自動(dòng)循跡小車 課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與訓(xùn)練中心</p><p>　　本科課程設(shè)計(jì)說明書（論文）</p><p>　　題 目： 自動(dòng)循跡小車 </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　班 級： </p><p>

2、　　學(xué) 號： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　起迄日期： 2012.6.11～2012.7.6 </p><p>　　設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 工程中心 B208 </p><p>

3、　　目錄 </p><p><b>　　摘要：3</b></p><p>　　Abstract4</p><p><b>　　一、系統(tǒng)方案5</b></p><p><b>　　1、課設(shè)要求：5</b></p>

4、;<p>　　1.1、完成基本設(shè)計(jì)功能 ：5</p><p>　　1.2、發(fā)揮部分5</p><p><b>　　2、總體設(shè)計(jì)5</b></p><p>　　3、模塊方案比較與論證6</p><p>　　3.1、電源模塊：6</p><p>　　3.2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊:6&

5、lt;/p><p>　　3.3、傳感器模塊：7</p><p>　　3.4、顯示模塊:8</p><p>　　3.5、測速模塊8</p><p>　　二、循跡小車硬件設(shè)計(jì)9</p><p><b>　　1、機(jī)械設(shè)計(jì)9</b></p><p>　　2、小車各模塊分布9

6、</p><p>　　3、小車傳感器位置排布9</p><p>　　三、循跡小車軟件設(shè)計(jì)9</p><p>　　1、循跡小車主函數(shù)流程圖10</p><p>　　2、計(jì)算路程模塊流程圖10</p><p>　　3、循跡模塊流程圖12</p><p><b>　　四、 程序1

7、3</b></p><p>　　五、開發(fā)總結(jié)與心得13</p><p>　　1、總體方案論證和確立13</p><p>　　2、各分立模塊的制作調(diào)試13</p><p>　　3、總車的裝配調(diào)試13</p><p>　　4、總結(jié)與展望14</p><p><b>　

8、　六、參考文獻(xiàn)14</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要</p><p>　　課程設(shè)計(jì)說明書（論文）英文摘要</p><p><b>　　一、系統(tǒng)方案</b></p><p><b>　　1、課設(shè)要求：</b></p><p>　　1.1、

9、完成基本設(shè)計(jì)功能 ：</p><p>　　1）、車輛從起跑線出發(fā)開始計(jì)時(shí)（出發(fā)前，車體不得超出起跑線），能到達(dá)終點(diǎn)線并且停止在終點(diǎn)線。全程行駛時(shí)間應(yīng)力求最短（從合上小車電源開關(guān)開始計(jì)時(shí)）。</p><p>　　2）、到達(dá)終點(diǎn)線小車停止后，停車位置離終點(diǎn)線偏差應(yīng)最?。ㄒ孕≤囍行狞c(diǎn)與終點(diǎn)線之間距離作為偏差的測量值）。</p><p>　　3）、在行駛過程中小車檢測到加速

10、線后開始加速并發(fā)出聲光報(bào)警信號，檢測到減速線后開始減速并發(fā)出聲光報(bào)警信號。</p><p><b>　　1.2、發(fā)揮部分</b></p><p>　　1）、從起跑線開始計(jì)時(shí)，自動(dòng)記錄、時(shí)時(shí)顯示全程行駛時(shí)間（記錄顯示裝置要求安裝在小車上），誤差盡可能小。</p><p>　　2）、從起跑線開始，自動(dòng)記錄、時(shí)時(shí)顯示行駛距離X3（記錄顯示裝置要求安裝

11、在車上），誤差盡可能小。</p><p>　　3）、從起跑線開始，自動(dòng)記錄、顯示加速線1、減速線2離起跑線的距離X1,X2，誤差盡可能小。</p><p>　　4）、其它特色與創(chuàng)新。</p><p><b>　　2、總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　對設(shè)計(jì)要求就行分析，設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)模塊組成：</p>

12、<p>　　1）、信息采集模塊：信息采集部分是光電檢測，光電檢測有尋跡檢測和測速檢測兩個(gè)部分。將檢測到的信號送給單片機(jī)處理，其核心部分是幾個(gè)光電傳感器。</p><p>　　2)、控制處理模塊：控制處理模塊是一一片stc89c52單片機(jī)為核心，單片機(jī)將從采集到的信息進(jìn)行判斷后，按照預(yù)定的算法處理，把處理</p><p>　　的結(jié)果送交電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液晶顯示模塊，使之做出相應(yīng)的動(dòng)作

13、。</p><p>　　3)、執(zhí)行模塊：執(zhí)行模塊是由液晶顯示、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及電機(jī)、蜂鳴器三部分組成。液晶主要是將單片機(jī)處理的結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，方便及時(shí)用戶了解系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)根據(jù)單片機(jī)的指令對兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行動(dòng)作，使之能夠根據(jù)需要作出相應(yīng)的加速、減速、轉(zhuǎn)彎、停車等的動(dòng)作，以達(dá)到預(yù)期的目的。蜂鳴器主要是根據(jù)要求在特定的位置作出出響應(yīng)來報(bào)告位置。</p><p><b>　　框圖如下

14、：</b></p><p>　　3、模塊方案比較與論證</p><p><b>　　3.1、電源模塊：</b></p><p>　　方案一：將220V交流電進(jìn)行整流、濾波、穩(wěn)壓（采用7805穩(wěn)壓管）使輸出值為5V。但是這種方案，需要很長的電線，運(yùn)動(dòng)起來很不方便，而且危險(xiǎn)系數(shù)微高，但是輸出比較穩(wěn)定。</p><p&

15、gt;　　方案二：采用12V蓄電池為直流電機(jī)供電，用7805將12V電壓降壓、穩(wěn)壓后得單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)壓的電壓輸出性能。雖然蓄電池的體積過于龐大，在小型電動(dòng)車上使用極為不方便，但由于我們的車體設(shè)計(jì)時(shí)留出了足夠的空間，并且蓄電池的價(jià)格比較低。</p><p>　　經(jīng)過比較我們采用了方案二。</p><p>　　3.2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊:</p&g

16、t;<p>　　方案一：采用專用芯片L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。L298N是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它相應(yīng)頻率高，一片L298N可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。</p><p>　　方案二：H橋。對于直流電機(jī)用分立元件構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路由分立元件構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉。</p><p>　

17、　綜上所述，根據(jù)條件限制，我們選擇方案二</p><p><b>　　原理圖：</b></p><p><b>　　實(shí)物圖：</b></p><p>　　3.3、傳感器模塊：</p><p>　　方案一：用光敏電阻組成光敏探測器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)

18、，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時(shí)，阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。</p><p>　　方案二：用RPR220型光電對管，RPR220是一種一體化反射型光電探測器，其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接受器是一個(gè)高靈敏度，硅平面光電三極管。</p><p>　

19、　RPR220特點(diǎn)：（1）、塑料透鏡可以提高靈敏度</p><p>　?。?）、內(nèi)置可見光過濾器能減小離散光的影響</p><p>　?。?）、體積小，結(jié)構(gòu)緊湊</p><p>　　當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來時(shí)，三極管導(dǎo)通輸出低電平。此光電對管調(diào)理電路簡單，工作性能穩(wěn)定。</p><p>　　綜上所述，我們選擇方案二 </p>

20、<p><b>　　原理圖：</b></p><p><b>　　實(shí)物圖：</b></p><p><b>　　3.4、顯示模塊:</b></p><p>　　方案一：LED數(shù)碼管顯示</p><p>　　數(shù)碼管顯示具有亮度高，色彩選擇多的優(yōu)點(diǎn)，但是數(shù)碼管占用I/O

21、資源多，控制復(fù)雜，功耗較大，顯示信息量較少且單一。</p><p>　　方案二：LCD1602液晶顯示</p><p>　　液晶顯示驅(qū)動(dòng)簡單，易于控制，功耗小，且顯示信息量大，可以直觀地觀測到小車的位置及速度信息。</p><p>　　綜合考慮，決定用1602液晶顯示作為本次設(shè)計(jì)的顯示模塊</p><p><b>　　原理圖：<

22、;/b></p><p><b>　　實(shí)物圖：</b></p><p><b>　　3.5、測速模塊</b></p><p><b>　　總電機(jī)原理圖</b></p><p><b>　　原理圖</b></p><p><

23、;b>　　接線圖</b></p><p>　　二、循跡小車硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1、機(jī)械設(shè)計(jì)</b></p><p>　　小車機(jī)械設(shè)計(jì)部分設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)要求：符合機(jī)械力學(xué)性能，能夠很好的完成個(gè)機(jī)械動(dòng)作；易于組裝拆卸以便于維護(hù)維修；方便擴(kuò)展布局，面向以后學(xué)習(xí)研究的擴(kuò)展開發(fā)；總體布局有一定的電氣隔離性能，盡量減少互

24、相干擾；美觀大方。</p><p><b>　　2、小車各模塊分布</b></p><p>　　小車的總體布局應(yīng)以盡量減少互相干擾為原則，兼顧美觀整齊?；谶@兩點(diǎn)，通過調(diào)試，在小車底板下面只安放了兩個(gè)減速電機(jī)，防止電機(jī)磁對電氣信號的干擾。車頭部分放置傳感器模塊，這樣和別的電流通路基本隔離，有利于信號的穩(wěn)定。單片機(jī)置于車的中央且用銅柱將其支起來，于電機(jī)、電源等干擾源遠(yuǎn)離

25、，很好地保證單片機(jī)的穩(wěn)定可靠地運(yùn)行?？傮w布局圖如上所示。</p><p>　　3、小車傳感器位置排布</p><p>　　小車循跡的保證是傳感器反映回正確的信息，所以傳感器的合理排布是小車能夠圓滿完成任務(wù)的基本保證，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試和實(shí)驗(yàn)，得出的最佳傳感器分布圖如上圖中所示。</p><p>　　車頭部分的三個(gè)傳感器主要用于循跡檢測，中間的傳感器主要用于直道姿態(tài)的調(diào)整

26、。其兩側(cè)的另外兩個(gè)主要用于采集彎道信息。</p><p>　　三、循跡小車軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　軟件編程是循跡小車的靈魂，小車精確地循跡基于合理的編程算法，為了便于調(diào)試結(jié)構(gòu)明朗，小車的軟件編程分為主函數(shù)、檢測循跡函數(shù)和控制函數(shù)。其中，主函數(shù)合理地分配調(diào)用各個(gè)模塊函數(shù)，主要負(fù)責(zé)各模塊間的總體協(xié)調(diào)。循跡檢測函數(shù)負(fù)責(zé)穩(wěn)定地判定各種信息，將信息值返回，以便主函數(shù)或別的函數(shù)調(diào)用處理。控制函數(shù)

27、主要負(fù)責(zé)小車的狀態(tài)控制，根據(jù)傳感器返回的信息準(zhǔn)確地判定小車所處的位置，并做出相應(yīng)的響應(yīng)。</p><p>　　其中控制函數(shù)中包含了各種算法以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性。由于控制的數(shù)學(xué)模型不易建立。所有的函數(shù)算法均是經(jīng)過無數(shù)次的調(diào)試而一步步的寫出來的。在此處也不好給出具體的數(shù)學(xué)模型來闡述，函數(shù)的設(shè)計(jì)流程如下圖：</p><p>　　1、循跡小車主函數(shù)流程圖</p><p>

28、<b>　　2、中斷流程圖</b></p><p><b>　　3、循跡模塊流程圖</b></p><p><b>　　程序</b></p><p><b>　　五、開發(fā)總結(jié)與心得</b></p><p>　　在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我們按照總——分——總的總體

29、思想來展開的，整個(gè)開發(fā)過程主要分為以下幾個(gè)階段進(jìn)行。</p><p>　　1、總體方案論證和確立</p><p>　　在這一階段。我們主要任務(wù)是根據(jù)大賽要求對小車的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步的規(guī)劃設(shè)計(jì)，對系統(tǒng)進(jìn)行模塊化，對各部分資源做出分配。確定軟件的主要思路框架。這一階段上主要解決的問題有：</p><p>　　確定小組各成員的分工，各取所長，分頭進(jìn)行前期資料的準(zhǔn)備<

30、/p><p>　　確定小車的開發(fā)流程，規(guī)劃小車的開發(fā)進(jìn)度；</p><p>　　將電氣部分劃分為了電源、驅(qū)動(dòng)、單片機(jī)和傳感器四大模塊，并確定各模塊的方案。</p><p>　　分配各模塊資源，確定各模塊的主要參數(shù)。</p><p>　　2、各分立模塊的制作調(diào)試</p><p>　　在這一階段，我們的主要任務(wù)是，完成各個(gè)模塊

31、的搭建，并調(diào)試使之達(dá)到預(yù)定的參數(shù)指標(biāo)。</p><p>　　根據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求我們確定的各部分模塊的參數(shù)，一一制作出各部分模塊，并對其進(jìn)行了調(diào)試確定其各方面性能均能達(dá)標(biāo)。單片機(jī)最小系同開始時(shí)因資源口分配的不當(dāng)，進(jìn)分析發(fā)現(xiàn)，會(huì)使以后的編程以及走線有很大的影響，于是根據(jù)實(shí)際要求重新設(shè)計(jì)了電路。傳感器設(shè)計(jì)中，我們根據(jù)資料重點(diǎn)選擇了RPR220，經(jīng)實(shí)際測試發(fā)現(xiàn)，效果不錯(cuò)，所以選用了這個(gè)型號的產(chǎn)品。由于空間的限制，我們也采

32、用RPR220光電對管。</p><p><b>　　3、總車的裝配調(diào)試</b></p><p>　　在這個(gè)階段，我們的主要任務(wù)是務(wù)必使車完全達(dá)到課程設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)。使各個(gè)模塊之間協(xié)調(diào)可靠，互不影響，按預(yù)計(jì)完成任務(wù)。</p><p><b>　　4、總結(jié)與展望</b></p><p>　　在這次設(shè)計(jì)

33、中，我們初步完成了小車的制作，達(dá)到了課程設(shè)計(jì)的基本要求，但由于時(shí)間有限，小車各方面的性能還有待提高，設(shè)計(jì)方案還可以進(jìn)一步擴(kuò)展，可以擴(kuò)展更多的功能。通過這次的課程設(shè)計(jì)，我們獲得不少的收獲，不光是知識和經(jīng)驗(yàn)上的收獲，更有在生活態(tài)度上的收獲。做事不能想當(dāng)然，在大部分事情的處理中，不會(huì)有理想狀態(tài)的出現(xiàn)，我們必須積極面對所有可能發(fā)生的情況，并努力地解決它。不管你有多大的能力，都不可能把每一種情況都提前考慮到，所以我們應(yīng)有面對挫折的勇氣和克服困難的

34、韌性。還記得在我們硬件搭建的時(shí)候，好多次因元器件的短缺而終止，而這些本來是可以避免的，只要我們提前更系統(tǒng)地想想，更科學(xué)地規(guī)劃一下，能提高我們的效率。所以我們認(rèn)識到，做事都應(yīng)有一個(gè)系統(tǒng)的規(guī)劃和科學(xué)的預(yù)算，不能想起一點(diǎn)做一點(diǎn)，應(yīng)該積極培養(yǎng)自己的高瞻遠(yuǎn)矚的能力。通過這次的大賽我們才發(fā)現(xiàn)，在日常的生活中我們的行動(dòng)性太差，對于一些明明能做到更好的事情，總是茍且求安。這些正是我們一改去改變的態(tài)度。</p><p><b

35、>　　六、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.謝維成、揚(yáng)加國 【單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)（第二 版）】 清華大學(xué)出版社 2009.7</p><p>　　2.周繼明、江世明 【傳感器技術(shù)及應(yīng)用】 中南大學(xué)出版社 2005.3</p><p>　　3.李維諟、曹京偉、王學(xué)恩【EPSON單片系列液晶顯示器及其應(yīng)用】 北京航空航