毕业设计论文单片机控制自动往返小车.doc
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1、河南纺织高等专科学校毕业设计(论文)河南工程学院学生姓名XXX专业班级机电0533系部名称机电工程系题 目自动往返电动小汽车课题来源自拟课题性质工程设计指导教师同组姓名XXX、XXX主要内容设计并制作一个能自动往返于起跑线与终点线间的小汽车。允许用玩具汽车改装,但不能用人工遥控(包括有线和无线遥控)。跑道宽度0.5m,表面贴有白纸,两侧有挡板,挡板与地面垂直,其高度不低于20cm。在跑道的B、C、D、E、F、G各点处画有2cm宽的黑线,各段的长度如图1(见参考资料1)所示。 任务要求1基本要求(1)车辆从起跑线出发(出发前,车体不得超出起跑线),到达终点线后停留10秒,然后自动返回起跑线(允许
2、倒车返回)。往返一次的时间应力求最短(从合上汽车电源开关开始计时)。(2)到达终点线和返回起跑线时,停车位置离起跑线和终点线偏差应最小(以车辆中心点与终点线或起跑线中心线之间距离作为偏差的测量值)。(3)DE间为限速区,车辆往返均要求以低速通过,通过时间不得少于8秒,但不允许在限速区内停车。2发挥部分(1)自动记录、显示一次往返时间(记录显示装置要求安装在车上)。(2)自动记录、显示行驶距离(记录显示装置要求安装在车上)。(3)其它特色与创新。参考文献1.黄智伟 全国大学生电子设计竞赛系统设计2.徐爱钧,彭秀华,单片机高级语言C51应用程序设计,2000.3. 参考网址 4.网上资料和其他资料
3、。审查意见指导教师签字:教研室主任签字: 年 月 日 毕 业 设 计(论 文)任 务 书 说明:本表由指导教师填写,由教研室主任审核后下达给选题学生,装订在设计(论文)首页河南工程学院毕业设计(论文)自动往返电动小汽车学生姓名_系(部)_专 业_指导教师_年 月 日摘 要本文设计的自动往返电动小汽车,是在玩具电动车的基础上改装而成。它以89C52单片机为控制核心,辅以传感器、控制电路、显示电路等外围器件,构成了一个车载控制系统。电动小汽车能够根据题目要求在直线方向上完成调速、急刹车、停车、倒车返回等各种运动形式;这辆小车还可以自动记录、显示一次往返时间和行驶距离,并用扬声器播放显示内容。另外,
4、我们经过MATLAB仿真后,成功地实现了从最高速降至低速的平稳调速。本系统主要采用模糊控制算法进行速度调节。通过模糊控制和PWM脉宽调制技术的结合,提高了对车位置控制精度,并且实现了低速断车速的恒速控制。关键词:自动往返 单片机控制 自适应模糊控制算法 脉宽调制 AbstractWe design the automatic round-trip electrically operated compact car, is re-equips in the toy electric cars foundation becomes. It take the 89C52 monolithic int
5、egrated circuit as the control core, auxiliary by periphery components and so on sensor, control circuit, display circuit, constituted a vehicle to carry the control system. The electrically operated compact car can act according to the topic request to complete the velocity modulation, the slam on
6、the brakes, the parking, the back-draft returns in the straight line direction and so on each kind of movement form; This car may also the automatic recording, demonstrate that round-trip time and the travel distance, and broadcast the demonstration content with the speaker. Moreover, after we pass
7、through the MATLAB simulation, realized successfully has dropped to the low speed from the highest speed the steady velocity modulation.This system mainly uses the fuzzy control algorithm to carry on the speed regulation. Through the fuzzy control and the PWM pulse-duration modulation technologys un
8、ion, enhanced to the vehicle position control precision, and realized the low speed to break the vehicle speed the constant speed control. Key words: Automatic Round-trip Monolithic Integrated Circuit Control Auto-adapted Fuzzy Control Algorithm Pulse-duration Modulation 27目 录前 言4第一章总体方案设计与论证5第一节设计要
9、点5第二节系统方案5第二章控制算法的理论分析6第一节算法比较6第二节方案实现7第三章电路分析与设计9第一节单片机部分9第二节光电检测9一、光电开关基本原理9二、实际电路10三、采样方式11第三节电机控制11一、电机控制方法11二、电路图13第四节LCD显示13第五节语音芯片13第六节时钟芯片14第七节供电方式14第四章软件系统设计15第一节软件系统的任务及总体流程15第二节扩展软件功能实现16第三节各阶段控制流程说明16第五章测试方法与数据17第一节系统仿真调试17第二节指标测试方法17第三节测量仪器17第四节测量结果与分析17第六章结束语18参考文献19目录、封皮和表格请自己抓紧时间整理完!
10、前 言伴随着电子信息技术的飞速发展,单片机的应用越来越广泛,电子这个原本没有生命的东西越来越具有智慧了,而单片机在这当中充当着“大脑”的作用,指挥着系统完成其工作。单片机通过用汇编语言或者C语言编程,可以实现不同情况下的,不同电路的自动控制,用它可以开发很多智能的玩具,如机器人、遥控飞机、智能车,实际生活中的很多电器,例如电冰箱、全自动洗衣机、空调等,还有就是很多测量仪器以及高科技的空间探测,宇宙探索等都用到单片机,可以说现在生活中大多数的智能物品都用到单片机,围绕单片机以及嵌入式系统形成的电子产业将会是一个持续发展,愈来愈具有竞争力,愈来愈具有生命力的产业,电子世界将会更具有魅力。现今的世界
11、,传感器的应用无处不在,自动电梯,保安系统,路灯的控制等,天气中的温度、湿度等等。而自动导航在实际中的应用也很广,包括航天事业中的自动导航,全球定位系统,视觉导航等,随着传感器技术,计算机网络技术,图像处理技术的飞速发展,自动导航将进一步得到发展,而智能机器人也将进一步发展,代替人在一些环境艰难的地方工作1。本设计正是基于汽车的自动控制、安全定位等技术而进行的研究和尝试。试验所用的小汽车由玩具小汽车改装而成,主要通过单片机实现对小汽车运动的自动控制。小汽车在没有干扰的情况下,可以自动按照给定的路径行驶。并且能依照程序的指令,即时做到停、进、退、加速或减速等功能要求。本课题综合运用了单片机技术、
12、自动控制理论、检测技术等。使小车能在无人操作情况下,借助传感器识别路面环境,由单片机控制行进,实现初步的无人控制。第一章 总体方案设计与论证第一节 设计要点1、目严格规定了跑道上起跑线、终点线和几条重要标记线的位置以及限速区的长度。要求使总往返时间最短(即在题目允许的情况下尽可能提高车速),而通过低速区的时间不得少于8秒,但不允许在低速区内停车,这就要我们设计出使小车从高速平稳地降低到一个可以满足题目要求的速度的方案。2、车停止的定位也是一个要点。要想使小车停止时的中心线离终点线和起跑线偏差最小,就要考虑小车在不同负载情况下的惯性、路面情况等诸多因素,须理论计算或实验测量。3、定的跑道只有0.
13、5m宽,长约十几米,要使小车在这样宽度的一条跑道中往返三十余米,难免会碰上挡板。而碰上挡板后对小车的速度会有很大影响。因此如何解决碰撞挡板的问题十分关键。4、车在行驶过程中,由于颠簸或以外,造成标志线检测出错的情况,必须考虑系统检测的就错能力。5、部电路都安装在小车上采用电池供电,而电池电量及功率有限,这就意味着所采用的芯片要越少越好,电路功耗越低越好。第二节 系统方案本题要求小车具有一定的智能性,对此类控制系统,单片机作为核心控制器构成的信号采集、变换、控制、显示为一体的系统因为有单片机软件和算法的支持,可以使硬件电路简单,控制灵活、实现方便。我们采用单片机89C52为核心的系统框图如图1-
14、1所示。图1-1 系统框图其中,速度、位置的检测都是由一系列反射式光电开关完成的。他们输出的开关量送入单片机进行处理,单片机在收到这些信号时,做出相应的处理,比如发出PWM脉冲调制信号去控制电机,输出液晶显示字符,输出语音等等。外部时钟的作用是记录小车运行总时间和计时停留10秒。要使往返总时间最短,我们设计了理想的小车在各段运动速度曲线如图。从B点出发时,小车立即加速至最快,接着以最快速度通过CD段,因为CD段的长度在36米范围内不固定,所以小车只有在经过D时开始减速,并以V1速度运行,只要能满足已经在DE段内运行了8秒之后,就可以全力加速。当以最高速通过F时,小车立即减速,刚好在G处停止。返
15、回时,也按类似的速度曲线行驶。因为DE段的时间是最少为8秒的,所以能争取在DE段之外用时最少,也就意味着总往返时间最短。该曲线中,DE段之外都是尽力达到最快速度,而从DE段出来时的初速度大小就决定了能否以最短时间行驶全程。我们可以经实验得出速度V1及以V1运行的时间,就可以使冲出DE段的初速最大。由以上分析可知,按该曲线控制速度,往返总时间必然最短。图1-2 速度控制曲线对于小车可能碰撞挡板的情况,一种解决方案是,在车身两边加装超声波探测器,从而获得小车距离挡板距离,利用小车上的转向控制电机,进行方向微调,保持行驶方向的正直。这种方案理论上说应效果最好,但不得不在小车上集成两路超声波发射接收装
16、置,也就加大了电路的体积、重量和功耗。我们没有采用此方案。另一种方法是在车身左右两侧安装滑轮机构。若小车跑歪碰到挡板,它可以靠定滑轮沿挡板行驶,速度几乎不会受影响。这种方法可以满足题目的要求。于是,我们在车头两端、车尾两端各安装了一个定滑轮,实践证明,基本上不影响速度。第二章 控制算法的理论分析第一节 算法比较1、常规模糊控制查表法查表法的做法是:首先通过事先的离线计算,取得一个模糊控制表,然后将其控制表存放在ROM中。于是在控制过程中,单片机只需直接将采集到的输入状态量模糊化以后,根据这个转换后的模糊量在论域中元素的取值在控制表中可以查出相应输出量的以论域元素表现形式表现的控制量,再将其乘以
17、比例因子就用于控制过程,以达到控制目的。但由于小车电机的控制受电池电压、小车自重、跑道状态等外界因素的影响较大,所以单纯靠已固定在ROM中的控制表进行控制,很难适应外界环境的变化,难以达到令人满意的结果。2、常规模糊控制公式法公式法的做法的实质与查表法相同,但它将控制表用公式的方式表现出来。一般控制表达式为:u=。因此它可以抛开控制表,直接根据输入量的论域值,通过表达式可求得控制量u的论域值。这样虽然增加了单片机的运算负担,但是它节省了大量的存储空间,对于大量的控制规则的系统,有较大的优势。从表达式u=可以看出,改变参数a的值,就可以得到不同的控制规则,因此通过调整系数a,可以实现对系统控制规
18、则的在线调整,所以一般不直接使用公式法,而是利用公式法的参数可调实现参数自适应模糊控制。3、参数自适应模糊控制可采用多因子的公式法来实现,形式如下:u= x=0u= x=1,-1u= x=2,-2u= x=4,-4只要修正a1,a2,a3,a4四个参数就能够实现较好的控制。但参数太多,参数自寻优运算也相应非常复杂,不适合单片机控制,所以一般采用两个因子。4、模糊参数PID控制结合了模糊算法和PID算法的优点,它根据不同的输入将PID算法中的KP,KI,KD进行在线模糊调整,以达到对常规PID控制器参数实现智能调节2。从题中可以知道,要求小车的快速减速、刹车,算法程序的响应时间不应太长,模糊参数
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