基于单片机的智能车车控制系统自动路径识别设计学士学位论文.doc
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1、各专业完整优秀毕业论文设计图纸学 号_1009131118 毕 业 设 计课 题 基于单片机的智能小车系统自动路径识别设计 学生姓名 系 别 电气工程系 专业班级 通信工程 指导教师 二0一四 年 六 月IIII铜陵学院毕业设计目 录目 录II插图清单V插表清单VI摘 要VIIAbstractVIII第一章 综述11.1 智能车现状和发展11.2相关开发环境11.3c语言的简单介绍21.4 本文的主要工作2第二章 智能汽车总体控制系统32.1 系统工作原理32.2 系统硬件结构42.3 系统软件结构52.4 本章小结5第三章 智能汽车机械系统调整与改造63.1模型车基本结构参数介绍63.2 机
2、械结构调整与改造63.2.1 前轮定位参数调整63.2.2 车体重心调整73.2.3 激光传感器的安装73.3 小车整体机械结构的实物图73.4 本章小结8第四章 光电导引智能汽车控制系统硬件电路设计94.1 激光传感器电路94.1.1 激光发射与接收原理94.1.2 激光传感器电路设计104.2 电机驱动模块114.2.1 驱动芯片的选择124.2.2 驱动芯片1243 舵机驱动模块124.4 编码器模块134.5 电源管理144.5.1 电源管理模块144.5.2 各模块供电情况分析144.5.3 电源芯片外围电路原理图154.6 无线通讯模块154.8 本章小结16第五章 智车系统控制算
3、法及软件设计175.1 主程序流程175.1.2 控制策略路径识别策略205.2 激光发射管调制分时发光205.3 舵机控制策略22V铜陵学院毕业设计5.4 速度控制策略235.5 起跑线检测255.6 本章小结25致谢27附录1 总原理图28附录2 智能车控制主程序代码29插图清单图1- 1 开发环境1图1- 2 调试界面2图2- 1 系统的工作原理设计框图3图2- 2 系统总体结构4图2- 3 系统软件结构5图3- 1 前轮外倾示意图6图3- 2 前轮前束示意图7 图4- 1 光电传感器工作原理示意图9图4- 2 赛道基本参数10图4- 3 发射电路原理图10图4- 4 接收电路原理图11
4、图4- 5 激光传感器PCB布局11图4- 6 双BTS7970并联驱动原理图12图4- 7 舵机SD513图4- 8 编码器及接口电路14图4- 9 电源管理框图14图4- 10 基于 LM2940 -5V 供电15图4- 11 基于 LM1117-6V可调供电15图4- 12 主板电路pcb图16图5- 1 系统初始化流程图18图5- 2 赛道处理流程图22图5- 3 舵机控制流程图23图5- 4 PID控制器结构图24图5- 5 pid控制流程24图5- 6 起跑线检测流程图25插表清单表4- 1 SD5 数码舵机参数13表5- 1 智能车所用到的芯片资源17基于单片机的智能小车控制系统
5、设计摘 要 在科技不断进步的今天,单片机已经成为不可替代的一部分,熟悉单片机的使用,程序的编写,是工科学生应该具备的一项能力,基于单片机的智能小车的设计,是在使用单片机mc9sxs128的基础上,配合硬件和软件,完成这次毕业设计。同时,汽车已成为人们生活中不可缺少的一部分。在以后的发展过程中,自动驾驶将成为必不可少的趋势。本论文的理论与现实意义均在于此。 本文在分析智能车系统功能的基础上,给出了总体设计方案,以mc9sxs128单片机为核心的模块化的设计方法。详细介绍了各个模块的内容,主要包括舵机控制,电机控制,红外模块控制,单片机最小系统控制的硬件设计电路及软件设计流程等等。实践结果表明。在
6、各个模块做了充分的调试和实验后,智能车终于能按规定的要求完成任务。关键词: 智能车;mc9s; 调试;PWM波35沈敬红:基于单片机的智能小车系统设计Design of smart car based on SCMAbstract In the continuous progress of science and technology today, computer has become an irreplaceable part, familiar with SCM, programming, is an ability of engineering students should poss
7、ess, the design of the smart car based on SCM, is based on the use of mc9sxs128 microcontroller, combined with hardware and software, completed the graduation design. At the same time, the car has become an indispensable part of peoples life. In the development process, the autopilot will become ind
8、ispensable trend. In this paper, the theoretical and practical significance lies in the. Based on the analysis of the intelligent vehicle system, given the overall project design, modular design method based on mc9sxs128 microcontroller. The details of the various modules of the content, including s
9、ervo control, motor control, infrared control module, MCU minimum system control hardware circuit design and software design flow etc. Practice results show. The debugging and experiment fully in each module, intelligent vehicle can finally finish the task according to the requirements of the.the re
10、quirements of the.Keywords: Intelligentcar; MC9S; Debugging;PWMwave35沈敬红:基于单片机的智能小车系统设计第一章 综述 现今汽车已经成为人们生活中不可替代的交通工具,19世纪末诞生以来,已经有100多年的发展历史。汽车的技术已经日趋成熟。然而,人们对汽车技术的改进从没有停止过,此论文关于基于单片机的智能车控制,就是从智能车的硬件系统软件系统对其进行分析。下面对智能车现状以及开发环境和程序作一简单介绍。1.1 智能车现状和发展改革开放以来,我们国家的经济发展取得了很大进步,但是面对发达国家汽车企业的冲击,我们国家也面临着巨大的挑
11、战。咱们目下当今缺乏完备的汽车开发实力和自主的品牌,零部件构造体质薄弱,汽车企业与发达国家水平还有较大差距。所有这些问题必须认真面对。未来,我国汽车工业的发展趋势将由领导者变为追随者。 1.2相关开发环境咱们组选用的是CodeWarrior V5.0开发。下面简单介绍它的使用。 以下将介绍在CodeWarrior IDE中用C语言来实现对MC9S12系列单片机的编程开发和调试。(1)工程建立,代码书写编程开发的第一步需要建立一个项目的工程(如图1.1),此工程包含了所有文件的指针和工程的配置信息,步骤如下:启动程序;选择“File”-“New”,选择hc9s12xs Family, MC9S1
12、2XS128;在“项目名称”填写项目名称,选择“位置”的存储位置,同时用C语言编程;其余选择默认的,最后单击完成即可。当完成了工程的建立之后就可以,在工程中添加源代码,实现系统所需的功能。(2)编译链接单击“Make”,实现编译和链接的工作。图1- 1开发环境(3)下载与在线调试在编译完成了之后,选择P&E Multilink调试模式,单击“Debug”即可进入在线调试的界47沈敬红:基于单片机的智能小车系统设计图1- 2调试界面基本的调试方法是,选择Start/Continue进行 全速运行程序或者选择Single Step进行单步调试,同时还可以在“Source”窗口中的某个语句处,右击“
13、Set Breakpoint”,然后运行到断点处,观察变量情况。数据变量的观察可以在Data1和Data2窗口中观察,在这里可以选择变量的显示方式是十六进制或者十进制,同时还可以设置自动刷新数据和自动刷新的频率。1.3c语言的简单介绍C语言是一种编程语言,为面向过程,是所有控制语言的基础。它的主要特点是简便紧凑、灵活方便、运算符丰富、设计自由度大、可移植性好。它具有很强的数据处理能力,既是在软件开发上,又是在各种科研都需要用到这门编程语言,适用于编写系统软件,三维,二维图形和动画,具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发【7】。1.4 本文的主要工作本文的主要任务是设计一个自主识别路径的智能车;它
14、可以自动识别在跑道上的黑色标线,稳定运行和保持高速度。使小车能够达到所需的稳定性及快速性要求。铜陵学院毕业设计第二章 智能汽车总体控制系统智能车系统的要求是能够独立确定路线,即根据规则特别设计的跑道路面自动识别,运行完成没有冲出跑道,智能车辆运行平稳性和快速性是两个主要要求。于是关于小车的控制系统来讲稳定性和快速性是控制系统设计的两个首要指标。2.1 系统工作原理按照需求分析,经过仔细分析,决定采纳模块化设计方法。智能汽车的硬件系统是以单片机为核心,配以适当的外围电路,很好完成了系统功能。分别是电源模块、传感器控制模块、电机驱动控制模块、舵机驱动控制模块、无线通讯模块构成。图2-1所示为的智能
15、车系统的工作原理:车体结构器件布局安装电路布局安装模块化电路底层代码识别引导控制算法机械系统智能车系统电路系统软件系统图2- 1系统的工作原理设计框图智能车辆系统的激光传感器检测路面信息,并将路面信息发送到单片机。同时,通过反馈信道编码器将车速信息反馈给单片机。根据轨道信息和当前的速度信息,单片机采取一定的措施,并通过PWM信号控制直流电机和舵机做相应的动作,从而达成小车的转向控制和速度的控制。铜陵学院毕业(论文)2.2 系统硬件结构智能车控制系统从硬件上分为电源模块、传感器模块、直流电机驱动模块、舵机驱动模块、单片机模块和无线通讯模块,编码器模块,各个模块的原理及用途将会在后面章节介绍。它的
16、总体结构如图2-2所示:光电传感器光电编码器舵机MA9S12XS128齿轮耦合双BTS7970驱动电路前轮转向驱动电机图2- 2系统总体结构5铜陵学院毕业设计2.3 系统软件结构系统底层是硬件结构,是整个系统的基础,系统的软件结构是基于硬件和控制结构来决定的。其软件流程如下图所示。速度控制完成数据采集初始化方向舵机动作赛道信息处理参数设定 图2- 3系统软件结构2.4 本章小结本章主要介绍了智能车整体系统的工作原理,整体系统主要包括硬件系统和软件系统。硬件系统主要是对硬件结构初步的介绍,将硬件模块化,对每个模块分别做了简单的介绍。同时介绍了智能车在软件编程的总体思路,主要是对模块的初始化,参数
17、的配置等。铜陵学院毕业(论文)第三章 智能汽车机械系统调整与改造作为智能车系统的执行机构,模型车的机械性能直接决定着整个智能车辆系统的性能。通过总结前六届比赛,发现优化模型的结构参数和可靠的硬件设备在整个系统的比例越来越大。在条例容许的范围内,合理优化机械结构可以带来更加良好的效益。3.1模型车基本结构参数介绍系统所用智能车模型为1/16仿真越野车模型,为四轮驱动。该车模机械结构基本参数表3.1。表3.1 车模参数表车模参数尺寸前轮轮距175mm后轮轮距175mm前后轴距200mm车轮直径66mm车身长度290mm车前轮宽度26mm车后轮宽度40mm 3.2 机械结构调整与改造3.2.1 前轮
18、定位参数调整当今汽车在一般的行驶的过程当中,为了使汽车直线行驶稳定,转向轻便,转向后能自主回正,并减小轮胎和转向零件的磨损等,在转向轮、转向节和前轴之间构成一定的安置位置,叫做车轮定位。其主要定位参数包含:主销后倾、主销内倾角、外倾角和车轮前束。此模型车可以调整车轮外倾和车轮前束。 外倾角:经过车轮中间的横向平面与车轮的平面的交线与地面垂线之间的夹角称为“前轮外倾角”,如图3.1所示。图3- 1前轮外倾示意图铜陵学院毕业设计前轮外倾的主要作用是防止轮胎变形,由于车身体的重量,承载而导致变形,从而导致车轮内倾,偏磨,这将加速轮胎损坏。为了使车轮附近的道路和垂直滚动,使轮胎磨损均匀,安装轮胎时,要
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