电子信息科学与技术基于单片机智能小车设计

本科生毕业论文（设计）中文题目基于单片机智能小车设计英文题目TheDesignOfIntelligentCarBasedonSCM学生姓名班级学号学院电子科学与工程学院专业指导教师职称摘要21世纪以来，随着计算机、微电子和信息科技的发展，人类已经步入了大数据时代，正在朝着智能化时代发展。在这样一个背景下，车辆的智能化已经成为了现今世界车辆的研究领域的热点和汽车工业的新增长点。智能车辆成为了未来人类出行的重要载体。一种智能小车的控制系统的研制与设计有着重要的实际意义和科学理论价值。根据人类生活出行需求，本文设计了一种能够通过手机蓝牙遥控和智能避障的智能小车。本设计采用了STC89C52为核心处理器，由主控模块、蓝牙透传模块、避障模块、电机驱动模块、电源模块等组成。启动后通过直流电源给各个模块供电，智能小车自动检测蓝牙信号，检测到蓝牙信号启动手机遥控，实现智能小车实时控制。否则进入自主控制模式，当智能小车遇到障碍物时，超声波加舵机模块进行水平180度探测，并将探测信号传送给单片机，单片机根据程序运行结果发出相应的控制信号控制智能小车自动避开障碍物。关键词智能小车STC89C52避障手机遥控ABSTRACTSincethe21stcentury,withthedevelopmentofcomputers,microelectronicsandinformationtechnology,mankindhasenteredtheeraofbigdata,andwearemovingintheeraofintelligentdevelopment.Inthiscontext,intelligentializeofvehicleshasbecomethehotspotofresearchfieldoftheworld,anditbecomeanewgrowthpointofautomotiveindustries.Intelligentvehiclehasbecomeanimportantvehicletohumanityinthefuture.Developmentanddesignofthecontrolsystemofanintelligentcarhasimportantpracticalsignificanceandvalueofscientifictheories.Accordingtotheneedsofhumanlife,ThispaperdescribesthedesignofaintelligentcarcontrolledbyBluetoothsignals,whichcanobstacleavoidanceintelligently.ThisdesignusesaMCUcalledSTC89C52tobecoreprocessor.Theintelligentcariscomposedofthemaincontrolmodule,Bluetoothtransparenttransmissionmodule,obstacleavoidancemodule,motordrivemodules,powermodules.Afterconnectingthepowersupply,eachmodulepoweredviaaDCpowersupply.theintelligentcarautomaticallydetectstheBluetoothsignal,whendetectingBluetoothsignaltheintelligentcaractivateBluetoothremotecontrol,toachievereal-timecontrol.Otherwisethecarenterindependentcontrolmode,whentheintelligentcarencountersanobstacle,theultrasonicdetectionmodule180degreeshorizontally,andthedetectionsignalistransmittedtotheMCU,andMCUsendsthecorrespondingcontrolsignalstointelligentcarbasedontheresultsoftheprogramtocontroltheintelligentcarautomaticallyavoidsobstructions.KeywordsIntelligentcarSTC89C52ObstacleavoidanceMobilephoneremotecontrol目录第一章绪论............................................11.1课题提出背景.....................................11.2智能化产品的应用.................................11.3本文研究内容.....................................1第二章方案论证与设计..................................32.1障碍物检测模块...................................32.2电机驱动系统.....................................42.3无线控制模块.....................................52.4供电电源.........................................52.5车体设计.........................................6第三章硬件设计........................................73.1总体设计73.2电机驱动系统.....................................83.3超声波避障系统..................................123.4蓝牙透传模块....................................143.5主控电路........................................15第四章方案论证与设计.................................184.1主程序设计......................................184.2超声波避障系统程序设计..........................19第五章制作安装与调试.................................225.1硬件焊接组装225.2软件程序设计....................................235.3整体调试........................................23结论..................................................24致谢..................................................25参考文献..............................................26附录..................................................27附录一智能小车程序................................271第一章绪论1.1课题提出的背景自工业革命以来，第一台蒸汽机的发明及运用大大提高了社会生产力，人类社会完成了从小作坊手工业向工厂机器工业化的过渡。而随着机械化水平的不断提高，诞生了能代替人类完成一些复杂操作的机器人。目前，智能机器人的发展已经遍及了医疗、航天、制造、探测、国防等领域，迅速的改变着人类生活方式。在这一背景下，智能化产品成为了人类不断探讨的方向。1.2智能化产品的应用所谓智能化产品，就是指由现代的微电子技术、物联网技术、自动控制技术汇集于一体针对某一特定环境下的产品1。智能化产品不需要人为去管理，会自动按照我们设计好的模式运行，从而达到设定的理想目标。智能化产品的应用前景广阔，也进入了高速发展的时期。目前智能家居的兴起成为当下最热门的话题，也出现了以小米公司为代表的一批智能家居的创业公司，目前投入生活中实际使用的产品有，智能插座、智能锁、智能灯泡等等。当然，这仅仅是智能化产品发展的冰山一角，智能化产品还有很大的想象空间，比如谷歌的无人驾驶汽车，已经进行了公路测试，有望近期投入使用，亚马逊无人机快递发展，极大降低了物流成本等等。智能化产品对社会生产有着翻天覆地的改变，也会影响到每一个人的平时生活，对社会的进步有着不可估量的作用。1.3本文研究内容本设计中基于单片机的智能小车就是一种简单的智能产品，是对机器人模仿的一种尝试。本设计的智能小车主要有四部分组成，分别是主控模块、电机驱动模块、蓝牙透传模块和超声波避障模块。这种智能小车最终实现的功能是1《单片机智能化产品C语言设计实例详解》第二章，北京航天航空大学出版社，第24页。2通过手机蓝牙信息传输控制智能小车的前进、后退、左转和右转，通过超声波检测感知前方障碍物，并自动寻找无障碍物的前进方向。本文第一章为绪论，主要阐述选题的背景和智能产品的应用。第二章介绍了小车的整体设计选择方案，包含车体设计选择、障碍物检测模块选择、无线控制模块选择、电机驱动系统的选择和供电电源的选择等。第三章系统的介绍了智能小车的各个模块的运行原理和电路设计原理图，完成了整个智能小车的硬件设计介绍。第四章介绍了智能小车主程序流程图和各模块运行流程图，以及相关模块程序介绍。第五章介绍了智能小车的硬件焊接安装、软件的设计和智能小车整体故障排查和程序调试方法。3第二章方案论证与设计根据智能小车实现功能和设计目标，确定智能小车需要器件，分别是障碍物检测模块、驱动电机、电机驱动模块、无线控制模块、供电电源和车体等。各器件的选择设计方案论证如下：2.1障碍物检测模块智能小车在运行过程中对前方障碍物进行检测，根据设计要求，有以下两方案来比较：方案一：使用超声波测距模块结合舵机进行障碍物检测。超声波测距模块通过发出的超声波遇到障碍物反射回来，再被超声波传感器接收，从而判断障碍物距离。声波的波瓣宽度较宽，一个超声波发生器可以检测就可以监测很宽的范围。超声波另一个优点是不受物体表面颜色影响，有较强的抗干扰能力。超声波传感器结合舵机可以实现智能小车自主选择最合适的路径避开障碍物。方案二：采用光电发射、检测模块进行障碍物检测。其原理是根据发射器发出的光束，被物体反射后，接收电路根据是否接收到光信号判断前方是否有障碍物。因为单个激光管照射范围太小，满足不了设计需求，所以不能使用激光管。其电路的设计与实现较为简单，但是测量距离不远。综合分析以上两种方案优缺点，选择方案一：使用超声波传感器结合舵机进行障碍物检测。图2-1超声波检测模块42.2电机驱动系统2.2.1驱动电机的选择方案一：选用步进电机作为智能小车的驱动电机。脉冲信号的频率和脉冲数的改变可以控制步进电机的转速和停止位置。可以通过控制脉冲数量来控制智能小车的角位移量，从而可以准确定位智能小车的前进距离和位置。但是步进电机的力矩会随着其转动速度的提高而降低，不适用于对行驶速度有一定要求的智能小车系统。方案二：选用直流电机作为智能小车的驱动电机。直流电机的转动力矩较大，相对体积小，重量轻。可以很方便的通过单片机的高低电平实现直流电机的正反转，且性价比较高。综合分析以上两种方案的优缺点，选择方案二：选用直流电机作为智能小车的驱动电机。2.2.2电机驱动模块的选择方案一：采用电机驱动芯片L298N驱动智能小车电机。做为全桥驱动芯片，L298N具有高电压、