简易智能电动车设计报告.docx

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简易智能电动车设计报告

数理与信息工程学院

课程设计

（2006.6）

设计题目简易智能电动车设计报告

专业

学院

数理与信息工程学院计算机科学与技术

学号

班级

056班05191143

作者姓名

俞承永

指导老师

余水宝，陈希

完稿时间

2006.6.30

成绩

目录

第1节引言………………………………………………………………………1

第2节方案比较、选择与论证…………………………………………………2

第3节系统总体方案设计………………………………………………………3

3.1系统总体结构设计及说明………………………………………………3

第4节系统硬件设计……………………………………………………………4

4.1系统硬件详细设计、理论分析………………………………………………4

4.2系统硬件计算、详细电路图…………………………………………………4

第5节系统软件设计……………………………………………………………8

第6节软硬件调试………………………………………………………………9

6.1阶段调试…………………………………………………………………9

6.2联合调试…………………………………………………………………9

第7节系统调试与测试结果分析………………………………………………10

7.1测试仪器与测试试验方法………………………………………………10

7.2测试数据及测试结果分析计算…………………………………………10

结束语……………………………………………………………………………11

参考文献…………………………………………………………………………12

附录………………………………………………………………………………13

简易智能电动车设计报告

数理与信息工程学院专升本056班俞承永

第1节引言

本系统按要求制作了一个简易智能电动车，它能实现的功能是：

从起跑线出发，沿引导线到达B点。

在此期间检测到铺设在白纸下的薄铁片，并同时发出声光指示信息，实时存储、显示在“直道区”检测到的薄铁片数目。

电动车到达B点以后进入“弯道区”，沿圆弧引导线到达C点，能够检测C点下正方形薄铁片，并在C点处停车5秒，停车期间发出断续的声光信息。

之后继续行驶，在光源的引导下，利用超声传感器传来的信号通过障碍区进入停车区并到达车库。

最后，电动车完成上述任务后能够立即停车，全程行驶时间小于90秒。

并附加其他功能。

另外系统中传感器电路额外加入了单片机便于89C51单片机在之后的运行中检测四周电路，减小89C51负担。

软件方面：

因为，会，利用传感器在检测到某物体时输出信号发生特定变化这种规律，让单片机只对此类信号有所反应，大大减少了处理数据，算法，从而加快了系统的反应速度。

第2节方案比较、选择与论证

根据题目要求，有两种解决方案。

1、精确定时法

这种方案主导思想是在对电动车直线、转弯行驶速度以及行程的准确把握基础上利用单片机定时来使电动车顺利通过直道区、弯到区、障碍区并且最终到达车库。

缺点：

供电电压不稳定，易导致小车车速不稳定，则距离不好控制；另外路线固定不变，不能应对意外事件，而且想要准确跑完全程对于电动车的起始位置、直线行进参数、转弯半径进行精密测量和计算，智能化差。

2、传感器引导法

这种方法核心是单片机通过对传感器信号检测来控制制动电机和电机转向的动作，智能化大大增强，可以用下图形象的表示出来：

我们把任务分为了直道+弯道区、障碍区和停车区，划分依据是：

三个部分所用到的感应器不同，实现方法也存在差别。

直道+弯道区主要用黑白检测光电传感器和金属探测接近开关。

障碍区则是用到了超声波传感器。

（带显示）

停车区考虑车库放置了光源，因此选择了光电传感器引导小车进入车库。

比起前一种方案来说，这种方案应用面更广，也更接近实用化，智能化。

重要的是单片机可以通过对感应器信号的检测来控制电机运作，从而大大提高了运行过程中的实时性，准确性、使得电动车能够轻松的完成整个过程。

综上所述，本系统设计选用方案2。

第3节系统总体设计

3．1系统总体方案设计

系统总体结构设计及说明

图一系统总体结构框图

该系统实现了电动车的自动行驶、躲避障碍物、探测金属、计数、报警、光电引导功能、测量距离、数码显示、电机控制等功能。

单片机检测出来感应器输出信号从而输出控制信号，控制电机工作，在直道区，考虑引导线是黑颜色，不宜反光，决定利用这一特性选用反射式光电传感器，当其输出信号照射到黑色引导线上是输出一个非常微弱的低电平。

这个过程是一个负跳变的过程通过对此信号高低电平的检测就可以使电动车沿着直道区和弯道区的引导线行进。

当地下有金属时，金属探测器发出一个高电平，用单片机进行检测。

沿引导线到达C点，将从金属探测接近开关发送来的信号作为一个外部终端信号处理，执行停车并发出断续的声光信号，同时进行5秒定时计数工作。

在车头安装有超声传感电路对障碍物进行检测。

（有效距离30厘米）

光电传感器接收部分用于采集光信号，通过比较输出信号向车库行驶。

（始终朝在输出信号最强的方向行驶）

以上就是完成这个题目的大体思路和方法。

第4节系统硬件设计

4．1系统硬件详细设计、理论分析

根据系统要求，硬件电路包括:

电源部分，单片机最小系统、超声波测距电路、金属探测电路、光电传感器、黑白探测传感器、

电机控制电路、显示电路，电动车整体图示如下：

图二电机控制电路、显示电路、电动车整体图

4．2系统硬件计算、详细电路图

（1）电源部分

随着微电子技术的不断进步，系统电源的设计在单片机应用系统设计中显得越来越重要，它对单片机系统是否正常工作起着至关重要的作用。

由于电动车本身为六节1.5V电池供电,根据系统要求，选择7805稳压管将直流9V电压转成5V输出。

7805直流稳压电路图：

图三7805直流稳压电路图

电动机和金属感器部分用原有的9V电压信号，其他电路、传感器都为5V电压供电。

（2）单片机最小系统

利用单片机最小系统实验电路板完成传感器与电动机的连接和控制。

单片机选用89C51，其内部有4K字节的FlashRom，电路设计简单。

具体为89C51的18、19脚接6MHz，40脚输入信号为5伏，20脚接地，EA脚接高电平。

图四单片机89C51设计图

（3）金属探测电路

由电路图可以得出，当有金属被其探测到时，输出端输出一个高电平，即发生一个正向跳变，将这个正向跳变信号用单片机检测出来，借此控制电动机产生相应的动作。

以下是金属接近开关外驱动电路：

图五金属接近开关外驱动电路

（4）显示电路

在单片机应用系统中，显示器显示常用两种方法：

静态显示和动态扫描显示。

静态显示占用单片机资源小。

可以提供单独锁存的I/O接口电路很多，这里我们组选择最常用的的串并转换电路74LS164。

利用单片机串行发送接收端口，外接4片74LS164作为4位LED显示器的静态显示接口，把89C51的RXD作为数据输出线，TXD作为移位时钟脉冲。

74LS164为TTL单向8位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出。

图六显示电路

（5）系统总图

图七系统总图

第五节系统软件设计

根据方案设定的三个部分重点解决问题，可以将单片机大量工作集中在信号检测和精确定时计数上。

具体实现方法：

因为这是一个对实时性要求很高的系统，所以大量数据信号都要在尽量短的时间内完成。

具体思路如下：

利用单片机查寻法编程，不断的检测外部传感器信号，并及时输出显示。

编程关键实时输出。

除了传感器本身延时外，还与优化程序程度和电机控制度有关。

图八程序设计框图

第6节软硬件调试

6．1阶段调试

我们按照前面的方案同样将调试分为了三个阶段：

第一阶段：

首先是直道区+弯道区的调试

• 通过两边固定的光电传感器对引导线检测来实现电动车沿着引导线到达指定的地点。

• 根据题目要求，在行进线路上需要检测金属片，因此，我们又加上了金属接近开关用于实现这个要求。

• 利用原来作过的静态显示电路板和试验用过的子程序，我们将显示功能又加在了系统当中。

第二阶段：

障碍区的调试

• 在障碍区主要解决的问题是如何躲避障碍物，我们根据题目在车头安装了一个超声波发送接收模块，当检测到有障碍物时进行转向。

第三阶段：

停车区的调试

• 检测光电接收器的输出信号，来寻找光信号最强的方向。

6．2联合调试

在分步调试全部通过的基础上，我们开始了整个系统的协调调试，协调金属传感器、黑白光电传感器、超声波传感器、光电传感器的配合工作。

第7节系统调试与测试结果分析

7.1测试仪器与测试试验方法

开发、实验及测试仪器

实验：

显示电路实验、电机长时间运行试验、模拟场地试运行试验、超声波发射接收以及测距试验、光电接收试验、电机控制试验

测试仪器：

示波器，多功能稳压电源，电压表，秒表。

7.2测试数据及测试结果分析计算

全程行进时间：

24s（误差2s）

行进距离：

11.2m（误差30~50cm）

传感器工作电压：

金属接近开关—9V

光电传感器—5V

超声波传感—5V

黑白光电传感器—5V

传感器输出信号：

金属接近开关—4.8V

光电传感器—4.78V

超声波传感—5.0V

黑白光电传感器—5V

结束语

该设计在软件和硬件上运用了一些巧妙方法：

硬件方面：

超声传感器电路部分额外加入了单片机扩展了此模块功能，并且是的输出信号有规律可循，便于89C51单片机在之后的运行中检测四周电路，减小89C51负担，同时大大提高了电动车载应对障碍物时候的反应时间。

软件方面：

因为传感器在检测到某物体时，输出信号会发生特定变化，利用这种变化规律，让单片机只对此类规律的信号有所反应，大大减少了处理数据，算法，从而加快了系统的反应速度，大量使用类似于JB/JNB命令对相应端口进行查询，并且简化程序代码，避免使用繁琐复杂的终端控制，确保系统的高精确度。

另外，整个运行过程中通过采用等分时端口查询思想，只要分时足够小，电动车就会对外界因素有充足的反映空间，即达到了接近实时的信号检测处理效果，又可通过最终等分时数目准确计算出行驶距离，一举两得。

参考文献

[1]孙育才《MCS－51系列单片机及其应用》东南大学出版社

[2]王晓明《电动机的单片机控制》北京航空航天大学出版社

[3]何立民《单片机应用系统设计》北京航空航天大学出版社

[4]杨振江杜铁军李群《流行单片机使用子程序机应用实例》西安电子科技大学出版社

[5]苏长赞《使用遥控技术手册》人民邮电出版社

附录

一、操作说明

该系统实现了电动车的自动行驶、躲避障碍物、探测金属、计数、报警、光电引导功能、测量距离、数码显示、电机控制等功能。

（1）启动时将彻底的电源开关拨至“ON”位置，此时电源接通。

（2）供电部分是6节1.5V五号电池，供电电压9V。

（3）调整电动车底部前端的微调器，可调节电动车的直线行驶性能。

（“R”是右，“L”是左）

（4）使用完毕请把车身的开关至“OFF”。

（5）长期不使用时，请取出车底及遥控器的电池，另行保管。

二、元器件清单

AT89C51，74LS04，S9014，S9013，蜂鸣器，超声波传感器，光电传感器，金属探测传感器，ULN2803，电阻、电容若干，发光管。

三、部分程序清单

（1）测金属：

MAIN:

MOVSP,60H

MOV40H,#00H

MOV41H,#00H

MOV42H,#00H

MOV43H,#00H

MOV60H,#00H

CLRP3.7

SS1:

JBP3.7,SS1

SS2:

JNBP3.7,SS2

MOV40H,60H

MOVA,40H

ADDA,#01H

DAA

MOV40H,A

MOV41H,#00H

MOV42H,#00H

MOV43H,#00H

MOV60H,40H

ACALLBCD

ACALLDISP

CLRP3.7

AJMPSS1

DISP:

MOVSCON,#00H

MOVR0,#40H

MOVR2,#04H

L00C9:

MOVSBUF,@R0

L00CB:

JNBTI,$

CLRTI

INCR0

DJNZR2,L00C9

RET

BCD:

MOVR0,#40H

MOVR2,#04H

MOVDPTR,#TABL

TAB:

MOVA,@R0

MOVCA,@A+DPTR

MOV@R0,A

INCR0

DJNZR2,TAB

RET

TABL:

DB0C0H

DB0F9H

DB0A4H

DB0B0H

DB99H

DB92H

DB82H

DB0F8H

DB80H

DB90H

（2）引导线测试：

MAIN:

MOVP1,#0FFH

ACALLDELAY1S

CLRP1.0

CC1:

JNBP3.5,CC2

CLRP1.2

AJMPCC1

CC2:

JNBP3.4,CC3

CLRP1.3

AJMPCC2

CC3:

AJMPCC1

DELAY1S:

MOVR3,#50

D1:

MOVR4,#20

D2:

MOVR5,248

DJNZR5,$

DJNZR4,D2

DJNZR3,D1

RET

（3）障碍物调试：

MAIN:

MOVP1,#0FFH

ACALLDELAY1S

SS:

CLRP1.0

NOP

DD1:

JNBP3.6,DD1

SETBP1.0

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

CLRP1.1

ACALLDELAY5S

SETBP1.1

CLRP1.0

CLRP1.3

ACALLDELAY5S

ACALLDELAY5S

ACALLDELAY5S

MOVP1,#0FFH

AJMPSS

DD3:

JNBP3.6,DD3

SETBP1.0

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

CLRP1.1

ACALLDELAY5S

SETBP1.1

CLRP1.2

CLRP1.0

ACALLDELAY5S

MOVP1,#0FFH

AJMPDD2

DELAY1S:

MOVR3,#50

D1:

MOVR4,#20

D2:

MOVR5,248

DJNZR5,$

DJNZR4,D2

DJNZR3,D1

RET

DELAY5S:

MOVR3,#5

D3:

MOVR4,#20

D4:

MOVR5,248

DJNZR5,$

DJNZR4,D4

DJNZR3,D3

RET

DELAY:

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

RET

DD2:

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

END

（4）传感器协调程序：

MAIN:

MOVP1,#0FFH

ACALLDELAY1S

CLRP1.0

MOV40H,#00H

MOV41H,#00H

MOV42H,#00H

MOV43H,#00H

MOV50H,40H

ACALLBCD

ACALLDISP

MOV40H,50H

SS1:

JBP3.7,SS0

ACALLMEATAL

AJMPSS1

SS0:

JNBP3.3,SS2;LINE

AJMPLINE;SS2

SS2:

JNBP3.5,SS3

AJMPGUAIWAN

SS3:

AJMPSS1

MEATAL:

DD1:

JNBP3.7,DD1

MOV40H,50H

MOVA,40H

ADDA,#01H

DAA

MOV40H,A

MOV41H,#00H

MOV42H,#00H

MOV43H,#00H

MOV50H,40H

ACALLBCD

ACALLDISP

MOV40H,50H

AJMPSS1

DISP:

MOVSCON,#00H

MOVR0,#40H

MOVR2,#04H

L00C9:

MOVSBUF,@R0

L00CB:

JNBTI,$

CLRTI

INCR0

DJNZR2,L00C9

RET

BCD:

MOVR0,#40H

MOVR2,#04H

MOVDPTR,#TABL

TAB:

MOVA,@R0

MOVCA,@A+DPTR

MOV@R0,A

INCR0

DJNZR2,TAB

RET

TABL:

DB0C0H

DB0F9H

DB0A4H

DB0B0H

DB99H

DB92H

DB82H

DB0F8H

DB80H

DB90H

LINE:

SETBP1.1

SETBP1.2

SETBP1.3

NOP

CLRP1.0

JBP3.5,GUAIWAN

CONTR:

CLRP1.3

ACALLDELAY9S

JBP3.5,GUAIWAN

SETBP1.3

NOP

JBP3.5,GUAIWAN

NOP

NOP

JBP3.5,GUAIWAN

NOP

NOP

NOP

CLRP1.2

ACALLDELAY8S

JBP3.5,GUAIWAN

SETBP1.2

JBP3.5,GUAIWAN

AJMPSS1

GUAIWAN:

CLRP1.0

CLRP1.2

ACALLDELAY6S

SETBP1.2

ACALLDELAY1S

CLRP1.2

ACALLDELAY6S

setbp1.2

ee1:

JBP3.7,ee1

SETBP1.0

acallDELAY

clrp1.1

acallDELAY25S

MOVP1,#0FFH

ACALLDELAY1S

ACALLDELAY1S

ACALLDELAY1S

ACALLDELAY1S

ACALLDELAY1S

CLRP1.0

FF1:

JNBP3.6,FF1

MOVP1,#0FFH

ACALLDELAY

CLRP1.1

ACALLDELAY1S

ACALLDELAY5S

SETBP1.1

ACALLDELAY1S

CLRP1.0

CLRP1.2

ACALLDELAY1S

ACALLDELAY5S

ACALLDELAY25S

SETBP1.2

ACALLDELAY

CLRP1.3

acallDELAY1S

SETBP1.3

ACALLDELAY1S

ACALLDELAY5S

GG1:

SETBP1.0

ACALLDELAY

JNBP3.4,GG2

CLRP1.0

ACALLDELAY1S

ACALLDELAY1S

AJMPQQ

GG2:

CLRP1.0

ACALLDELAY

CLRP1.3

ACALLDELAY5S

SETBP1.0

ACALLDELAY25S

AJMPGG1

QQ:

MOVP1,#0FFH

END