1、本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）（2015）屆論文（設(shè)計(jì)）題目：基于單片機(jī)的自平衡小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)院：電子工程學(xué)院專業(yè)：電子信息工程學(xué)號：201113007619姓名：何建安指導(dǎo)老師姓名及職稱：丘森輝助教第一章緒論21.1 研究背景31.2 研究現(xiàn)狀31.3 研究意義31.4 論文的組織結(jié)構(gòu)3第二章系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)與論證42.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求42.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)52.3 方案論證52.3.1 車體的比較與選擇52.3.2 控制系統(tǒng)的比較與選擇62.3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的比較與選擇72.3.4 電源及穩(wěn)壓模塊的比較與選擇72.3.5 調(diào)速模塊的比較與選擇72.3.6 顯示與提示音的選擇82.3.7 平衡槽

2、的制作82.3.8 系統(tǒng)框圖92.3.9 最終方案10第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)113.1 STC12C5A60S彈片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)113.2 供電電源模塊123.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)123.4 路面檢測模塊設(shè)計(jì)143.5 測速模塊153.6 顯示電路設(shè)計(jì)153.7 尋跡原理163.8 金屬探測儀17第四章軟件設(shè)計(jì)184.1 循跡功能軟件設(shè)計(jì)184.2 金屬探測功能軟件設(shè)計(jì)184.3 LCD1602液晶顯示軟件設(shè)計(jì)184.4 主程序流程圖19第五章測試數(shù)據(jù)、測試結(jié)果分析及結(jié)論205.1 測試數(shù)據(jù)205.2 測試結(jié)果分析21第六章設(shè)計(jì)總結(jié)216.1 對設(shè)計(jì)的小結(jié)216.2 設(shè)計(jì)收獲體會(huì)216.3 對設(shè)計(jì)的進(jìn)一

3、步完善提出意見或建22致謝22廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基于單片機(jī)的自平衡小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)專業(yè)：電子信息工程學(xué)號：201113007619學(xué)生姓名：何建安指導(dǎo)老師姓名：丘森輝內(nèi)容摘要本次設(shè)計(jì)的硬系統(tǒng)主要由供電電源模塊、主控系統(tǒng)模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、路面檢測模塊和液晶顯示模塊幾個(gè)部分組成。供電電源是整個(gè)系統(tǒng)的支持者，它給整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供能量，使系統(tǒng)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)起來；主控系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的控制者，它指揮整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，是整個(gè)系統(tǒng)的大腦；整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的動(dòng)力是直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；路面檢測模塊則相當(dāng)于整個(gè)系統(tǒng)的眼睛，它能夠準(zhǔn)確地檢測的路面的情況，并將路面的情況反饋給主控系統(tǒng)；液晶顯示

4、模塊是將整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況顯示出來。關(guān)鍵字：80C51單片機(jī)光電外紅反射循跡金屬探測器電動(dòng)小車PID算法PWM調(diào)速第一章緒論智能可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在自動(dòng)的運(yùn)作，可應(yīng)用于科學(xué)勘探等等用途，智能電動(dòng)車就是其中的一個(gè)體現(xiàn)。本設(shè)計(jì)的簡易智能電動(dòng)車，采用AT89C5仰片機(jī)作為小車的檢測和控制核心；利用金屬探測器探測路面上的硬幣，以及用陀螺儀控制平衡槽的角度，采用光電傳感器來檢測路上感應(yīng)到的黑線，從而把反饋到的信號送單片機(jī)，使單片機(jī)按照預(yù)定的工作模式控制小車在各區(qū)域按預(yù)定的速度行駛，并且單片機(jī)選擇的工作模式不同也可控制小車順著S形黑線行駛；采用1602LC汝時(shí)顯示小車行駛的時(shí)間，小車停止行駛后，輪流顯

5、示小車行駛時(shí)間。廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）1.1 研究背景在科技不斷發(fā)展進(jìn)步的今天，對平衡小車的研究具有很重要的意義，現(xiàn)如今各高校在對小車平衡小車的研究上也在不斷的投入資源，更是每一年的電子設(shè)計(jì)競賽都會(huì)選擇這類控制類的設(shè)計(jì)來刺激同學(xué)們對其相關(guān)控制策略的研究。這不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更是提高了同學(xué)們對科學(xué)的認(rèn)識。為此本設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)一個(gè)由AT89C51單片機(jī)控制器控制的智能小車平衡控制系統(tǒng)。系統(tǒng)為了直觀的看出電動(dòng)車的運(yùn)行狀態(tài)，用LCD16021晶將電動(dòng)車的所有參數(shù)顯示出來。1.2 研究現(xiàn)狀平衡小車是一項(xiàng)機(jī)器人技術(shù)，它是一種前沿技術(shù)，領(lǐng)域更新速度很快，他涉及了很多科

6、學(xué)技術(shù)，比如計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)，人工智能技術(shù)，材料科學(xué)，物理方法，仿生學(xué)等各種高新技術(shù)。自從控制小車出現(xiàn)，就迅速成為了人們研究學(xué)習(xí)控制理論的一個(gè)很好的選擇平臺，其具有很大的理論學(xué)習(xí)意義。近年以來，平衡小車引起了國內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)和機(jī)器人愛好者，以及各高校的極大關(guān)注，各種基于不同目的，不同的設(shè)計(jì)方法以及不同的控制策略的平衡系統(tǒng)孕育而生，呈現(xiàn)出一種積極的研究姿態(tài)。1.3 研究意義自平衡小車是機(jī)器人科學(xué)研究中一個(gè)很重要的領(lǐng)域，它隨著相關(guān)的科技領(lǐng)域的進(jìn)步不斷的進(jìn)步與發(fā)展。自平衡小車屬于移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域，與航天技術(shù)一樣，機(jī)器人領(lǐng)域的水平同樣可以體現(xiàn)出一個(gè)國家科技技術(shù)的能力。平衡小車是可以看做一個(gè)復(fù)雜的小

7、系統(tǒng)，它由多樣模塊來對他進(jìn)行各種控制以及實(shí)現(xiàn)很多功能，同樣在它身上，我們對它的各種控制方法進(jìn)行比較，有助于我們更好的學(xué)習(xí)控制類方面以及其它知識。1.4 論文的組織結(jié)構(gòu)第一章本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)任務(wù)；第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)：主要闡述系統(tǒng)的功能和總體方案的選擇；第三章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)：主要闡述系統(tǒng)硬件電路的分析及實(shí)現(xiàn)；第四章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)：主要闡述系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及具體實(shí)現(xiàn)；廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第五章系統(tǒng)測試：主要闡述系統(tǒng)功能、性能測試和結(jié)果分析;第六章結(jié)論：主要闡述系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理、功能、實(shí)現(xiàn)方式第二章系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)與論證2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)并制作一輛帶有自動(dòng)平衡系統(tǒng)的電動(dòng)尋線智能

8、小車，具結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。在電動(dòng)小車上通過支架固定安裝一臺電機(jī)，鋼珠導(dǎo)槽固定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上；驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以控制導(dǎo)槽擺動(dòng)；小車能通過尋線自動(dòng)從場地（圖3）A點(diǎn)走到車庫F點(diǎn)。一一二三二f廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))要求(1)當(dāng)電動(dòng)車從中心點(diǎn)A發(fā)車時(shí)，會(huì)沿著黑色是引導(dǎo)線駛向終點(diǎn)F,且電動(dòng)車在此過程中要一直在黑色引導(dǎo)線上。(2)在AB段引導(dǎo)線當(dāng)電動(dòng)車遇到硬幣時(shí)，電動(dòng)車會(huì)發(fā)出聲光指示信號并同時(shí)會(huì)停車五秒。(3)小車能在DE的上坡段中停車5秒(四個(gè)車輪都應(yīng)在斜坡上)，并且發(fā)出聲光指示。(4)當(dāng)電動(dòng)車行駛到F點(diǎn)(車體中心點(diǎn)在F點(diǎn))后立即停車，整個(gè)行駛過程的時(shí)間差不能超過120S。(5

9、)電動(dòng)車在全程運(yùn)行過程中能自動(dòng)調(diào)整導(dǎo)槽角度使鋼珠盡量接近O點(diǎn)(6)實(shí)時(shí)顯示電動(dòng)車行駛時(shí)間和路程。2.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)按照題目的具體要求，總結(jié)出以下方案：我先是確定小車的基本模形以及它傳動(dòng)方案，同時(shí)在小車上安裝紅外對管檢測器，用紅外對管來檢測小車的行駛的速度、和具體的行駛位置、以及它的行駛運(yùn)行狀況，在本設(shè)計(jì)用選用MPU6050陀螺儀來對平衡槽進(jìn)行控制，用金屬探測器來探測硬幣，而后將測量的數(shù)據(jù)傳達(dá)到主控板進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換，然后由單片機(jī)主控板根據(jù)所測量的每一種數(shù)據(jù)來實(shí)行對小車以及智能控制。2.3 方案論證2.3.1 車體的比較與選擇方案一：用現(xiàn)有的玩具小車改裝。玩具電動(dòng)車車身上有著完善的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)單元

10、，而只有傳動(dòng)裝置是我所需要的。它的缺陷在于，玩具類電動(dòng)車用的是一般的直流電機(jī)，具負(fù)載的能力差，在速度控制上對程序編寫要求相對高，且玩具電動(dòng)車的行駛轉(zhuǎn)向是用前輪馬達(dá)來帶動(dòng)前輪轉(zhuǎn)動(dòng)的方向完成，它的誤差率是比較高廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）方案二：采用自己設(shè)計(jì)安裝的車架。自己安裝主動(dòng)輪四個(gè)直流減速電機(jī)的小車底盤，實(shí)現(xiàn)它的直走或者左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)以及倒車等相關(guān)動(dòng)作采用的是兩個(gè)電機(jī)之間轉(zhuǎn)速差的方法。減速電機(jī)的扭矩比較大，具轉(zhuǎn)速也相對慢，比較容易對其速度進(jìn)行控制和調(diào)試，符合避障小車的要求。所以綜上我們選擇方案二。如圖3-1圖3-12.3.2 控制系統(tǒng)的比較與選擇方案一：主控制器采用MP43

11、0MSP43斷制器的處理速度快，并且功耗低、成本低。但是它主要是用于電源控制類的系統(tǒng)中，且電路比較復(fù)雜，所以該方案最終舍棄。方案二：主控制采用stm320stm32f103VE的晶振是72MHz在程序的執(zhí)行速度上可謂是一流的選擇,并且stm32f103VE的可開發(fā)性很廣,便于系統(tǒng)的二次開發(fā)。但是該主控芯片的成本較高，綜合考慮到成本的問題，所以該方案最終舍棄。方案三：主控制器采用STC89C52RSTC89C52RC片是一款基于STC89C51RC之后更完善更穩(wěn)定的芯片，它自身帶有8K的flash存儲空間，可實(shí)現(xiàn)軟件的擦除、燒寫等功能。該芯片能讀取C語音，所以在編寫程序上較為簡單。它設(shè)計(jì)出的最小

12、系統(tǒng)，電路簡單，元器件材料便宜。并且它的I/O資源足以滿足該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求，所以根據(jù)比較，最終選取該方案。廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）2.3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的比較與選擇方案一：采用L298N直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。現(xiàn)在很多人都是用L298N芯片來給電機(jī)驅(qū)動(dòng)。L298N偶兩個(gè)TTL/COMS勺兼容電平輸入，擁有很好的抗外干擾性能，利用單片機(jī)的I/O口給其發(fā)送的信號，電路框架簡單易懂，用起來也比較容易，同時(shí)相對穩(wěn)定，具有性價(jià)比相對高。方案二：采用大功率的二極管，三極管，電容電阻等元件來搭兩個(gè)H橋，通過對各路的放大信號來驅(qū)動(dòng)小車的電機(jī)，原理相對簡單。但放大后的信號一定要一至，這是很難

13、做到的。當(dāng)小車電機(jī)運(yùn)行功率較大時(shí)信號會(huì)很不穩(wěn)定，其精確度更是難以控制。綜合上以上二種方案，選擇方案一。2.3.4 電源及穩(wěn)壓模塊的比較與選擇方案一：采用蓄電池供電蓄電池體積比較大，重量也過大，會(huì)對小車的運(yùn)行帶去不必要的狀況。方案二：采用18650干電池組進(jìn)行供電干電池我是用電池盒來組裝，它的體積和重量都很小。由于單片機(jī)上的單元供電用的是5V,所以我用的L298N模塊上5V降壓模塊來供單片機(jī)及其他單元器件供電，另取干電池為電機(jī)及光電開關(guān)供電。這樣電機(jī)以及單片機(jī)個(gè)單元在工作中就不會(huì)受到同一電壓干擾了。的綜上所述，采用方案二。2.3.5 調(diào)速模塊的比較與選擇方案一：選擇單片機(jī)內(nèi)PCA真塊來進(jìn)行PWM

14、1節(jié)速度，速度調(diào)節(jié)準(zhǔn)確且容易對其編程，控制方便。廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）方案二：用L9110馬達(dá)控制驅(qū)動(dòng)芯片搭建硬件電路進(jìn)行調(diào)速。考慮到控制的靈活性，采用方案一。2.3.6 顯示與提示音的選擇方案一：顯示模塊用lcd12864。lcd12864這款液晶顯示屏的分辨率是128*64,它能夠顯示數(shù)字、漢字、字母、符號等且顯示效果直觀、清晰。可以用來做系統(tǒng)的顯示界面，但是它功耗大，價(jià)格相對于一般的顯示屏較貴，考慮到成本的問題，所以該方案最終舍棄。方案二：顯示模塊用數(shù)碼管。選擇數(shù)碼管來作為該系統(tǒng)的顯示界面，雖然顯示亮度高，但是數(shù)碼管只能顯示數(shù)字和一些簡單的字母，這個(gè)在顯示方

15、面上就起到了很大的局限性，讓顯示效果很單調(diào)不能很清晰的看出顯示的內(nèi)容。并且數(shù)碼管在電路設(shè)計(jì)上需要制作自己的驅(qū)動(dòng)板，所以該方案最終舍棄。方案三：顯示模塊選用LCD1602它能夠顯示字母、數(shù)字、符號等簡單的字符且體積小、外圍電路簡單、顯示界面穩(wěn)定、功耗低。占用I/O口少。綜合上述介紹，lcd1602能滿足該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，所以根據(jù)比較，最終選取該方案。在提示音方面，所以我直接采用的是蜂鳴器。蜂鳴器的電路設(shè)計(jì)比較簡單，整個(gè)模塊電路是由1個(gè)三極管8550、1個(gè)100歐電阻、還有一個(gè)有源的蜂鳴器組成。有源蜂鳴器內(nèi)部本身就具有振蕩源，我們只需要給定一個(gè)低電平就能讓其正常發(fā)聲。無源蜂鳴器內(nèi)部自身并沒有振蕩源

16、，所以要讓其發(fā)出響聲必須要求單片機(jī)給出的脈沖要有震蕩的頻率。8550三級管起到的是放大電流的作用。2.3.7 平衡槽的制作方案一：采用PCBS銅板加上串聯(lián)電阻，板子兩端加上電壓，通過小球的滑動(dòng)返回電壓值，從而實(shí)時(shí)監(jiān)控小球的位置（相當(dāng)于滑動(dòng)變阻器的原理），達(dá)到使小球平衡的目的。但是我們發(fā)現(xiàn)小球的質(zhì)量太輕，接觸不是很好。如圖3-2廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）圖3-2方案二：采用激光發(fā)射激光，對面端放置光敏電阻，中間是小球的位置，通過光敏電阻返回的值來判斷小球的位置，此方法可行性很好。圖3-3,故選方二。2.3.8系統(tǒng)框圖小車前進(jìn)框圖廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論

17、文（設(shè)計(jì)）測速模塊,LCD選擇模控速模塊STC12C5A6QS2模式選擇模塊路面檢測模塊衡槽的控制光敏接受電路89C51控制小車平衡2.3.9最終方案1、控制模塊：采用AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)做控制器；2、電源模塊：采用3個(gè)4V的干電池用LM78055片作為穩(wěn)壓芯片;3、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：采用L298N直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊4、顯示模塊：采用低功耗的LCD1602ft晶顯示；5、調(diào)速模塊：單片機(jī)內(nèi)部PCA6、提示音：采用蜂鳴器7、金屬探測器:8、平衡槽角度控制：選用MPU605鴕螺儀第10頁廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)主要由供電電源模塊、主

18、控系統(tǒng)模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、路面檢測模塊和液晶顯示模塊和金屬探測器以及陀螺儀幾個(gè)部分組成。供電電源是整個(gè)系統(tǒng)的支持者，它給整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供能量，使系統(tǒng)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)起來；主控系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的控制者，它指揮整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，是整個(gè)系統(tǒng)的大腦；本系統(tǒng)動(dòng)力是依賴直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；路面檢測模塊則相當(dāng)于整個(gè)系統(tǒng)的眼睛，它能夠準(zhǔn)確地檢測的路面的情況，并將路面的情況反饋給主控系統(tǒng)；液晶顯示模塊是將整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況顯示出來。3.1 STC12C5A60S印片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)我用的是以STC89C52RC主控芯片的最小系統(tǒng),此主控板的主要組成包括：電源電路、晶振電路、復(fù)位電路等基本電路。其中STC89C52RC片是一款可

19、以實(shí)現(xiàn)程序的讀取執(zhí)行和擦除并且它本身自帶有8K的flash存儲空間。這款芯片的工電壓是5V,需要的工作電流小，功耗低。電源電路由極性電容、開關(guān)、電阻、LED等元器件組成。電容起著濾波的作用，LED是電源指示燈。復(fù)位電路由按鍵、電容、上拉電阻組成，作用是讓STC89C52RC片初始化工作。晶振電路由1個(gè)11.0592MHZ勺外接晶振，2個(gè)30P的濾波電容組成。最小系統(tǒng)原理圖如圖3.1所示第11頁廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）圖6-13.2 供電電源模塊供電電源主要由3節(jié)4V的電池串聯(lián)提供，電池可以提供12V的電壓給直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，但是主控系統(tǒng)的供電電壓是5V,所以必須要把

20、電池的電壓降到5V后再提供給主控系統(tǒng)。電源模塊主要用L298N上自帶的5V降壓模塊將12V的電池電壓穩(wěn)壓在5V,然后提供給主控系統(tǒng)。3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)L298N芯片機(jī)構(gòu)與功能介紹L298N芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能如圖6-2、6-3所示I燒4Tn1f-0XjC停止11oi£K101標(biāo)R111JM再1。心坪。圖6-2第12頁廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）圖6-3本次設(shè)計(jì)主要采用單片機(jī)控制PWM俞出，PW麻出到LM298N奠塊，然后LM298N真塊輸出信號來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。PWM（的占空比越大，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速就越快，反之則直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速越慢，從而達(dá)到控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)

21、速。具體控制過程為：1、把編寫好的程序輸入控制芯片，再由主控芯片向PWM：送驅(qū)動(dòng)信號，PWM輸出信號作為L298N的輸入信號，再經(jīng)L298N輸出控制信號讓小車電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，讓小車前進(jìn)后退。2、我們可以用PW喻出信號的高低來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。其在占空比大時(shí)，轉(zhuǎn)速高，在占空比小時(shí)，轉(zhuǎn)速低，所以電機(jī)停止運(yùn)行時(shí)PW崎出占空比為0。3、當(dāng)小車右輪停止運(yùn)行，左輪轉(zhuǎn)動(dòng)，則小車向左轉(zhuǎn)。當(dāng)小車左輪停止運(yùn)行，右輪轉(zhuǎn)，小車向右轉(zhuǎn)。小車的前后退是通過兩路PW喻出的正負(fù)順序轉(zhuǎn)換來控制，從而可以使小車前進(jìn)和后退。4、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N的典型接法，如圖6-4所示：第13頁廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本

22、科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）圖6-43.4 路面檢測模塊設(shè)計(jì)路面檢測采用4個(gè)紅外對管，安裝在車頭盤下，離地面大約兩厘米。如何控制小車行駛中的速度和方向呢？我設(shè)計(jì)的是通過金屬傳感器檢測到地面上的黑線時(shí)給主控板發(fā)出信號，主控板再根據(jù)收到的信號運(yùn)行相應(yīng)程序來改變PWMJ電壓占空比差來控制電機(jī)的速度達(dá)到控制小車的速度以及方向。如圖6-5所示：圖6-5紅外對管的處理：紅外對管主要由發(fā)射管和接收管兩個(gè)部分組成，發(fā)射管發(fā)射紅外光，當(dāng)發(fā)第14頁廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）射的紅外光被其他物體擋住后會(huì)反射回來，接收管就會(huì)接收到脈沖信號，從而把脈沖信號傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)處理。但是當(dāng)發(fā)射管發(fā)射的紅外光被黑

23、線擋住時(shí)，紅外光就會(huì)被吸收了，此時(shí)接收管就不會(huì)接收到反射的紅外光，從而傳輸給單片機(jī)的是另一種脈沖信號，單片機(jī)會(huì)做出相應(yīng)的處理。3.5 測速模塊測速是通過霍爾元件感應(yīng)磁鐵產(chǎn)生脈沖,每個(gè)車輪均勻放置4個(gè)小磁鐵,并計(jì)算其在1秒內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖數(shù)量，再計(jì)算出輪子1秒小車輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，量出小車輪子的周長，可計(jì)算出小車當(dāng)前速度，疊加起來可以得到當(dāng)前行走的路程。原理圖如6-6LN5IN#ouriOIJT2門OUT5ClHIhpGW-S741ICHLTVCC104圖6-63.6 顯示電路設(shè)計(jì)此系統(tǒng)的顯示我用的是lcd1602,它體積小，功耗低，而且能顯示各種英文字母、符號、數(shù)字等。液晶共有3個(gè)控制端口，8個(gè)數(shù)

24、據(jù)傳輸端口。共占用11個(gè)單片機(jī)的I/O口。3個(gè)控制端口是：寄存器選擇端、數(shù)據(jù)讀寫端、使能端，分別占用P2A5、P2A6、P2A7這三個(gè)端口。另外8個(gè)數(shù)據(jù)傳輸端口正好接滿P0。此設(shè)計(jì)是8線傳輸模式，之所以沒有用4線傳輸?shù)哪Ｊ剑且驗(yàn)榭紤]到此系統(tǒng)外部模塊較少，有大量的I/O剩余，為了提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳第15頁廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）輸?shù)乃俣纫约胺€(wěn)定性，所以選擇了8線傳輸?shù)姆绞健Ｒ壕У耐鈬娐沸枰尤肓艘粋€(gè)10k的可調(diào)電阻，作用是調(diào)節(jié)顯示屏上的背光效果。如下圖LCD16C2LfUlf,；：VCCJ2UGNDHI1圖6-73.7 尋跡原理1、紅外探測方法：紅外探測，就是利用紅

25、外線在不同的顏色物體表面不同的反射性質(zhì)特點(diǎn)，在小車行駛過程中不間斷地向著地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)候發(fā)生漫反射，車上接收管接收反射光，而遇到黑線則紅外光被吸收，則小車上的接收管接收不到返回的紅外光。單片機(jī)判斷是否收到反射回來的紅外光來確認(rèn)黑線的位置和小車行駛的路線。因?yàn)榧t外探測器探測距離是有限的，所以一般來說最大不應(yīng)高于3厘米。2、尋跡具體方案介紹：設(shè)計(jì)里的尋跡通俗的說法是指小車在白色地板上尋黑線行走走，利用TCRT50001光電對管來完成系統(tǒng)的尋跡任務(wù)。尋跡電路的設(shè)計(jì)是用來實(shí)現(xiàn)小車沿著場地的黑線弧形引導(dǎo)軌跡來進(jìn)行前進(jìn)拐彎和位置校正的，并且小車不能偏離軌跡，我的設(shè)計(jì)用的TCRT

26、50001光電對管能完成系統(tǒng)尋跡的任務(wù)，傳感器的數(shù)據(jù)線輸出信號做為開關(guān)量，可以直接與單片機(jī)中的I/O引腳相對接，硬件電路實(shí)現(xiàn)相對簡單，它的靈敏度通過調(diào)節(jié)多圈電位調(diào)來實(shí)現(xiàn)。在尋跡檢測傳感器的設(shè)計(jì)中，的車體底盤的前端裝有3個(gè)傳感器，用來檢測黑線軌跡，第16頁廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）起到尋跡前進(jìn)的作用。具體尋線電路如下圖:圖6-83.8 金屬探測儀金屬探測器其實(shí)是利用電磁感應(yīng)的原理，并且利用交流電通過的線圈，產(chǎn)生迅速變化的磁場，而這個(gè)磁場能在金屬物內(nèi)部產(chǎn)生渦電流，然而渦電流又會(huì)產(chǎn)生磁場，反過來影響到原來的磁場，使得探測器發(fā)出鳴聲3.9 平衡槽的控制在設(shè)計(jì)平衡槽的角度控制中

27、我選用MPU6050陀螺儀對其角度進(jìn)行控制，主控板接收來自平衡槽中的紅外探測信息，主控板再反饋給陀螺儀信號，進(jìn)而控制它的平衡。陀螺儀參數(shù)以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下MPU-6000IT第17頁廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）器件標(biāo)警|規(guī)格數(shù)量校港涯法電容（Pin10）C1題缸X7R,0.1uF±l0%.2V1VDD考路電容(Pin13)C2陶竟，X7R.01jF±10%,4V1電帶滎電容CPn20>03次霆，X7R,1DuF±10%,50V1VLOGIC旁迅電容(Pin8)rC4陶浸10uF+10%,4V11 .VLOGIC振幅必'須0VD

28、D8幅2 .VDD上升時(shí)間（TVDDR為實(shí)際值的10哌U90戒問3 .VDD上升時(shí)間（TVDDR<100ms4 .VLOGIC上升時(shí)間（TVLGR為實(shí)際值的10哌U90戒問5 .VLOGIC上升時(shí)間（TVLGR<3ms6 .TVLG-VDM從VDD1升7&到VLOGICh升沿的時(shí)間7 .VDD和VLOGI3、須是單調(diào)邊沿第四章軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件編程主要采用STM3彈片機(jī)模塊化的編寫方式，即將所有系統(tǒng)程序分成一些獨(dú)立的模塊程序，各個(gè)程序塊都具有自己相對的獨(dú)立性，各個(gè)程序塊之間主要是通過文件包含、函數(shù)互調(diào)的方式聯(lián)系在一起。模塊化編程的思想是先將每個(gè)模塊進(jìn)行單個(gè)調(diào)試，然后通過每個(gè)模

29、塊的測試隊(duì)具進(jìn)行驗(yàn)證，最后再將所有模塊整合在一起調(diào)試，這樣可以消除模塊之間的干擾影響，有利于對個(gè)體和整體的測試和驗(yàn)證，有利于軟件的調(diào)試和驗(yàn)證。4.1 循跡功能軟件設(shè)計(jì)循跡主要通過小車底部按照兩個(gè)紅外對管傳感器，當(dāng)左邊的紅外對管檢測到黑線的時(shí)候，控制器會(huì)控制小車向左轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)右邊的紅外對管檢測到黑線的時(shí)候，控制器會(huì)控制小車向右邊轉(zhuǎn)動(dòng)，使小車一直沿著黑線的軌跡運(yùn)動(dòng)。4.2 金屬探測功能軟件設(shè)計(jì)金屬傳感器當(dāng)檢測到金屬時(shí)，小車停止運(yùn)動(dòng)，并發(fā)出聲、光報(bào)警，然后再繼續(xù)前進(jìn)。4.3 LCD1602液晶顯示軟件設(shè)計(jì)LCD160皴晶顯示的數(shù)據(jù)可以通過并行和串行兩張方式進(jìn)行傳輸，并且傳輸速度快。LCD16021晶總

30、共有16個(gè)管腳，但是主要的控制腳只有3個(gè)，主要是：第18頁廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）RS（數(shù)據(jù)命令選擇端）,R/W（讀寫命令選擇端），E（使能信號）。本次設(shè)計(jì)采用的是8位數(shù)據(jù)并行傳輸?shù)姆绞剑瑢D采樣得到的電動(dòng)車電池電壓數(shù)據(jù)在LCD1602液晶上顯示出來。4.4 主程序流程圖NNNN計(jì)時(shí)開始計(jì)里程開始小車高速行駛YfI轉(zhuǎn)向子程序第19頁廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）發(fā)聲光并停車5秒在斜坡上發(fā)聲光并停車5秒停車圖7-1第五章測試數(shù)據(jù)、測試結(jié)果分析及結(jié)論5.1測試數(shù)據(jù)檢測硬幣停車5秒實(shí)際停4.9秒測試儀器，測試軟件和測試軟件名稱、型號、規(guī)格數(shù)量UT6

31、1E數(shù)字力用表1臺黑膠布1卷硬幣1個(gè)鋼珠1個(gè)第20頁廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）在DE中點(diǎn)停車5.2測試結(jié)果分析實(shí)際+-3cm測試單元測試結(jié)果硬件電源工作旨示燈正常，硬件的電壓VCC為3.3V,各線路連接正常，無短路單片機(jī)的晶振電路測得振蕩頻率為8MHz單片機(jī)復(fù)位電路重新上電后，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位傳感器傳感器工作正常表3硬件電路測試結(jié)果小車的性能跟電池的電量有關(guān)系。比如說小車的電池電量比較多時(shí)，電動(dòng)車的轉(zhuǎn)速會(huì)比較快，所以要對小車的速度進(jìn)行控制。實(shí)現(xiàn)對小車車速進(jìn)行控制，同時(shí)也是對小車的保護(hù)。傳感器容易受到外界干擾影響，所用到的元器件不一定都是按照線性變換，也可能會(huì)受到溫度變化

32、等環(huán)境因素的影響。總的來說，該單片機(jī)的智能小車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是成功的，系統(tǒng)具有較高的研究價(jià)值，有待進(jìn)一步研究優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的市場價(jià)值。第六章設(shè)計(jì)總結(jié)6.1 對設(shè)計(jì)的小結(jié)本設(shè)計(jì)能夠基本完成基本的要求。6.2 設(shè)計(jì)收獲體會(huì)小車主要的部分不僅在硬件系統(tǒng)上更還有的是程序部分，智能小車系統(tǒng)也是一個(gè)挺龐大的系統(tǒng)，在編程時(shí)我遇到了內(nèi)存不夠用，IO不夠用的各種情況，這令我對MCU勺內(nèi)部資源更加了解，使用起來更加熟練；更大的收獲是心靈上的第21頁廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）6.3 對設(shè)計(jì)的進(jìn)一步完善提出意見或建我們覺得整個(gè)車體的難點(diǎn)在于球的平衡，要改進(jìn)的地方有放球的槽子的制作，并尋找更好的方

33、案去解決這個(gè)問題。還有一個(gè)就是平衡的算法，目前我們利用的是PID算法，算法的優(yōu)化和穩(wěn)定程度都不是很高，值得改進(jìn)。致謝畢業(yè)設(shè)計(jì)就此告一段落，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我無論是在理論知識的學(xué)習(xí)上，還是科研技術(shù)的提高上，都有了很大的進(jìn)步，這為我今后進(jìn)入社會(huì)參加工作打下了良好的基礎(chǔ)。在完成設(shè)計(jì)的期間，我得到了同學(xué)以及指導(dǎo)老師的熱心幫助和大力支持，師兄和學(xué)姐一定程度上給了我很大的幫助，包括硬件、軟件設(shè)計(jì)及論文寫作方面的幫助。對此我很感謝幫助及關(guān)心我的老師和同學(xué)。大學(xué)四年中，我有三年的時(shí)間是在學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室中度過的，實(shí)驗(yàn)室為我們提高很多學(xué)習(xí)和研究所需要的儀器，正因?yàn)橛羞@樣的環(huán)境和條件，我才有了比較明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，在

34、實(shí)驗(yàn)室努力學(xué)習(xí)，刻苦鉆研，積極參加學(xué)院學(xué)校組織的電子競賽活動(dòng)，讓我獲益匪淺！時(shí)光飛逝，大學(xué)四年的美好生活即將結(jié)束。求學(xué)過程是艱辛的，同時(shí)也有許多快樂。回顧這四年的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，很感激此期間的同窗好友，我深深體會(huì)到你們的友好熱情、積極奮進(jìn)，是你們讓我覺得四年時(shí)間是那么的短暫，陪我度過了人生最美好的時(shí)光，我真心的祝福你們擁有一個(gè)美好的未來。感謝所有給予我支持和幫助的老師、同學(xué)和朋友們，我的一切收獲與成就都離不開你們，你們是我最好的指引者。參考文獻(xiàn)：【1】單片機(jī)原理及接口陳忠平等編著.北京：清華大學(xué)出版社，2007.3【2】郭天祥51單片機(jī)C語言教程電子工程出版社，第22頁廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆

35、本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）2009.01【3】韓毅，楊天.基于HCS1彈片機(jī)的智能尋跡模型車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.學(xué)術(shù)期刊，2008【31譚浩強(qiáng)C語言程序設(shè)計(jì)一一3版.北京：清華大學(xué)出版社，2005【4】謝文和傳感技術(shù)及其應(yīng)用，高等教育出版社，2002.【5】黃智偉全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽技能訓(xùn)練，北京航空航天大學(xué)出版社，2008.【6】模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程楊素行主編一一3版.北京：高等教育出版社2006.5第23頁廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）附件1：voidmain()第24頁程序平衡槽控制：sbitlight8=Pi7;(#includesbitqingxie=unsign

36、edint<STC12C5A60S2.H>P2A4;steering=1400;#include<math.h>intadd=0;/Keillibraryinty_data=0;charchushi_x#include<stdio.h>intx_data=0;=0;/Keillibrarychartime_mpu=char#include0;qingxie_x=0;"lcd1602.h"bitflag_1ms=0;PIDEPID;#includebitflag_50ms=0;"mpu6050.h"bitpid_ball

37、=0;init_lcd1602(#includeunsignedint);"steering.h"time_all=0;init_mpu6050#include"pid.h"externunsigned();charinit_steering()unsignedcharTH_H,TL_H,TH_L,TL;mpu="0000"_L;init_lcd1602(unsignedcharpid);="000000"voidinit_pid(&EPdelay(unsignedintk);ID);sbitlight1=

38、P1A0;sbitlight2=Pi1;voidTMOD|=sbitlight3=Pi2;lcd_printf(unsigned0x10;sbitlight4=Pi3;char*s,inttemp_data);TH1=sbitlight5=Pi4;0x0FC;sbitlight6=Pi5;TL1=0x66;sbitlight7=P1A6;EA=1;廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）ET1=1;CEL_YOUT_H);TR1=1;y_data/=64;qingxie_x=steering_pwmif0;_set(steering);(y_data>255)OUT=0;y_

39、data=255;time_mpu=1;/lcd1602_diselseif(y_data<-qingxie=0;play_string(0,0,mpu);255)/lcd1602_dispid_ball=0;play_string(0,1,pid);y_data=-255;/lcd_printf(m)pu,chushi_x);time_mpu+;)/lcd1602_display_ifelseif(time_mpustring(7,2,mpu);(time_mpu=1|=9)time_mpu=2|delay(5000);time_mpu=3|while(1)time_mpu=4|tim

40、e_mpu=1;time_mpu=5|iftime_mpu=6|if(y_data<30&&(flag_50ms=1)time_mpu=7|y_data>-30)time_mpu=8)flag_50ms=0;if(y_data<30&&qingxie_x=y_data=y_data>-30)0;(mpu6050_getdata(AC第25頁廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）time_mpu=1；qingxie=0;pid_ball=0;)elseqingxie=1;pid_ball=1;)if(pid_ball=1)ad

41、d+=pidcalc_add(&EPID,y_data);add=-150;elseif(add>150)add=150;steering=steering+add;if(steering>=1550)steering=1550;elseif(steering<=1250)steering=1250;lcd_printf(mpu,y_data);lcd1602_display_string(0,0,mpu);lcd_printf(mpu,time_mpu);lcd1602_display_string(7,0,mpu);steering_pwm_set(steerin

42、g);/lcd_printf(pid,steering);sprintf(pid,"%d.",steering);lcd1602_display_string(0,1,pid);)if(pid_ball=0)if(add<-150)第26頁廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）ifelseif(light3)(lightl)(elseif(light5)(steering-=50;steering_pwm_set(steering+=40;1350);steering_pwm_set(1370);steering_pwm_set(delay(100);d

43、elay(11420);50);/while(1);delay(200);delay(150);delay(200);delay(2steering_pwm_set(00);1400);steering_pwm_set()1400);steering_pwm_set()1400);elseif(light2)(elseif(light4)(elseif(light6)steering-=60;(steering-=40;steering_pwm_set(steering+=60;1360);steering_pwm_set(1380);steering_pwm_set(delay(150);d

44、elay(11430);50);delay(200);delay(200);delay(200);delay(1steering_pwm_set(50);1400);steering_pwm_set()1400);steering_pwm_set(1400);第27頁廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）)1400);)temp_data=-temp_elseif(light7)data;()*s='-')steering+=80;)else*s=''*+ssteering_pwm_set(void=temp_data/100+0x30;1440)

45、;delay(unsignedintk)temp_data=te(mp_data%100;delay(150);delay(1unsignedint/06?50);i,j;*+sfor(i=0;i<k;i+=temp_data/10+0x30;steering_pwm_set(+)temp_data=te1400);(mp_data%10;)/06?*+selseif(light8)for(j=0;j<121;j+);=temp_data+0x30;()steering+=90;)voidtime_20ms(void)steering_pwm_set(voidinterrupt11

46、450);lcd_printf(unsigned(char*s,inttemp_data)if(OUT)delay(100);delay(1(50);if(temp_data<0)TH0=TH_L;steering_pwm_set(/?D?3?g第28頁廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）0x0FC;unsignedlongTL0=TL_L;TL1=0x66;pulse_count=0;)flag_1ms=1;unsignedlongelse)dis_count=0;(unsignedcharcountth2=0;TH0=TH_H;小車：unsignedchar/?D?3

47、?g#includecounttl2=0;<reg52.h>unsignedcharTL0=TL_H;#include"motor.h"timeX=0;)#includeunsignedcharOUT=!OUT;"lcd1602.h”stop_flag=0;)unsignedcharsbitbeep=P3A7;table="run:000voidsbitstopl=P3A5;cm"time_1ms(void)sbitstopr=P3A6;unsignedcharinterrupt3sbitqingxie=table_time=(P3

48、A0;"Time:000s"time_all+;bitflag_T0=0;unsignedcharif(time_allbitflag_stop=0;stoptemp="stop"=50)bitflag_100us=0;unsignedchar(bitflag_finish=0;beeptemp="beep"time_allbitflag_qingxie=0;0;voiddelay(unsignedintflag_50ms=1;unsignedintxms);)car_time=0;unsignedintvoidmain()TH1=c

49、ar_rad=0;第29頁(flag_stop=0)廣西師范大學(xué)漓江學(xué)院2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）init_motor();beep=1;init_lcd1602(if);(flag_100us)motor_set_mrspd(3TMOD=5);0x01|0x10;C_T2=1;flag_100us=0;motor_set_mlspd(3TH0=5);0x0FF;motor_pwm_interrTL0=upt();delay(50);0x0F7;/10usTH1=0xff;TL1=0x84;/a?t?a?DTH2=0;?TL2=0;if(qingxie=1&&EA=1;f

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