，谢老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀，在此谨向谢老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
其次，还要感谢这四年来教我知识的每位老师们，毕业设计能够顺利完成，你们也都有很大的功劳。
最后，要向这五年大学生活期间所有帮助过我的同学们以及各位朋友们说一声谢谢。
这次的毕业设计,对于培养我们理论联系实际的设计思想;训练综合运用机械设计和有关先修课程的理论,结合生产实际反系和解决工程实际问题的能力;巩固、加深和扩展有关机械设计方面的知识等方面有重要的作用。
写作毕业设计报告是一次再系统学习的过程，毕业设计报告的完成，同样也意味着新、生活的开始。
希望大家在将来的生活中继续追逐最初的梦想，永不放弃。
第六部分参考文献
【1】余永权.Flash单片机原理及应用.北京：
电子工业出版社，1997.
【2】王福瑞等编著.单片微机测控系统设计大全。
北京航空航天大学出版社，1999.
【3】李华.MCS-51系列单片机使用接口技术。
北京航空航天大学出版社，1990.
【4】何立民.单片机应用系统设计。
北京航空航天大学出版社，1993.
【5】方佩敏.新编传感器原理应用电路详解。
北京：
电子工业出版社，1994.
【6】黄继昌等.传感器工作原理及应用实例。
北京：
人民邮电出版社，1998.
【7】纪宗南.单片机外围器件实用手册输入通道器件分册。
北京航空航天大学出版社，1998.
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