1、 1 毕业设计之学院：信息技术学院专业：电子信息工程指导老师：报告人： 2 绩效概述绩效管理绩效管理实施过程KPI与BSC第 2 页 目录页 CONTENTS PAGE 第二章 硬件电路设计第一章 设计概述 目录 引 言第三章 软件设计第四章 测试及结论 致 谢 3 过渡页TRANSITION PAGE第 3 页引言课题背景课题研究意义 4 引言课题背景及国内外研究现状无容置疑，机电一体化人才的培养不论是在国外还是国内，都开始重视起来，主要表现在大学生的各种大型的创新比赛，比如：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很
2、好的培养大学生对于机电一体化的兴趣与强化机电一体化的相关知识。但很现实的状况是，国内不论是在机械还是电气领域，与国外的差距还是很明显的，所以作为机电一体化学生，必须加倍努力，为逐步赶上国外先进水平并超过之而努力。 为了适应机电一体化的发展在汽车智能化方向的发展要求，提出简易智能小车的构想，目的在于：通过独立设计并制作一辆具有简单智能化的简易小车，获得项目整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。所以立“智能循迹小车”一题作为尝试。 5 过渡页TRANSITION PAGE第 5 页第一章智能小车概述设计任务及要求 6 根据要求，确定如下设计方案：甲车车头紧靠起点标志线，乙车车尾紧
3、靠边界，甲、乙两辆小车同时起动，先后通过起点标志线，在行车道同向而行，实现两车交替超车领跑功能。跑道如图所示： 1第一章智能小车概述 7 2 通过对题目的分析，我们把智能小车分解成这几个模块，即单片机主控模块、电源模块、电机驱动模块、红外传感模块、蓝牙通信模块等几个部分。模块框架图如图所示：控制模块循迹探测模块测距模块无线通信模块电源模块电机模块电机驱动模块第一章设计方案及要求 8 3基本要求（1）甲车和乙车分别从起点标志线开始，在行车道各正常行驶一圈。（2）甲、乙两车按图跑道图所示位置同时起动，乙车通过超车标志线在超车区内实现超车功能，并先于甲车到达终点标志线，即第一圈实现乙车超过甲车。（3
4、）甲、乙两车在完成（2）时的行驶时间要尽可能短。发挥部分（1）在完成基本要求（2）后，甲、乙两车继续行驶第二圈，要求甲车通过超车标志线后要实现超车功能，并先于乙车到达终点标志线，即第二圈完成甲车超过乙车，实现交替领跑。甲、乙两车在第二圈行驶的时间要尽可能的短。（2）甲、乙两车继续行驶第三圈和第四圈，并交替领跑；两车行驶的时间要尽可能的短。第一章设计方案及要求 9 过渡页TRANSITION PAGE第 9 页第二章主控芯片循迹探测模块电机驱动模块超声波测速模块无线通信模块最终方案 10 1我所使用的是STC12C5A60S2单片机， 是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低
5、功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，其指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强抗干扰能力。图为单片机最小系统模块图。第二章主控芯片单片机最小系统模块图 11 第二章循迹探测模块利用红外线在不同颜色物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被小车上的接收管接收：如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管收不到红外光。单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车行走的路线。最后我们采用光电传
6、感器，其型号就是最普遍的ST188，做为小车的寻迹探测模块。其电器特性和光电特性如表1和表2所示，其外观如图所示。 外观图 2项目符号数值单位输入正向电流IF50Ma反向电压VR6V耗散功率P75mA输出集-射电压Vceo25V射-集电压Vceo6V集电极功率Pc50mA工作温度Topr2065储存温度Tstg3075表2 光电特性表1 电器特性项目符号测试条件最小典型最大单位输入正向压降VfIf=20mA1.251.5V反向电流IrVr=3V10A输出集电极暗电流IceoVce=20V1A集电极亮电流ILVce=15V If=8mAH10.3mAH20.4mAH30.5mA饱和压降VceIf
7、=8mA Ic=0.5mA 0.4V 12 第二章电机驱动模块L298N是内含两个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，可以驱动46V，2A以下电机，接受标准TTL逻辑电平信号。用该芯片来驱动电机，操作起来方便，又稳定，输出电流大，能够给小车提供较大的速度，且启动，制动快18。所以我们采用此方案。如图为L298N的电机驱动电路。一个L298N芯片可以驱动两个电机，四个输入端，四个输出端，两个使能端，单片机输出PWN给驱动芯片，从而来控制小车。 3 13 第二章超声波测速模块我们用专用的超声波测距芯片来控制两小车的距离，使其在特定的位置控制其距离来保证小车超车的顺利完成。如图所示为超声波测距的时序图
8、，先发出一个触发信号，模块内部再循环发出高脉冲，被拉成高电平，当接收到返回信号时，模块内部被拉低，通过超声波的波速乘上高电平的一半时间就是小车离前面小车的距离，然后通过程序再对小车进行相应的控制。 4 14 采用HC-05嵌入式蓝牙串口通信，该芯片主从一体，多一个蓝牙通信协议硬件。通过电脑调试容易，传输的信息量大。主设备只能与从设备配对连接然后通讯。从设备可以与主设备配对连接通讯之外还可以与手机、电脑的蓝牙适配器、PDA等设备配对连接然后通讯。如果需要单片机与单片机之间通讯，则需要一对蓝牙设备（1个主设备+1个从设备），配对过程是全自动的，不需要人工干预。串口默认波特率为9600，配对密码：1
9、234，默认名称：BOLUTEK最终我们采用蓝牙来进行两小车之间的通信。我们考虑到蓝牙配对容易，通信受到的干扰较小，比较稳定。当前面的小车跑到超车区时，后面的小车到达超车标志线，当后面的小车刚好检测到超车标志线的第一根黑线时通过蓝牙给后面的小车发送指令，使其减速，缓慢向前行驶，当后面的小车超过前面的小车通过超车区后面的第一个转弯标志线时再发出一个蓝牙指令给另一个小车，使其加速。 5第二章无限通信模块 15 第二章最终方案（1）电源模块：LM7805电源稳压芯片（2）控制模块：STC12C5A60S单片机（3）循迹探测模块：ST188光电传感器（4）测距模块：超声波测距（5）电机模块：普通直流电
10、机（6）电机驱动模块：L298N驱动芯片（7）无线通信模块：HC-05嵌入式蓝牙（8）车体：三轮车（带一个万向轮）6 16 过渡页TRANSITION PAGE第 16 页第三章软件设计 17 开始甲乙两车直行乙车计数四次检测起始标志并计数左转内循迹甲车外循迹至超车区，乙车内循迹乙车超车结束线时，甲车启动中断返回定时器初始化开定时器中断运行中断服务程序有中断开始结束a+a=4a=0是否开始主程序流程产生PWM信号流程图定时器中断流程图本系统软件采用模块化结构，由主程序定时子程序、中断子程序显示子程序调速子程序构成。第三章 18 过渡页TRANSITION PAGE第 18 页第四章测试数据及分
11、析结果 19 圈数小车行驶时间第一圈38s第二圈40s第三圈38s第四圈40s(1)计时精度分析 计时系统采用了新型显示芯片。理论上的误差不到1秒/年。(2)测距精度分析 测速系统采用了电机轴光电码盘检测技术。电机轴与车轮轴之间采用了齿轮箱二级减速，变比1/16。车轮周长135mm,光电码盘与电机轴安装在一起，电机轴每一转产生2个脉冲，车轮每转产生32个脉冲，理论测量精度可达135mm/32=4.22mm4.5mm (3)定位精度分析 本设计采用实际测量与软件补偿技术，理论上可使定位精度提高到误差10mm。 小车行驶时间统计如右表 第四章 20 过渡页TRANSITION PAGE第 20 页
12、致谢 21 本科毕业论文设计即将结束之际，我要感谢在这一学期在毕业设计阶段所有帮助过我的人们。首先，我要最衷心地感谢的是我的导师谭老师，本文是在谭老师悉心指导下完成的，谭老师严谨的治学作风、求实的工作态度使我受益匪浅，更重要的是从谭老师身上学到了对待任何事情的那种精益求精和一丝不苟的精神和态度。 在一个学期的课题研究过程中，谭老师给与了我许多关心和指导，谭老师认真工作的精神、敏锐的洞察力、科学的工作方法、真诚的性格永远是我学习的榜样。我还要感谢有一批在毕业设计期间在学业和生活上都给予我莫大帮助的同学朋友们，是你们给了我巨大的鼓舞和动力。当然，还有一份感激之情难于言表，那就是感谢我的父母不辞辛劳培养了我，没有你们就没有我的今天。再次，我还要感谢大学四年来所有的任课老师，是他们把科学的方法和知识传授给了我。最后，感谢所有在毕业设计期间给与我帮助的老师，同学和朋友们，衷心的谢谢大家！致谢
