1、毕业设计文献综述 电气工程及其自动化 基于单片机的自动往返小汽车的设计 一、前言 智能车辆是一个运用计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术来实现环境感知、规划决策和自动行驶为一体的高新技术综合体 。 它在军事、民用和科学研究等方面已获得了应用，对解决道路交通安全提供了一种新的途径 。 随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究， 许多国家已经把电子设计比赛作为创新教育的战略性手段。电子设计 涉及到多个学科，机械电子、传感器技术、自动控制技术、人工智能控制、计算机与通信技
2、术等等，是众多领域的高科技。电子设计技术，它是一个国家高科技实例的一个重要标准， 可见其研究意义很大。 本次设计虽然只是一个模型，但是具有充分的科学性和实用性。首先我们按照适当的比例制作出一个路况模型。在行驶路段中，脉冲调制的红外线传感器将检测到的信号发送给单片机，单片机根据程序发出相应的控制信号控制小车进行动作。 二、主题部分 科技的进步带动了产品的智能化，单片机的应用更是加快了发展的步伐，它的应用范围日益广泛，已经远远 的超出了计算机科学领域。小到玩具、信用卡，大到航天飞机、机器人，从实现数据采集、远程控制、模糊控制等智能系统带人类的日常生活，到处离不开单片机，此设计正是单片机的一个典型的
3、应用。此设计通过实现了小车的无人驾驶，通过对路面的检测，由单片机来判断控制其小车的反应情况，使其变得智能化，实现自动的前进，转弯，停止功能，此系统还不断的完善后可以应用到道路检测，安全巡逻中，能满足社会的需求。 智能小车是智能车辆研究的一个分支。它以车轮作为移动机构、能够实现自主行驶，所以我们称之为智能小车。智能小车具有机器人的基本特征 易于编程。它与遥控小车的不同之处在于，后者需要操作员来控制其转向、启停和进退，比较先进的遥控车还能控制其速度 (常见的模型小车都属于这类遥控车 )；而智能小车则可以通过计算机编程来实现其对小车启停、行驶方向以及速度的控制，无需人工干预。操作员可以通过修改智能小
4、车的计算机程序或者某些数据来改变它的行驶方式。这种可以通过编程来控制、改变小车行驶方式的特性是智能小车的最大特点。智能小车控制系统的研究目的是使得小车行驶具有更高自主性。如果任意给定小车一条无障路径，通过该系统，小车就可以得到系统对路径图形处理后的数据(位移与转角 )，并能根据位移和转角信息按照预定路径行进。 整个硬件系统可分为控制部分模块、光源探测模块、直流电机驱动模块、车灯显示模块、数码显示模块等。 如图 1 所示：选用 89C51 型号的单片机作为小车往返系统的核心控制部分；用红外光电传感器来检测小车是否经过跑道上的黑线，来确定小车在跑道上的具体位置，然后以小车当前所处的位置具体的对小车
5、的行驶状态进行调整；同时传感器输入的信号可以通过单片机控制继电器的吸合放开，以此控制转向电机的脉冲电压来控制电机的转向，最终实现小车行驶方向偏离的纠正；小车的调速采用软件控制的 PWM 调速控制来驱动电机的转动速度；小车以及单片机的电源用单一的 9V 直流电源供电，通过 DC/DC 转变后分别向单片机以及电动机供电；小车的行驶情况通过 LED 数码管加上译码块组成的静态显示模块显示出来。 图 1 硬件框图 在设计上，使用四个传感器来检测路面的情况，传感器的信号比较微弱，采用一个放大器进行比较放大，并将其信号输入到控制器，在受控制端使用步进电机，因为步进电机是用电脉冲进行控制的，只要从控制器输出
6、满足步进电机功过的固定控制字即可。此外步进电机的 运作还要一个驱动电路，故电路中还要加入一个驱动电路，各个功能模块对电源电流的要求不同，对电源部分设置转换电路，从而满足各个部分的需要。经过元件的比较选择，设计光源探测模块 整形 计数器 译码 显示 光源探测模块 整形 时钟 计数器 PWM 方向控制 电机 译码 显示 出电路原理图和电路板，并做好硬件的调试，系统往往是软件和硬件两者相结合的有机整体。软件上，使用 51 单片机的定时器中断来控制路面检测间隔和小车的运动及速度。由于带那路比较简单，就采用较为传统的汇编语言进行程序设计。对于程序设计的正确性，用较常用的 keil c51 仿真软件进行仿
7、真验证，最后便是软硬件的综合调试，证明本设计方案的正确性和可行性。 软件编程是循 迹小车的灵魂，小车精确地循迹基于合理的编程算法，为了便于调试结构明朗，小车的软件编程分为主函数、检测循迹函数和控制函数。其中，主函数合理地分配调用各个模块函数，主要负责各模块间的总体协调。循迹检测函数负责稳定地判定各种信息，将信息值返回，以便主函数或别的函数调用处理。控制函数主要负责小车的状态控制，根据传感器返回的信息准确地判定小车所处的位置，并做出相应的响应。其中控制函数中包含了各种算法以实现系统控制的稳定性。由于控制的数学模型不易建立。所有的函数算法均是经过无数次的调试而一步步的写出来的。在此处也不好给 出具
8、体的数学模型来阐述，函数的设计流程如图 2 所示。 开始 P1.7=1？ 鸣叫一次 小车正向前进 停车 延迟 10 秒 后退 延迟 10 秒 停车 结果 检测是否有黑线 小车行驶 黑线位置 调整速度 小车侧边传感器 小车前端传感器 纠正小车方向 图 2 软件框图 三、小结 经过文献的搜索与整理使我受益匪浅。小车往返系统的设计可以用很多种方式实现：可以将 PLC 作为控制核心，也可以用传统的数字电路实现控制功能，但是经过相互对比，借用89C51 控制小车最为优势。将 89C51 单片机配上其他芯片如电源转换的 CD34063， LED 显示部分配上 CD4511 BCD 码七段码译码驱动器。这样
9、不但比较好的实现任务要求，而且电路简单。 参考文 献 1李广弟 . 单片机基础 M，（第三版） . 北京：北京航空航天大学出版社， 2007. 2康华光 . 电子技术基础：模拟部分 M，（第四版） . 北京：高等教育出版社， 2003. 3康华光 . 电子技术基础：数字部分 M，（第四版） . 北京：高等教育出版社， 2001. 4杨欣 . 51 单片机应用从零开始 M. 北京：清华大学出版社， 2008. 5李光飞 . 51 系列单片机设计实例 M. 北京：北京航空航天大学出版社， 2006. 6胡佳文 . 单片机实验与课程设计 M. 浙江：浙江大学 出版社， 2010. 7 康华光，陈大钦 . 电子技术基础模拟部分 M，（第四版） . 华中理工大学 ,2008. 8 王兆安，黄俊 . 电力电子技术 M，（第四版） . 机械工业出版社 2009. 9董民政 . 自动往返电动小汽车设计报告 J. 兰州铁道学院学报， 2001. 10楼然苗 . 单片机实验与课程设计 (Proteus 仿真版 )M. 浙江大学出版社， 2009. 11楼然苗 . 51 系列单片机原理及设计实例 M. 北京航空航天大学出版社， 2008. 12闫胜利 . Altium Designer 6.x 中文版实用教程 -原理图与 PCB 设计 M. 电子工业出版社 ， 2010.
