光電智能尋跡小車的研制及其設計畢業(yè)論文(已修改)

　

【正文】 光電智能尋跡小車的研制與設計摘要本畢業(yè)設計是以AT89S51為核心的《光電智能尋跡小車的研制與設計》設計，AT89S51單片機是一款八位單片機，他的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。該設計是結合科研項目而確定的設計類課題。這個檢測系統(tǒng)采用了AT89S51與紅外接收發(fā)射探頭傳感器結合，利用紅外接收，發(fā)射探頭傳感器檢測道跑道軌跡，控制電動小汽車自動尋跡，以及自動停車。該系統(tǒng)具有電路結構簡單，可靠性能高，智能化程度高，低功耗等特點。本系統(tǒng)的實用性強。可以廣泛的應用于自動化倉庫的貨物運輸。關鍵字：單片機，紅外探頭，尋跡，智能小車AbstractThe graduation design is based on AT89S51 as the core of The Research and Design of Photoelectric Intelligent Tracing Car, AT89S51 is an eight singlechip microputer, its usability and versatility received highly mendation. The design is a bination of scientific research project and design task. The detection system with AT89S51 and infrared sensor probe, receiving launched using infrared sensor probe receiving, emission, runway automatically control electric car tracing and automatic parking. This system is practical and it can be widely applied to the goods transportation of automatic warehouseKey words: Singlechip, Infrared detector, TracingSmart cars目錄摘要 IAbstract II1. 緒論 1 1 1 2 3 3 43. 智能小車硬件設計 5 5 機械部分材料清單 5 6 AT89S51單片機簡介 7 AT89S51單片機的硬件結構 8 AT89S51單片機管腳簡介 8 AT89S51單片機的內部存儲結構 8 10 10 11 11 13 154智能小車軟件設計 16 16 175開發(fā)流程 20 20 22 23結論 25致謝 26文獻參考 27附錄A 28附錄B 31附錄C 33附錄D 371. 緒論國內外隨著計算機技術，控制技術，信息技術的快速發(fā)展，工業(yè)的生產和管理進入了自動化，信息化和智能化的時代，智能化已經成為時代發(fā)展的需要。第三代單片機包括了Intel公司發(fā)展MCS51系列的新一代產品，如8ｘC152﹑80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8ｘC451﹑8ｘC452,還包括了Philips﹑Siemens﹑ADM﹑Fujutsu﹑OKI﹑HarriaMetra﹑ATMEL等公司以80C51為核心推出的大量各具特色﹑與80C51兼容的單片機。新一代的單片機的最主要的技術特點是向外部接口電路擴展，以實現Microputer完善的控制功能為己任，將一些外部接口功能單元如A/D﹑PWM﹑PCA(可編程計數器陣列)﹑WDT(監(jiān)視定時器)﹑高速I/O口﹑計數器的捕獲/比較邏輯等。這一代單片機中，在總線方面最重要的進展是為單片機配置了芯片間的串行總線，為單片機應用系統(tǒng)設計提供了更加靈活的方式。Philips公司還為這一代單片機80C51系列8ｘC592單片機引入了具有較強功能的設備間網絡系統(tǒng)總線CAN(Controller Area Network BUS).新一代單片機為外部提供了相當完善的總線結構，為系統(tǒng)的擴展與配置打下了良好的基礎。該項目可以應用于機車頭自動尋跡，工廠自動化，倉庫管理，可提高勞動生產效率，改善勞動環(huán)境。在柔性自動化生產線，智能倉庫管理及物流配送等領域，當生產環(huán)境惡劣時，工人不能完成的任務如物料運輸和裝卸等，可采用智能尋跡小車完成相應的任務?；谏a現場和日常生活的實際需要，研究和開發(fā)智能尋跡小車系統(tǒng)具有十分重要的意義。在本次設計中，要求所設計的小車具有自動尋跡的功能，能在指定跑道上勻速，平穩(wěn)地運行。跑道為黑色。其背景色為白色，跑道可以為環(huán)形，圓形，梯形。很明顯，我們要設計的小車是要能沿黑線跑道正常行駛，并在此基礎上，盡量提高小車行駛速度。系統(tǒng)框架圖 單片機AT89S51指示燈紅外發(fā)射紅外接收電機驅器電機M1電機M2紅外發(fā)射紅外接收紅外接收紅外發(fā)射智能尋跡小車能尋跡主要是由前方的兩對紅外發(fā)射與接收探頭來完成的。根據光有反射的特性。所以說當紅外發(fā)射出來的光線遇到物體時，就會形成反射的光線，而這個經反射的紅外光線剛好被紅外接收探頭接收到。當紅外接收探頭接收到信號后，再將信號送到單片機由單片機內部程序來控制電機，由電機完成小車的前進，轉向。在單片機選擇提供兩種選擇一種是8031另一種是AT89S51選用8031單片機系統(tǒng)8031單片機內不帶程序存儲器ROM，使用時用戶需外接程序存儲器8255和一片2764，來進行擴展。電路復雜。選用AT89S51單片機系統(tǒng)AT89S51里有4K程序存儲器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。不用擴展外部存儲器。顯而易見，這種單片機對開發(fā)設備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。由此可見選用AT89S51單片機。在傳感器方案的選擇中，有以下兩種方案供參考：方案一：使用CCD傳感器來采集路面信息。使用CCD傳感器，可以獲取大量的圖像信息，可以全面完整的掌握路徑信息，可以進行較遠距離的預測和識別圖像復雜的路面而且抗干擾能力強。但是對于本項目來說，使用CCD傳感器也有其不足之處。首先使用CCD傳感器需要有大量圖像處理的工作，需要進行大量數據的存儲和計算。因為是以實現小車視覺為目的，實現起來工作量較大，電路復雜。方案二：使用光電傳感器來采集路面信息。使用紅外傳感器最大的優(yōu)點就是結構簡明，實現方便，成本低廉，免去了復雜的圖像處理工作，反應靈敏，響應時間低，便于近距離路面情況的檢測。但紅外傳感器的缺點是，它所獲取的信息是不完全的，只能對路面情況作簡單的黑白判別，檢測距離有限，而且容易受到諸多擾動的影響，抗干擾能力較差，背景光源，器件之間的差異，傳感器高度位置的差異等都將對其造成干擾。在本次設計中，賽道為黑色與白色兩種顏色，小車只要能區(qū)分黑色就可以采集到準確的路面信息。經過綜合考慮，在本設計中采用紅外光電傳感器作為信息采集元件。在小車的運行中，主要有方向和速度的控制，即舵機和電機的控制，這兩個控制是系統(tǒng)軟件的核心操作，對小車的性能有著決定性的作用。對舵機的控制，要達到的目的就是：在任何情況下，總能給舵機一個合適的偏移量，保證小車能始終連貫地沿黑線以最少距離行駛。在舵機的控制方案中，有以下兩種方案可供選擇：方案一：比例控制這種控制方法就是在檢測到車體偏離的信息時給小車一個預置的反向偏移量，讓其回到跑道。比例算法簡單有效，參數容易調整，算法實現簡單，不需要復雜的數字計算。在實際應用中，由于傳感器的個數與布局方式的限制，其控制量的輸出是一個離散值，不能對舵機進行精確地控制，容易引起舵機左右搖擺，造成小車行駛過程中的振蕩，而且其收斂速度也有限。方案二PID控制PID控制在比例控制的基礎上加入了積分和微分控制，可以抑制振蕩，加快收斂速度，調節(jié)適當的參數可以有效地解決方案一的不足。不過P，I，D三個參數的設定較難，需要不斷的進行調試，憑經驗來設定，因此其適應性較差。方案三：最少拍控制最少拍設計，是指系統(tǒng)在典型輸入信號（如階躍信號，速度信號，加速度信號等）作用下，經過最少拍（有限拍），使系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)誤差為零。所以，最少拍控制系統(tǒng)，也稱最少拍無差系統(tǒng)，最少拍隨動系統(tǒng)，實質上是時間最優(yōu)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的性能指標就是系統(tǒng)的調節(jié)時間最短或盡可能短。可以看出系統(tǒng)對閉環(huán)脈沖傳遞函數的要求是快速性和準確性。也就是說讓小車在行駛出跑道后，能在最短的時間內回到跑道上。最少拍控制系統(tǒng)的設計與被控對象的零極位置有很密切的關系。在本次設計中小車只要求按照跑道行駛，跑道簡單。能有快速性，準確性的反應就可以，經過綜合考慮后，采用最少拍控制。3. 智能小車硬件設計本設計的小車硬件設計分為兩部分，一部分是機械設計，一部分是電路設計。機械設計主要是對小車的機械部件進行選件與組裝。電路設計是對核心單片機、還有復位操作方式、晶振頻率、傳感器電路設計、電源管理模塊、驅動模塊進行介紹。組裝注意事項請看附錄B 機械部分材料清單材料清單分為：電動機芯裝配材料清單與小車裝配清單（1）電動機芯裝配材料清單：序號名稱規(guī)格1電機131U=6V10000轉/分2蝸桿M= Z=13二牙軸Φ2*184二牙片M==10/205三牙軸**68方軸6三牙片M= Z=12/38方孔7電機夾板A8四牙軸**z8方軸9四牙片M= Z=42方孔10電機夾板B11自攻螺絲*812機制螺絲M3*30（2）小車裝配清單：序號名稱規(guī)格數量1底板12機制螺絲M384對3機芯24后輪25開關16機制螺絲M282對7雙聯極片38前輪29前輪架210單聯極片211機制螺絲M384對12前輪軸Φ3118113前輪固定圈2位號名稱備注位號名稱備注M1電機1接線座SIU1LED數碼管M2電機2接線座IR1紅外接收頭X1前端探測板接線座RX110K排阻DC電源接線座Z1R115KIC1AT89S51R2220IC2MAX232CPER3150KIC3LG911集成電路R41MIC4LG911集成電路R547KC110uF/16vR6560C2104R7560C3104R8560C4104R9560C510uF/16vR10560C610uF/16vR11560C730PFR12560C830PFR13560C9104R14220C1010uF/16vR1510KC1110uF/16vR16560C1210uF/16vR1710KC1310uF/16vR18560D1D8紅色發(fā)光二極管R19560D9綠色發(fā)光二極管R20560S1按鍵開關R21560S2按鍵開關R22560S3開關R23560COM19針串行端口R24560D1D2LED發(fā)光二極管前板用R2510KV1紅外發(fā)射頭前板用R26560V2紅外接收頭前板用RL1光敏電阻V3紅外發(fā)射頭前板用SB1蜂鳴器V4紅外接收頭前板用B1話筒V5紅外接收頭前板用R1220前板用V6紅外發(fā)射頭前板用R2220前板用R3560前板用R415K前板用R515K前板用R6220前板用R7560前板用R815K前板用COM數據線詳細圖片請看附件 AT89S51單片機簡介AT89S51作為本設計的核心芯片如圖所示31，是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許