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本科生毕业论文（设计）（2015）届论文（设计）题目：基于单片机的自平衡小车的设计与实现学院：电子工程学院专业：电子信息工程学号：201113007619姓名：何建安指导老师姓名及职称：丘森辉助教第1页目录第一章绪论............................................................21.1研究背景........................................................31.2研究现状........................................................31.3研究意义........................................................31.4论文的组织结构..................................................3第二章系统的方案设计与论证............................................42.1系统设计要求....................................................42.2系统的总体设计..................................................52.3方案论证........................................................52.3.1车体的比较与选择..........................................52.3.2控制系统的比较与选择......................................62.3.3电机驱动的比较与选择......................................72.3.4电源及稳压模块的比较与选择................................72.3.5调速模块的比较与选择......................................72.3.6显示与提示音的选择........................................82.3.7平衡槽的制作...............................................82.3.8系统框图...................................................92.3.9最终方案..................................................10第三章系统硬件设计...................................................113.1STC12C5A60S2单片机硬件结构....................................113.2供电电源模块...................................................123.3电机驱动的设计.................................................123.4路面检测模块设计...............................................143.5测速模块.......................................................153.6显示电路设计...................................................153.7寻迹原理.......................................................163.8金属探测仪.....................................................17第四章软件设计.......................................................184.1循迹功能软件设计...............................................184.2金属探测功能软件设计...........................................184.3LCD1602液晶显示软件设计.......................................184.4主程序流程图...................................................19第五章测试数据、测试结果分析及结论...................................205.1测试数据.......................................................205.2测试结果分析...................................................21第六章设计总结.......................................................216.1对设计的小结...................................................216.2设计收获体会...................................................216.3对设计的进一步完善提出意见或建.................................22致谢..................................................................22广西师范大学漓江学院2015届本科生毕业论文（设计）第2页基于单片机的自平衡小车的设计与实现专业：电子信息工程学号：201113007619学生姓名：何建安指导老师姓名：丘森辉内容摘要本次设计的硬系统主要由供电电源模块、主控系统模块、直流电机驱动模块、路面检测模块和液晶显示模块几个部分组成。供电电源是整个系统的支持者，它给整个设计系统提供能量，使系统能够运转起来；主控系统是整个系统的控制者，它指挥整个系统的运行，是整个系统的大脑；整个系统运行的动力是直流电机驱动模块；路面检测模块则相当于整个系统的眼睛，它能够准确地检测的路面的情况，并将路面的情况反馈给主控系统；液晶显示模块是将整个系统的运行情况显示出来。关键字：80C51单片机光电外红反射循迹金属探测器电动小车PID算法PWM调速第一章绪论智能可以按照预先设定的模式在自动的运作，可应用于科学勘探等等用途，智能电动车就是其中的一个体现。本设计的简易智能电动车，采用AT89C51单片机作为小车的检测和控制核心；利用金属探测器探测路面上的硬币，以及用陀螺仪控制平衡槽的角度，采用光电传感器来检测路上感应到的黑线，从而把反馈到的信号送单片机，使单片机按照预定的工作模式控制小车在各区域按预定的速度行驶，并且单片机选择的工作模式不同也可控制小车顺着S形黑线行驶；采用1602LCD实时显示小车行驶的时间，小车停止行驶后，轮流显示小车行驶时间。广西师范大学漓江学院2015届本科生毕业论文（设计）第3页1.1研究背景在科技不断发展进步的今天，对平衡小车的研究具有很重要的意义，现如今各高校在对小车平衡小车的研究上也在不断的投入资源，更是每一年的电子设计竞赛都会选择这类控制类的设计来刺激同学们对其相关控制策略的研究。这不仅提高了学生的学习积极性，更是提高了同学们对科学的认识。为此本设计主要是设计一个由AT89C51单片机控制器控制的智能小车平衡控制系统。系统为了直观的看出电动车的运行状态，用LCD1602液晶将电动车的所有参数显示出来。1.2研究现状平衡小车是一项机器人技术，它是一种前沿技术，领域更新速度很快，他涉及了很多科学技术，比如计算机技术，通信技术，人工智能技术，材料科学，物理方法，仿生学等各种高新技术。自从控制小车出现，就迅速成为了人们研究学习控制理论的一个很好的选择平台，其具有很大的理论学习意义。近年以来，平衡小车引起了国内外很多研究机构和机器人爱好者，以及各高校的极大关注，各种基于不同目的，不同的设计方法以及不同的控制策略的平衡系统孕育而生，呈现出一种积极的研究姿态。1.3研究意义自平衡小车是机器人科学研究中一个很重要的领域，它随着相关的科技领域的进步不断的进步与发展。自平衡小车属于移动机器人领域，与航天技术一样，机器人领域的水平同样可以体现出一个国家科技技术的能力。平衡小车是可以看做一个复杂的小系统，它由多样模块来对他进行各种控制以及实现很多功能，同样在它身上，我们对它的各种控制方法进行比较，有助于我们更好的学习控制类方面以及其它知识。1.4论文的组织结构第一章本设计的设计任务；第二章系统总体设计：主要阐述系统的功能和总体方案的选择；第三章系统的硬件设计：主要阐述系统硬件电路的分析及实现；第四章系统的软件设计：主要阐述系统软件设计及具体实现；广西师范大学漓江学院2015届本科生毕业论文（设计）第4页第五章系统测试：主要阐述系统功能、性能测试和结果分析；第六章结论：主要阐述系统设计的原理、功能、实现方式。第二章系统的方案设计与论证2.1系统设计要求设计并制作一辆带有自动平衡系统的电动寻线智能小车，其结构如图1、图2所示。在电动小车上通过支架固定安装一台电机，钢珠导槽固定在电机转轴上；驱动电机可以控制导槽摆动;小车能通过寻线自动从场地（图3）A点走到车库F点。广西师范大学漓江学院2015届本科生毕业论文（设计）第5页要求（1）当电动车从中心点A发车时，会沿着黑色是引导线驶向终点F，且电动车在此过程中要一直在黑色引导线上。（2）在AB段引导线当电动车遇到硬币时，电动车会发出声光指示信号并同时会停车五秒。（3）小车能在DE的上坡段中停车5秒(四个车轮都应在斜坡上)，并且发出声光指示。（4）当电动车行驶到F点（车体中心点在F点）后立即停车，整个行驶过程的时间差不能超过120S。（5）电动车在全程运行过程中能自动调整导槽角度使钢珠尽量接近O点（6）实时显示电动车行驶时间和路程。2.2系统的总体设计按照题目的具体要求，总结出以下方案：我先是确定小车的基本模形以及它传动方案，同时在小车上安装红外对管检测器，用红外对管来检测小车的行驶的速度、和具体的行驶位置、以及它的行驶运行状况，在本设计用选用MPU6050陀螺仪来对平衡槽进行控制，用金属探测器来探测硬币，而后将测量的数据传达到主控板进行处理转换，然后由单片机主控板根据所测量的每一种数据来实行对小车以及智能控制。2.3方案论证2.3.1车体的比较与选择方案一：用现有的玩具小车改装。玩具电动车车身上有着完善的驱动、传动单元，而只有传动装置是我所需要的。它的缺陷在于，玩具类电动车用的是一般的直流电机，其负载的能力差，在速度控制上对程序编写要求相对高，且玩具电动车的行驶转向是用前轮马达来带动前轮转动的方向完成，它的误差率是比较高广西师范大学漓江学院2015届本科生毕业论文（设计）第6页的。方案二：采用自己设计安装的车架。自己安装主动轮四个直流减速电机的小车底盘，实现它的直走或者左转右转以及倒车等相关动作采用的是两个电机之间转速差的方法。减速电机的扭矩比较大，其转速也相对慢，比较容易对其速度进行控制和调试，符合避障小车的要求。所以综上我们选择方案二。如图3-1图3-12.3.2控制系统的比较与选择方案一：主控制器采用MP430。MSP430控制器的处理速度快，并且功耗低、成本低。但是它主要是用于电源控制类的系统中，且电路比较复杂，所以该方案最终舍弃。方案二：主控制采用stm32。stm32f