基于单片机控制的智能小车设计与制作样本.doc
《基于单片机控制的智能小车设计与制作样本.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机控制的智能小车设计与制作样本.doc(41页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、目 录摘要11 引 言12 方案论证22.1 控制核心选取及其简介22.2 小车驱动方式选取42.3 直流电机驱动模块52.4 障碍检测模块62.5 电源模块73 系统硬件设计83.1 车体构造及其驱动电路83.1.1 直流电机电路设计93.1.2 通道控制93.1.3 电机调速103.1.4 驱动模块113.2 避障模块123.3 硬件完毕后小车总体图134 系统软件设计144.1 主程序设计154.2 障碍检测模块程序设计154.3 语音播放程序设计175 使用阐明20总结与展望21参照文献23附录124附录227附录331基于单片机控制智能小车设计与制作摘 要:课题重要任务是设计并制作一
2、辆智能小车,规定实现小车语音控制、直线迈进与倒退、避免撞到障碍物三大功能。设计以80C51单片机为控制核心,应用光电传感器和超声波传感器,成功实现了小车三大功能。课题完毕了红外线传感器、小车骨架、直流电机以及电源等硬件选取、采购、各传感器接口电路设计和制作,以及各传感器和电路安装位置和方式安排,并完毕了整个硬件制作工作。此外,对整个控制软件进行设计和程序编制以及程序调试,并最后完毕软件和硬件融合,实现小车预期功能。核心词:智能小车、红外防碰撞传感器、单片机 1 引 言当今世界,传感器技术和自动控制技术正在飞速发展,机械、电气和电子信息已经不再明显分家,自动控制在工业领域中地位已经越来越重要,“
3、智能”这个词也已经成为了热门词汇。当前国外自动控制和传感器技术已经达到了很高水平,特别是日本,例如日本本田制作机器人,其仿人双足行走已经做得十分逼真,并且具备一定学习能力,还据说其智商已达到6岁小朋友水平。作为机械行业代表产品汽车,其与电子信息产业融合速度也明显提高,呈现出两个明显特点:一是电子装置占汽车整车(特别是轿车)价值量比例逐渐提高,汽车将由以机械产品为主向高档机电一体化方向发展,汽车电子产业也很有也许成为依托整车制造业和用车提高配备而迅速成为新增长点;二是汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展,使其不但作为一种代步工具、同步能具备交通、娱乐、办公和通讯等各种功能。无容置疑,机电一
4、体化人才培养无论是在国外还是国内,都开始注重起来,重要体当前大学生各种大型创新比赛,例如:亚洲广播电视联盟亚太地区机器人大赛(ABU ROBCON)、全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛等众多重要竞赛都能较好培养大学生对于机电一体化兴趣与强化机电一体化有关知识。但很现状是,国内无论是在机械还是电气领域,与国外差距还是很明显,因此作为物流自动化专业学生,必要加倍努力,为逐渐赶上国外先进水平并超过之而努力。我选取这个课题作为我课程设计目在于:通过独立设计并制作一辆具备简朴智能化简易小车,获得项目整体设计能力,使自己在控制方面有一定结识。因此立“基于单片机控制智能小车设计与制作”一题作为尝试。此项设
5、计是在袁斌教师指引下,采用80C51单片机作为控制核心,逐渐实现蜂鸣器唱歌、躲避障碍和直线行走三大功能。完毕硬件实物制作与组装,并编制有关程序,使其实现功能融合,做出具备预先规定功能实物。 2 方案论证小车总体功能描述:在小车底盘上有一种总开关,当开关闭合时,小车开始工作,唱着歌直线前行,并可实现调速。在小车迈进过程中,将调用避障函数进行避障,因此一旦离障碍物距离不大于安全距离时,(设安全距离为20CM),小车进入壁障模式。小车前方装有两个红外壁障传感器,当检测到左侧有障碍时,向右转,当检测到右侧有障碍物时,向左转,当检测到前方障碍物无法避开时,小车停车并倒退,此时蜂鸣器发出警报声。下面依照设
6、计规定,针对各模块需要完毕功能,本着简朴、实用、便宜、容易操作、稳定原则,对各模块进行充分理论分析和方案论证。2.1 控制核心选取及其简介 主控制器采用MCS51系列单片机AT89C52,AT89C52是一种低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k bytes可重复擦写Flash只读程序存储器和256 bytes随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司高密度、非易失性存储技术生产,兼容原则MCS-51指令系统,片内置通用8位中央解决器和Flash存储单元3。MCS51单片机内部基本构造框图如图2-1所示,由如下某些构成4:(1) 一种8 位微解决器(CPU)。(2) 片内数据
7、存储器RAM(128B),用以存储可以读写数据,如运算中间成果、最后成果以及状态标志位等。(3) 片内程序存储器ROM(4KB),用以存储已编制好程序及程序中用到常数。(4) 四个8 位并行IO 接口P0P3,每个口既可以用作输入,也可以用作输出使用。(5) 两个定期器计数器,每个定期器计数器都可以设立成计数方式,用以对外部事件进行计数,也可以设立成定期方式,并可以依照计数或定期成果实现计算机控制。(6) 五个中断源中断控制系统,提供两个中断优先级,能实现两级中断嵌套。 (7) 一种全双工串行异步通信接口,用于实现单片机之间或单机与微机之间串行通信。(8) 片内振荡器和时钟产生电路,但需要外接
8、石英晶体和微调电容,最高容许振荡频率为12MHz。单片机内部各功能部件通过内部总线连接,传送地址信息、数据信息和控制信息,各功能部件分时使用总线,即所谓内部单总线构造。AT89C52与其她MCS51单片机不同之处在于具备8KB可重复擦写(不不大于1000次)Flash ROM以及3个16位可编程定期/计数器中断。可重复擦写Flash ROM使得单片机能重复写入程序,使用更加地以便。综合我设计系统,单片机优势就显现出来了:操作简朴、以便、快捷。充分发挥其资源丰富,强大地控制功能和位寻址操作功能,更可贵是其价格低廉。图2.1 51板实物图2.2 小车驱动方式选取玩具小车上两个电机均为普通玩具直流电
9、动机,前轮用一种电机控制方向,后轮电机用来驱动小车,这就是老式控制小车方向方式,缺陷是转向过于敏捷;此外一种常用驱动方式为两电机四驱,差速转向,其长处是转向性能好,能实现原地360转向,且在循迹行走时候能比较稳定行驶,但是这种驱动方式硬件制作比较有难度;尚有一种驱动方案是采用三轮方案,即前面或背面安装一种万向轮,然后两电机分别控制两驱动轮,这种驱动方式具备两电机四驱长处,并且硬件制作简朴多了。比较上面三种方案,一方面排除了第三种方案,由于一开始定位是要做四轮车。对于第二种驱动方式虽然有制作经验,但是制作过于麻烦。综合以上三种方案,拟定后轮采用两个直流电机传递动力,转向时控制直流电机实现一种轮子
10、反转,另一种轮子正转,达到预期转向目;前轮用滚珠代替轮子,可实现360自由转向,敏捷度较高。 图2.2 驱动方式实物图2.3 直流电机驱动模块 L298N是ST公司生产一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机,也可以驱动两台直流电机。 图2.3 L298驱动模块实物图2.4 障碍检测模块智能小车既然智能,至少规定其在行走过程中不能遇到障碍物,因此其必要具备避障功能。避障基本原理为小车不断发射某种东西(例如光或波),并不断检测这种东西反射状况来判断前面有无障碍。普通障碍检测传感器选取有两种:A运用光电开关。这种办法简朴实用,也很稳定,并且接口电路简朴,甚至不用
11、单独设计接口电路。但是其体积较大,并且检测距离不够远,对障碍规定也比较高,例如遇到玻璃之类透明物体就不能有效辨认了。B运用超声波。这种办法较为复杂,特别是接口电路设计,有一定难度,但其具备体积小、敏捷度高、检测距离远、对障碍物规定不高等长处。光电开关避障比较简朴,就是在一定距离内有反射就以为遇到障碍,可以恰当调节接受敏捷度来小幅度调节避障距离,这种方式不需要单片机参加计算,因此可觉得单片机节约资源;而超声波避障原理则相对复杂某些:超声波发射器向某一方向发射波,在发射时刻同步开始计时,超声波在空气中传播,途中遇到障碍物就及时返回来,超声波接受器收到发射波就及时停止计时。超声波在空气中传播图2.3
12、 TCT40-16T/R1速度为340m/s,依照计时器记录时间t,就可以计算出发射点距离障碍物距离(s),即:s=340t/2。当计算距离不大于程序中设定障碍安全距离时,则以为遇到障碍。因此这个距离可以以便在程序中调节,但是这种避障方式需要单片机参加计算,占用了资源。 图2.4E18-D80NK传感器实物图综合对比两种方案优略,最后采用超声波避障,从网络上查得一种比较适当超声波传感器,型号为E18-D80NK,其实物图如图2-4所示。该传感器使用有效地避免了可见光干扰,检测距离可达80cm。2.5电源模块 方案一是采用有限电源通过稳压芯片供电,其长处是可提供稳定5V电压,但占用资源过大;方案
13、二是采用8个1.5V干电池供电。综合以上两种方案和已有材料,拟定用型号为YSD-12260(12V)大容量锂离子可充电电池供电。一条线路直接接驱动模块,给电机供电,另一条线路接稳压模块,降压至5V给单片机供电。 3 系统硬件设计在第2章方案论证基本上,依照设计规定,对各模块硬件进行系统设计。3.1 车体构造及其驱动电路车体驱动方式已经在前一章拟定下来,硬件某些则在原有小车基本上进行,小车实物图如图3.1所示,控制板下电路板为电机驱动电路板。该小车为四轮构造,车构造示意图如图3.1所示。其中前面两个滚珠由铜柱支撑,来调节小车迈进方向。在自然状态下,前轮向前滚动。背面两个车轮由后轮电机驱动,为整个
14、小车提供动力,因此又称前面轮子为方向轮,背面两个轮子为驱动轮。 图3.1 小车实物图3.1.1直流电机电路图直流电机线路在开发面板上已集成好了,接线时只需按程序设定好通道接线。 图3.2 直流电机驱动电路 3.1.2通道控制通过对电机接口电平进行控制,实现两步电机正反转,以此来实现小车迈进、转向、倒退。结合对后轮状态分析,得到小车运营状态与输入对照表,如表3.1所示: 表3.1 输入与小车运动状态对照表IOB11IOB10IOB9IOB8左电机右电机小车0000停转停转停1010正转正转迈进1001正转反转右转0110反转正转左转0101反转反转后退3.1.3电机调速PWM是英文“Pulse
15、Width Modulation”缩写,简称脉宽调制。它是运用微解决器数字输出对模仿电路进行控制一种有效技术,广泛应用于测量,通信,功率控制与变换等许多领域。一种模仿控制方式,依照相应载荷变化来调制晶体管栅极或基极偏置,来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间变化,这种方式能使电源输出电压在工作条件下变化时保持恒定。PWM调速系统有下列长处:(1)由于PWM调速系统开关频率较高,仅靠电枢电感滤波作用就可以获得脉动很小直流电流,电枢电流容易持续,系统低速运营平稳,调速范畴较宽,可达1:10000左右。由于电流波形比V-M系统好,在相似平均电流下,电动机损耗和发热都比较小。(2)同样由于开关频
16、率高,若与迅速响应电机相配合,系统可以获得很宽频带,因而迅速响应性能好,动态抗扰能力强。(3)由于电力电子器件只工作在开关状态,主电路损耗较小,装置效率较高。依照以上综合比较,以及本设计中受控电机容量和直流电机调速发展方向,本设计采用了H型单极型可逆PWM变换器进行调速。脉宽调速也可通过单片机控制继电器闭合来实现,但是驱动能力有限。为顺利实现电动小汽车前行与倒车,本设计采用了可逆PWM变换器。可逆PWM变换器主电路构造式有H型、T型等类型。咱们在设计中采用了惯用双极式H型变换器,它是由4个三极电力晶体管和4各续流二极管构成桥式电路。执行PWM操作之前,这种微解决器规定在软件中完毕如下工作: *
17、 设立提供调制方波片上定期器/计数器周期 * 在PWM控制寄存器中设立接通时间 * 设立PWM输出方向,这个输出是一种通用I/O管脚 * 启动定期器 * 使能PWM控制器 图3.3 PWM波图3.1.4 驱动模块L298是SGS公司产品,比较常用是15脚Multiwatt封装L298N,内部同样包括4通道逻辑驱动电路。可以以便驱动两个直流电机,或一种两相步进电机。输出电压最高可达50V,可以直接通过电源来调节输出电压;可以直接用单片机IO口提供信号;并且电路简朴,使用比较以便。L298N可接受原则TTL逻辑电平信号VSS,VSS可接457 V电压。4脚VS接电源电压,VS电压范畴VIH为254
18、6 V。输出电流可达25 A,可驱动电感性负载。1脚和15脚下管发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻,形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机,OUT1,OUT2和OUT3,OUT4之间可分别接电动机,本实验装置咱们选用驱动一台电动机。5,7,10,12脚接输入控制电平,控制电机正反转。EnA,EnB接控制使能端,控制电机停转。In3,In4逻辑图与表1相似。由表1可知EnA为低电平时,输入电平对电机控制起作用,当EnA为高电平,输入电平为一高一低,电机正或反转。同为低电平电机停止,同为高电平电机刹停。 图3.4 L298N内部功能模块 表3.2 L298N状态相应3.2避障模块光电开关工
19、作时,由内部振荡回路产生调制脉冲经反射电路后,由发射管辐射出光脉冲。当被测物体进入受光器作用范畴时,被反射回来光脉冲进入光敏二极管。并在接受电路中将光脉冲解调为电脉冲信号,再经放大器放大和同步选通整形,然后用数字积分或RC积分方式排除干扰,最后经延时(或不延时)触发驱动器输出光电开关控制信号。直接反射光电开关是一种集发射器和接受器于一体传感器,当有被检测物体通过时,将光电开关发射器发射足够量光线反射到接受器,于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体表面光亮或其反光率极高时, 直接反射式光电开关是首选检测模式。光电式传感器(光电开关)NPN常开型号:E18-D80NK。光电开关E18技术参数:
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 控制 智能 小车 设计 制作 样本
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【二***】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【二***】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。