多功能智能小车 设计说明

郑州电力职业技术学院

毕业设计

题目：＿＿视力保护器

系别信息工程系

专业应用电子技术

班级11应用电子班

学号***********

姓名贾林飞＿

目录

一、绪论 (1)

二、设计要求 (2)

（一）总体设计 (3)

（二）方案论证 (3)

1．单片机选择论证 (3)

2．传感器设计方案 (3)

三、多功能智能小车使用说明 (4)

（一）、功能介绍 (4)

（二）、使用说明 (5)

四、智能小车硬件设计 (5)

（一）智能小车硬件分配 (5)

（二）机械部分材料清单 (6)

（三）电路设计 (8)

五、智能小车软件设计 (14)

（一）总体流程图 (14)

六、开发流程 (17)

（一）编译环境 (17)

（二）Keil C51 集成工具和用途 (17)

七、结论 (19)

致谢 (20)

附录 (21)

附录A (21)

一、绪论

（一）国内外研究现状

国内外随着计算机技术，控制技术，信息技术的快速发展，工业的生产和管理进入了自动化，信息化和智能化的时代，智能化已经成为时代发展的需要。第三代单片机包括了Intel公司发展MCS-51系列的新一代产品，如8ｘC152﹑80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8ｘC451﹑8ｘC452,还包括了Philips﹑Siemens﹑ADM﹑Fujutsu﹑OKI﹑Harria-Metra﹑

ATMEL等公司以80C51为核心推出的大量各具特色﹑与80C51兼容的单片机。新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩展，以实现Microcomputer完善的控制功能为己任，将一些外部接口功能单元如A/D﹑PWM﹑PCA(可编程计数器阵列)﹑WDT(监视定时器)﹑高速I/O口﹑计数器的捕获/比较逻辑等。这一代单片机中，在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线，为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。Philips公司还为这一代单片机80C51系列8ｘC592单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线----CAN(Controller Area Network BUS).新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了良好的基础。该项目可以应用于机车头自动寻迹，工厂自动化，仓库管理，可提高劳动生产效率，改善劳动环境。在柔性自动化生产线，智能仓库管理及物流配送等领域，当生产环境恶劣时，工人不能完成的任务如物料运输和装卸等，可采用智能寻迹小车完成相应的任务。基于生产现场和日常生活的实际需要，研究和开发智能寻迹小车系统具有十分重要的意义。

二、设计要求

在本次设计中，要求所设计的小车具有自动寻迹的功能，能在指定跑道上匀速，平稳地运行。跑道为黑色。其背景色为白色，跑道可以为环形，圆形，梯形。很明显，我们要设计的小车是要能沿黑线跑道正常行驶，并在此基础上，尽量提高小车行驶速度。

（一）总体设计

系统框架图如图1.1

图2-1系统框架图说明

智能寻迹小车能寻迹主要是由前方的两对红外发射与接收探头来完成的。根据光有反射的特性。所以说当红外发射出来的光线遇到物体时，就会形成反射的光线，而这个经反射的红外光线刚好被红外接收探头接收到。当红外接收探头接收到信号后，再将信号送到单片机由单片机内部程序来控制电机，由电机完成小车的前进，转向。

（二）方案论证

1．单片机选择论证

在单片机选择提供两种选择一种是8031另一种是AT89S51，选用8031单片机系统，8031单片机内不带程序存储器ROM，使用时用户需外接程序存储器8255和一片2764，来进行扩展。电路复杂。选用AT89S51单片机系统，AT89S51里有4K程序存储器是FLASH 工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。不用扩展外部存储器。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。由此可见选用AT89S51单片机。

2．传感器设计方案

在传感器方案的选择中，有以下两种方案供参考：

方案一：使用CCD传感器来采集路面信息。使用CCD传感器，可以获取大量的图像信息，可以全面完整的掌握路径信息，可以进行较远距离的预测和识别图像复杂的路面而且抗干扰能力强。但是对于本项目来说，使用CCD传感器也有其不足之处。首先使用CCD传感器需要有大量图像处理的工作，需要进行大量数据的存储和计算。因为是以实现小车视觉为目的，实现起来工作量较大，电路复杂。

方案二：使用光电传感器来采集路面信息。使用红外传感器最大的优点就是结构简明，实现方便，成本低廉，免去了复杂的图像处理工作，反应灵敏，响应时间低，便于近距离路面情况的检测。但红外传感器的缺点是，它所获取的信息是不完全的，只能对路面情况作简单的黑白判别，检测距离有限，而且容易受到诸多扰动的影响，抗干扰能力较差，背景光源，器件之间的差异，传感器高度位置的差异等都将对其造成干扰。

在本次设计中，赛道为黑色与白色两种颜色，小车只要能区分黑色就可以采集到准确的路面信息。经过综合考虑，在本设计中采用红外光电传感器作为信息采集元件。

3、控制算法设计方案

在小车的运行中，主要有方向和速度的控制，即舵机和电机的控制，这两个控制是系统软件的核心操作，对小车的性能有着决定性的作用。

对舵机的控制，要达到的目的就是：在任何情况下，总能给舵机一个合适的偏移量，保证小车能始终连贯地沿黑线以最少距离行驶。在舵机的控制方案中，有以下两种方案可供选择：

方案一：比例控制

这种控制方法就是在检测到车体偏离的信息时给小车一个预置的反向偏移量，让其回到跑道。比例算法简单有效，参数容易调整，算法实现简单，不需要复杂的数字计算。在实际应用中，由于传感器的个数与布局方式的限制，其控制量的输出是一个离散值，不能对舵机进行精确地控制，容易引起舵机左右摇摆，造成小车行驶过程中的振荡，而且其收敛速度也有限。

方案二：PID控制

PID控制在比例控制的基础上加入了积分和微分控制，可以抑制振荡，加快收敛速度，调节适当的参数可以有效地解决方案一的不足。不过P，I，D三个参数的设定较难，需要不断的进行调试，凭经验来设定，因此其适应性较差。

方案三：最少拍控制

最少拍设计，是指系统在典型输入信号（如阶跃信号，速度信号，加速度信号等）作用下，经过最少拍（有限拍），使系统输出的稳态误差为零。所以，最少拍控制系统，也称最少拍无差系统，最少拍随动系统，实质上是时间最优控制系统，系统的性能指标就是系统的调节时间最短或尽可能短。可以看出系统对闭环脉冲传递函数的要求是快速性和准确性。也就是说让小车在行驶出跑道后，能在最短的时间内回到跑道上。最少拍控制系统的设计与被控对象的零极位置有很密切的关系。

在本次设计中小车只要求按照跑道行驶，跑道简单。能有快速性，准确性的反应就可以，经过综合考虑后，采用最少拍控制。

三、多功能智能小车使用说明

（一）、功能介绍

多功能智能小车采用现在较为流行的8位单片机作为系统大脑。以8051系列家族中