1、本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化电动小车控制系统的设计一、课题研究意义及现状自第一台工业机器人诞生以来,机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。从普通的玩具机器人到工业控制机器人，从能够模拟人的行为的机器人到可以进行太空探测的机器人，可以预见今后的智能机器人的应用将更加广泛。机器人智能化水平的提高大大增进了劳动效率,减轻了人的劳动强度,提高了产品质量,改善了劳动环境,减少了能源和材料消耗,保证了安全等。本课题对机器人一种类别：智能小车做一个简单的设计和研究，以了解机器人大致的原理和应用。智能小车，即轮式机器人，可以理解为机器人的一种特例，比机器人的智能化程度稍微
2、低了一点。而众所周知的机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，它在人类生活领域应用的不断扩大，给人们的生产生活产生了巨大的影响。智能小车与遥控小车不同，遥控小车需要操作人员控制其转向、启动停止和前进后退，智能小车，则可以通过单片机控制来实现其对行驶方向、启动、停止以及速度的控制，无需人工干预。操作人员可以通过修改智能小车的控制程序来改变它的行驶方式。智能小车是一个集环境感知，动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。他集中运用了计算机、传感器、通信、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。现在的智能小车基本功能可以有自动循迹功能、避障功能、趋光行驶功
3、能、金属探测功能，另外还有一些扩展功能有声音控制、语音播报、测温、无线遥控、测速及里程、测量路面坡度。智能作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或者更高的目标，本设计主要体现多功能小车的智能模式，设计中的理论方案，分析方法与特色与创新点等可以为自动运输机器人，采矿勘探机器人等自动半自动机器人的设计与普及有一定的参考意义。同时小车可以作为玩具的发展对象，为中国玩具市场技术含量的缺乏进行一定的弥补，实现经济收益，形成商业价值。二、课题研究的主要内容和预期目标本课题主要设计一个多功能电动小车系统，掌握电动小
4、车系统的组成，并应用 C51 系列单片机设计一个电动小车系统的自动控制方案。主要内容:（1）了解和研究电动小车中常用的小功率直流电机的驱动方案；（2）研究实现小车自动寻迹和智能避障的方案。（3）分析基于 C51 单片机的电机控制解决方案，确定系统设计中需要用到 STC89C52的内部结构、通用 I/O 数目等参数；（4）系统的整体硬件结构设计(包括芯片规划和外围电路设计)；（5）设计电机驱动模块电路、寻迹和避障功能实现模块电路，并绘制原理图，制作PCB 板；（6）应用 C 语言编写系统应用程序，进行硬件电路的调试。预期目标:完成小车控制系统中各模块电路的设计和制作，并完成设计论文。3、课题研究
5、的方法及措施电动小车控制系统主要实现避障和循迹两个功能。电动小车控制系统由 C51 单片机主控模块、直流电机驱动模块、行车轨迹检测模块、障碍物检测模块、行驶状态显示模块、按键模块和电源模块组成。系统组成框图如下：C51单片机主控模块障碍物检测模块按 键 模 块直流电机驱动模块行驶状态显示模块行车轨迹检测模块电源稳压模块图：系统组成1.行车轨迹检测模块元件：采用反射式红外光电传感器原理：由于光线照到路面产生反射，且黑色与白色反射系数不同，可以根据传感器接收到的光判断车是否超出黑线。电路检测到黑色或白色的时候可以产生高低电平信号的变化，并将信号送至单片机，从而控制左右电机转动，实现小车沿黑线运动。
6、2.障碍物检测模块元件：采用超声波传感器原理：由于超声波遇到障碍物会反射，电路初始状态下为高电平，检测到障碍物时变为低电平，将信号输入单片机，以控制左右电机转动，实现避障。3.按键模块主要用来控制小车启动和停止。4.直流电机驱动模块元件：直流电机原理：给电机通电，电机两端分别通正负电流即可实现正转或反转。可利用单片机的四个 I/O 口，比如 P1.0P1.3，编程实现。5.行驶状态显示模块可用来显示障碍物距离或者显示小车行驶方向状态。四、课题研究进度计划毕业设计期限：自 2010 年 10 月 15 至 2010 年 5 月 1 日。1、2010 年 10 月 20 日-11 月 10 日：分
7、析所给任务，收集资料，系统设计方案制定，2、2010 年 11 月 11 日-11 月 30 日：完成关于电动小车控制系统的开题报告、文献综述、外文翻译。3、2010 年 2 月 18 日-3 月 20 日：设计与写论文，系统模块软件程序设计，4、2010 年 3 月 20 日-4 月 1 日：PCB 设计和制作，撰写设计报告与论文。5、2010 年 3 月 20 日-5 月 1 日：设计作品系统调试和完善，论文修改。6、2010 年 5 月 1 日-5 月 15 日：完成答辩。五、参考文献1 宋长套，赵国象，任领.移动机器人超声波避碰传感器系统设计J.计算机测量与控制，2006，12.2 唐
8、颖,程菊花,任条娟等.单片机原理与应用及 C51 程序设计M.北京: 北京大学出版社,2008.3 戴国骏.系统可配置单片机原理与应用M.北京：机械工业出版社，2009，4.4 杨武强.机器人超声波避障控制系统的研究D.中国石油大学，2007.5 郭天祥.新概念单片机 c 语言教程入门提高开发拓展全攻略M.北京:电子工业出版社,2009.6 张子栋，吴雪冰，吴慎山.智能传感器原理及应用J.河南科技学院报（自然科学版）2008,6，36（2）:116119.7 Peng Ren-ming.Design of the Control System for Intelligence VehicleJ
9、. Journal of Mianyang Normal University,2009,11:2831.8 孙浩等.基于 HCS12 的小车智能控制系统设计J.单片机与嵌入式系统应用，2007，3：5153.9 何希才,任力颖,杨静.实用传感器接口电路实例M.北京:中国电力出版社,2007.10 卿太全，梁渊，郭明琼。传感器应用电路M.北京：中国电力出版社，2008.11 夏路易.单片机技术基础教程与实践M.北京：电子工业出版社，2008,10.12 李建中.单片机原理及运用M.西安：西安电子科技大学出版社，2007,12.毕业论文文献综述电气工程及自动化传感器技术研究综述摘要：传感器技术（
10、非电量测量技术）是现代科学技术的一个重要分支，它是信息科学阵地的“前沿哨所”，是信息捕捉的重要手段。本文详细阐述了传感器技术在各个领域的具体应用，并论述了其在各方面的发展趋势。关键词：传感器；发展；趋势1 引言传感器是一种能把特定的被测非电量信息（包括物理量，化学量，生物量）按一定的规律转化为便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置或器件。传感器技术是测量控制的技术的基础，可以说，如果没有传感器对原始信息进行精确可靠的捕获和转换，那么一切测量和控制都是不可能实现的 1。现代信息技术的三大基础是信息采集（即传感器技术） 、信息传输（通信技术）和信息处理（计算机技术） 。传感器技术被认为是
11、信息技术三大支柱之一。一些发达国家都把传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等位置。随着现代科学发展, 传感技术作为一种与现代科学密切相关的新兴学科也得到迅速的发展, 并且在工业自动化、测量和检测技术、航天技术、军事工程、医疗诊断等学科被越来越广泛地利用, 同时对各学科发展还有促进作用 2。 2 传感器技术的应用传感器技术是涉及国民经济及国防科研各领域的重要技术，运用十分广泛。通过对传感器技术应用的研究，我们不能可以了解传感器技术的发展现状，而且能对其未来发展趋势进行预测。2.1 工业生产中的应用在现代化生产过程中, 需用各种传感器来监视和控制生产过程的各个参量,以便于用来产品检验和质量控制。
12、传感器技术在工业生产领域中广泛应用于产品的在线检测，如零件尺寸、产品缺陷等，实现了产品质量控制的自动化，为现代品质管理提供了可靠保障。另外，传感器技术与运动控制技术、过程控制技术相结合，应用于装配定位等生产环节，促进了工业生产的自动化，提高了生产效率。在智能汽车中，传感器作为汽车电子自动化控制系统的信息源、关键部件和核心技术，其技术性能将直接影响到汽车的智能化水平 3。目前普通轿车约需要安装几十至近百只传感器，而豪华轿车上传感器的数量更是多达两百余只。发动机部分主要安装温度传感器、压力传感器、转速传感器、流量传感器、气体浓度和爆震传感器等，它们需要向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工
13、作状况信息，对发动机的工作状况进行精确控制。汽车底盘使用了车速传感器、踏板传感器、加速度传感器、节气门传感器、发动机转速传感器、水温传感器、油温传感器等，从而实现了控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等功能。车身部分安装有温度传感器、湿度传感器、风量传感器、日照传感器、车速传感器、加速度传感器、测距传感器、图像传感器等，有效地提高了汽车的安全性、可靠性和舒适性等 4。2.2日常生活中的应用传感器技术在日常生活中的应用也越来越广泛。传感器技术普遍应用于家用电器，如数码相机和数码摄像机的自动对焦；空调、冰箱、电饭煲等的温度检测；遥控接收的红外检测等。医疗卫生事业中的数字体温计、电
14、子血压计、血糖测试仪等设备同样是传感器技术的产物 5。2.3科技军事中的应用传感器技术的发展推动了科学技术的进步。目前传感器在军事领域的应用主要体现在地面传感器，其特点是结构简单、便于携带、易于埋伏和伪装，可用于飞机空投、火炮发射或人工埋伏到交通线上和敌人出现的地段，用来执行预警、地面搜索和监视任务。当前的军事领域使用的传感器主要有震动传感器、声响传感器、磁性传感器、红外传感器、电缆传感器、压力传感器和扰动传感器等。传感器技术在航天领域中的作用更是举足轻重，用于火箭测控、飞行器测控等 6。3 传感器技术发展3.1传感器技术发展过程近百年来，传感器的发展大致经历了一下三个阶段， 第一阶段是结构型
15、传感器. 它利用结构参量变化来感受和转化信号. 例如: 电阻应变式传感器, 它是利用金属材料发生弹性形变时电阻的变化来转化电信号的.第二阶段是上世纪70年代开始发展起来的固体传感器, 这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成, 是利用材料某些特性制成的. 如: 利用热电效应、霍尔效应、光敏效应, 分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器等.第三阶段是上世纪80年代刚刚发展起来的智能传感器. 所谓智能传感器是指其对外界信息具有一定检测、自诊断、数据处理以及自适应能力, 是微型计算机技术与检测技术相结合的产物. 80年代智能化测量主要以微处理器为核心, 把传感器信号调节电路、微计算机
16、、存贮器及接口集成到一块芯片上, 使传感器具有一定的人工智能. 90年代智能化测量技术有了进一步的提高, 在传感器一级水平实现智能化, 使其具有自诊断功能、记忆功能、多参量测量功能以及联网通信功能等 7.3.2 传感器技术发展趋势3.21新材料开发应用传感器的材料是传感器技术的重要基和前提，新材料的研发力度的加强是发展传感器技术的必然要求 8。虽然早期使用的材料如：半导体材料，其灵敏度高，响应速度快，体积小且便于集成化，仍将占传感器技术应用的主导地位，但是纳米，生物，智能材料等新型材料的开发与应用，不仅扩充了传感器的种类,也改善了传感器的性能, 还拓宽了传感器的应用领域 9。3.22传感器的多
17、功能集成化随着技术发展个和半导体细加工技术的进步，传感器也逐渐采用更高级的集成化技术，从一个点的测量发展到一个平面和空间的测量，这意味的一种传感器可以检测多种参数。从而在不影响系统功能的前提下降低生产成本，减小体积，提高传感器的稳定性，可靠性等指标 10。3.23传感器的智能化当前，智能化传感器有了很大的发展，智能化传感器开始与人工智能相结合, 创造出各种基于模糊推理、人工神经网络、专家系统等人工智能技术的高度智能传感器,在工业制造方面得到利用，相信未来会更加成熟。 12智能化传感器能够进行检测和信号处理能力，且具有微处理，存储，自诊断，通信，调节等特点。虽然传感器只是一个小小的装置，但它涉及
18、的学科非常广泛，如物理、化学、生物、医学、电子、材料、工艺等。相信在任何一个领域中研究的深入，都会对传感器的发展起到推进作用。4 总结传感器技术是当今世界令人瞩目、迅猛发展的高新科技术之一，也是当代科学发展的一个重要标志，与通信技术、计算机技术共同构成21世界信息产业的三大支柱。 12计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸。因此各发达国家都将传感器技术作为本世纪重点技术加以发展，国内外仪器仪表的市场容量逐年上升，即使在20010年也处于高位运行，传感器技术必将走在现代工业的前列。 参考文献1 王俊峰，孟令启.现代传感器应用技术M.北京:机械工业出版社，2006,8.2 黄显武,郑
19、莜霞.传感器原理与应用M.北京：电子科技大学出版社,2004.3 孙克军，刘建业，魏英静，郭英军.常用传感器应用技术问答.北京：机械工业出版社，2009，1.4 纪宗南.现代传感器应用技术和实用线路M.北京：中国电力出版社，2009，1.5 张洪润,张亚凡,邓洪敏.传感器原理及应用M.北京:清华大学出版社,2008,7.6 何希才,任力颖,杨静.实用传感器接口电路实例M.北京:中国电力出版社,2007.7 Nikolay V. Kirianaki.Data Acquisition and Signal Processing for Smart SensorsM.John Wiley & Son
20、s, Ltd,2006.6.8 Julian W. Gardner,Vijay Varadan ,Osama O,Awadelkarim.Microsensors, MEMS and Smart DevicesM.John Wiley & Sons, Ltd,2001,12.9 秦宪军.光电传感器技术的发展趋势及应用实例J.电气时代,2001.10 陈津.传感器技术应用综述及发展趋势探讨J.科技创新导报,2008.11 芮延年.机器人技术及其应用M.北京：化学工业出版社，2008，7.12 余成波，聂春燕，张佳薇.传感器原理与应用M.武汉：华中科技大学，2010，1.毕业论文（20_ _届）电 动 小 车 控 制 系 统 的 设 计摘 要智能是现在社会发展的趋势，它可以按照预先设计好的模式在特殊的环境里可以工作，给人们带来很多的方便。本设计为基于 C51 系列单片机的电动小车控制系统，本设计主要体现在智能，可以给智能家电提供参考意义，整个小车平台主要以 STC89C52 单片机为控制核心，采用超声波检测、红外传感器检测，结合脉冲发射电路、接收电路和相应的控制电路，实现小车自动循迹，智能避障等功能，用数码管显示小车与障碍物的距离。关键词：智能小车；超声波；红外传感器；单片机
