智能小车设计毕业设计(论文)
题
业 设 计(论 文)
智能小车设计
毕
目:
毕业设计(论文)诚信声明书
本人声明:本人所提交的毕业论文《 》是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果,论文中所引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注;对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式注明并表示感谢。
本人完全清楚本声明的法律后果,申请学位论文和资料若有不实之处,本人愿承担相应的法律责任。
论文作者签名: 时间: 年 月 日 指导教师签名: 时间: 年 月 日
西 安 邮 电 学 院
毕业设计(论文) 任务书
学生姓名 学院 专业 题目
智能小车设计
指导教师
职称
系部
任务与要求
1. 2. 3. 4. 5.
学习并熟系统基本结构设计的基本理论。 学习arm 的基本原理和应用设计。 学习并掌握IAR 的使用方法。
学习掌握步进电机驱动电路及接口设计。 设计结构及系统电路并相关程序。
6 系统设计及调试。
开始日期
2011年4月18日
完成日期 2011年6月5日
年
月
日
主管院长(签字)
毕 业 设 计 (论文) 工 作 计 划
学生姓名 学院 专业 题目
指导教师
系部
职称
智能小车设计
工作进程
主要参考书目(资料) 《ARM 体系结构与编程》 《A RM 处理器与C 语言开发应用》 《基于ARM 的嵌入式系统开发》 《ARM 嵌入式系统基础教程(第二版)》 《侯冬晴. ARM 技术原理与应用》 《基于ARM 的嵌入式系统开发与应用》 《从51到ARM —32位嵌入式系统入门》 《ARM 嵌入式实验教程》 主要仪器设备及材料
Easyarm1138、5V 四相步进电机(28BYJ-48-5V )、红外避障传感器、小车轮子、阻容器件、电池盒、4节1.5V 电池、铁质月饼盒、螺丝、螺母、PC 机等。
论文(设计)过程中教师的指导安排 每周1次答疑指导。 对计划的说明
希望通过自学和请教老师,能将一个自己完全不熟悉的项目做好,真心的想 通过此次项目锻炼自己的学习能力与动手能力。
毕业设计(论文) 开题报告
学院专业级班
课题名称: 智能小车设计
学号:
指导教师:
报告日期: 2010年10月28日
说明:
本报告必须由承担毕业论文(设计) 课题任务的学生在毕业论文(设计) 正式开始的第1周周五之前独立撰写完成,并交指导教师审阅。
毕业设计 (论文) 成绩评定表
目录
1
2
2.1
2.2
2.3 引言 .................................................................................................................... 1 需求分析 ............................................................................................................ 2 项目来源及背景 ................................................................................................ 2 项目目标 ............................................................................................................ 2 应用环境 ............................................................................................................ 2
2.3.1 系统硬件环境 .................................................................................................2
2.3.2 系统软件环境 .................................................................................................6
2.4
3
3.1 功能规格 ............................................................................................................ 7 系统设计 ............................................................................................................ 8 系统总体设计 .................................................................................................... 8
3.1.1 总体设计 .........................................................................................................8
3.1.2 系统的功能模块 .............................................................................................8
3.1.3 小车系统结构图 .............................................................................................9
3.2 详细设计 .......................................................................................................... 10
3.2.1 详细设计的任务 .......................................................................................... 10
3.2.2 具体设计 ...................................................................................................... 10
3.2.3 总体设计流程图 .......................................................................................... 13 4
4.1 系统实现 .......................................................................................................... 14 核心部分实现方法 .......................................................................................... 14
4.1.1 红外蔽障模块 .............................................................................................. 14
4.1.2 5V4相步进电机的驱动模块[5] .................................................................... 14
4.1.3 速度控制模块 .............................................................................................. 14
4.2 部分模块实现结果 .......................................................................................... 14
4.2.1 红外避障模块的实现 .................................................................................. 14
4.2.2 电机驱动模块的实现 .................................................................................. 14
4.2.3 蜂鸣器模块的实现 ...................................................................................... 14
4.2.4 加减车速控制模块 ...................................................................................... 15
4.2.5 车速显示模块 .............................................................................................. 15 5
6 小车系统测试 .................................................................................................. 16 结束语 .............................................................................................................. 17
致 谢 ........................................................................................................................... 18
参考文献 ......................................................................................................................... 19
7 附件1:系统实现 .......................................................................................... 20
7.1 核心部分实现方法 .......................................................................................... 20
7.1.1 红外蔽障模块 .............................................................................................. 20
7.1.2 5V4相步进电机的驱动模块[5] .................................................................... 23
7.1.3 速度控制模块 .............................................................................................. 26
摘要
智能小车属机器人的一种,它可按照预先设定的模式在一个环境里自主运行,不需要人为管理,多应用于学术应用、科学探测、救灾抢险等用途。人们通过编译环境编程实现行进、绕障、停止、检测数据的存储、显示等功能,无需人工干预。智能小车设计具有实际意义,与实际相结合,现实意义很强。
本系统以Easyarm1138为核心的控制电路,采用模块化的设计方案,运用光电发射接收器、步进电机、传感模块、车轮模块、车速控制模块、速度显示模块等组成不同的模块,实现小车在行驶中测试、躲避障碍物、自我调整方向、蜂鸣提醒、加减行驶速度、显示当前速度等问题。并将测量数据传送至Arm 板进行处理,然后由Arm 板根据所检测的各种数据实现对电动小车的智能控制。这种方案能使得智能小车满足控制灵活、可靠,精度高,可满足系统的各项要求。
【关键词】Easyarm1138、步进电机、光电传感器、驱动模块、蜂鸣模块、车速控制模块、显示模块、躲避障碍物
Abstract
The intelligent mobile car is a kind of the robot .It can work by itself as the way designed before without management by our human beings ,therefore ,it is usually used on the fields of academic ,scientific exploration ,relief rescue and so on .The marching ,avoiding obstacles ,stopping , monitoring data ,display become true by the programming. The intelligent mobile car is realistic and associated with actual. This system is used by Easyarm1138 as the core control circuit, and the way of design is modular, and there are so much modules such as photoelectric launch receiver, stepping motor, sensing module, wheel module,buzz remind,speed display module which realize the details about the car driving test, evades obstacles, self adjusting direction,remind by buzz,adding and subtracting speeds, display the speed and so on. The measured data are transfered to the arm board processing, then according to the various data from the arm control the intelligent car. This scheme can make the intelligent mobile car flexible, reliable control ,high precision, and can meet the requirements of the system.
【Key words】Easyarm1138, Stepping motor, Photoelectric launch receiver, Driver module, Buzz remind,Speed display module, Speed control module, Evades obstacles
1 引言
智能小车可集环境感知、动态决策、行为控制等多种功能于一体。随着传感技术、计算机技术、人工智能及其它学科的迅速发展,机器人小车逐渐具有智能其必须具有感知作业环境、任务规划以及决策的能力。从系统硬件方面讲,机器人小车必须具有复杂的传感器,功能强大的计算机以及精确的驱动系统。单片机作为控制系统的微处理器,早已经无法满足系统的需求,ARM 微处理器资源丰富,在数据处理和代码存储等方面具有良好的通用性。ARM 是32位微处理器,集成了16位的Thumb 指令集, ARM可以代替16位的处理器如51系单片机,同时具有32位处理器的速度。ARM 的嵌入式系统性能优良、移植性好,已广泛应用于各个行业,因此将ARM 微处理器应用于机器人小车是一种较优的选择。[1]
本系统以Easyarm1138为核心的控制电路,采用模块化的设计方案,运用光电发射接收器、步进电机、传感模块、车轮模块、蜂鸣模块、速度控制模块、速度显示模块等组成不同的模块,实现小车在行驶中测试、躲避障碍物、自我调整方向、蜂鸣提醒、加减行驶速度、显示当前行驶速度等问题。根据题目的要求,确定如下方案:在Easyarm1138上,加装光电、红外线传感器、七段数码管,利用蜂鸣器,实现对电动车的速度、运行状况的实时测量及监控,并将测量数据传送至ARM 进行处理,然后由ARM 根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制,控制灵活、可靠,精度高,可满足对系统的各项要求。
2 需求分析
2.1 项目来源及背景
随着社会发展及人类的公共交通需求,以及人工智能化水平的日益提升,汽车工业也前所未有的迅速发展,关于汽车方面的研究也就越来越受人关注。全国电子竞赛、省内电子竞赛以及全国各高校每年举办竞赛也都有智能小车这方面的题目,由此可知,各方各面都很重视该题目的研究,可见其研究意义之大。此次设计也是顺应社会发展的大潮以及人们的需求而产生的,此次设计的智能电动小车能够实现在行驶中自动探测、躲避障碍物、自我车身调整、蜂鸣提醒、加减运行速度、显示行驶速度等具体功能。
2.2 项目目标
本项目设定的目标如下:
小车系统应具有良好的运行效率,具有较高的前行、左右转向、遇到障碍物的反应、蜂鸣警示及躲避的响应速度;
小车系统应具有良好的可扩展性,可以为日后升级系统提供方便;
小车系统应具有良好的灵活性,使行驶速度、自身调整角度都可以灵活改变;
小车系统提供良好的测试模式,使设计人员可以调整观察行驶速度、方便的操作、调整小车运行模式;
在做这个项目的过程中不断的积累自己的技术水平,力求做出实用灵活的智能小车。
2.3 应用环境
2.3.1 系统硬件环境
Easyarm1138
内核:32位ARM Cortex-M3(ARM v7M架构);
运行频率:50MHz
时钟周期:快速可嵌套中断,6~12个时钟周期;
外设资源:7组GPIO
内置:看门狗定时器(WatchDog Timer) 、USB 接口的下载仿真器
外围电路设计:5只LED 指示灯、3只KEY 、1只交流蜂鸣器、两排插针引出全部GPIO 资源,以及ADC0~ADC7、5V 、3.3V 、GND 等;
Easyarm1138各部位电路图如下:
图2-1 Easyarm1138的MCU 电路图
JTAG 是由几家主要的电子制造商发起制订的PCB 和IC 测试标准。其原理图如下:
图2-2 JTAG电路图
USB 是一个外部总线标准,用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。是应用在PC 领域的接口技术。USB 接口支持设备的即插即用和热插拔功能。其原理图如下:
图2-3 USB/PWR电路图
LED 是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。其原理图如下:
图2-4 LED电路图
步进电机28BYJ-48-5V
额定电压:5VDC
相 数:4相8拍
步距角:5.625°/64
减速比:1/64
步进角度:5.625 x 1/64
牵入转矩:>34.3mN.m(120Hz)
自定位转矩:>34.3mN.m
直径:28mm
重 量: 32g
步进电机28BYJ-48-5V 工作原理图如下:
图2-5 步进电机28BYJ-48-5V 工作原理图
该步进电机为四相步进电机,采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电,就能使步进电机步进转动。步进电机28BYJ-48-5V 电路图如下:
图2-6 步进电机28BYJ-48-5V 电路图
红外避障驱动
有障碍:OUT 输出持续(断点) 低电平
无障碍:OUT 输出持续高电平
工作电压:3.8v-5v
最大工作电流(5V时) :14mA
三条线:VCC 、GND 、OUT
精密可调电位器:根据使用环境调节
可调电位器调节范围:5cm-100cm
反射距离:跟具体的反射目标来决定, 可根据情况调节 红色的LED :探测到障碍时发光
数码管显示
共阴极数码管:
图2-7 数码管原理图
小车轮子
轮宽:26.6mm
轴外径:13.8mm
轴孔宽:3.66mm
轴孔长:5.3mm
皮胎内径:51.8mm
皮胎外径:66mm
2.3.2 系统软件环境
本系统的软件环境如下:
操作系统:Windows2000或以上版本