bob半岛优秀毕业设计---智能小车设计pdf目录 1 引言 1 2 需求分析 2 2.1 项目来源及背景 2 2.2 项目目标 2 2.3 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 功能规格 7 3 系统设计 8 3.1 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 系统实现 14 4.1 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 小车系统测试 16 6 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、 躲避障碍物半岛·综合体育、 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半岛·综合体育。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 I 智能小车设计 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 Easyarm1138as 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 II 智能小车设计 1 引言 智能小车可集环境感知半岛BOB·中国官方网站、动态决策、行为控制等多种功能于一体半岛·综合体育。随着传 感技术、计算机技术、人工智能及学科的迅速发展，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半岛BOB，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 车的智能控制半岛BOB·中国官方网站。 这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制， 控制灵活半岛BOB·中国官方网站、 可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。 1 智能小车设计 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半岛·综合体育半岛·综合体育，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半岛BOB、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 接口的下载仿线 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； 2 智能小车设计 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 领域的接术。 USB 接口支持设备的即插即用和热插拔功能半岛BOB·中国官方网站。其原 理图如下： 3 智能小车设计 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 4 智能小车设计 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 5 智能小车设计 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 6 智能小车设计 开发工具包： Stellaris 外设驱动库 集成开发工具： IAR Embedded Workbench 2.4 功能规格 系统采用 C语言、 IAR Embedded Workbench软件及 Stellaris 外设驱动库 进行小车的程序书写半岛BOB·中国官方网站，采用 Protell99SE 进行红外避障以及步进电机驱动的硬 件模块设计半岛BOB·中国官方网站。 [2] 7 智能小车设计 3 系统设计 3.1 系统总体设计 3.1.1 总体设计 （1） 根据需求分析生成的文档， 对项目进行总体设计， 使用模块流程图， 组成模块元素清单，对系统进行设计与分析提供详细的指导。 （2 ）设计模块结构， 将按功能需求划分为最小单元的功能模块半岛BOB。 确定各模 块间的关系，将其连接起来进行整体分析。 3.1.2 系统的功能模块 a. 红外避障功能模块 此子系统主要功能模块有：收发信号模块、预调电位器、 LED显示模块。 收发信号模块的功能：由发射器发射信号，若前方有障碍，则接收器能够 接收到信号，最终将信号输送至 Easyarm1138；反之，若前方无障碍，则接收 器不能接收到信号，因此仍保持小车前一秒的运行状态。 预调电位器的功能：可调红外感应距离，使小车在复杂多变的地形环境中 可以灵活多变的进行应用。 LED 显示模块的功能：有障碍时输出低电平，无障碍时输出持续高电平。 其显示作用在于提醒用户哪一端检测到了障碍物半岛BOB·中国官方网站。 b. 步进电机驱动功能模块 此子系统主要功能模块有： ULN2003AN、LED显示模块 ULN2003AN模块的功能：交替为四相八拍步进电机提供 4 个交替的高低电 平，通过对四相交替的输入高电平，使得电机开始转动。 LED显示模块的功能：高电平时其点亮，表明其对应的四相的工作正常。 c. 蜂鸣功能模块 此子系统主要功能模块有：蜂鸣工作模块 蜂鸣工作模块的功能：遇到障碍物时报警。为以示区别，左侧红外检测到 障碍时发出低沉的声音，右侧红外检测到障碍物时发出尖锐的声音。 d. 加减速功能模块 此子系统主要功能模块有： KEY1键、 KEY2键 KEY1键的功能：加速，提高速度档位。 8 智能小车设计 KEY2键的功能：减速，降低速度档位。 e. 速度显示模块 此子系统主要功能模块有：七段数码管 七段数码管的功能：根据 KEY1键及 KEY2键的速度调整情况，实时的显示 当前小车行驶的速度的档位情况。 3.1.3 小车系统结构图 小车系统结构总设计图： 图 3-1 小车结构图 9 智能小车设计 3.2 详细设计 3.2.1 详细设计的任务 根据总体设计生成的小车系统结构图，确定具体地实现智能小车其各种功 能的具体方法，既在行驶中自动探测、躲避障碍物、 自我车身调整、 蜂鸣提醒、 加减运行速度、显示行驶速度为目标加以确定核心代码的实现方案。详细设计 之后应该得出模块需求的精确描述，进行需求模块的流程图绘制半岛·综合体育，使得在设计 时思路更加清晰，使代码编写阶段根据以上述描述编写具体代码。 3.2.2 具体设计 [4] a. 红外避障流程图 图 3-2 红外避障流程图 图解：当小车向前行进时，左右两个红外避障检测仪实时监测左右两方是 否遇到障碍物。 ①当检测仪检测到有障碍物时，开始判断障碍物的位置，是在左、右、还 是正前方，然后将信息输入 Easyarm1138进行后续步进电机行动处理。 ②当检测仪没有检测到障碍物时，开始判断此时是否有按键中断，即此时 是否需要进行小车行进速度的调整。 10 智能小车设计 b. 步进电机驱动流程图 图 3-3 步进电机驱动流程图 图解：当红外监测完毕后，小车按照监测结果选择行进方式。 ①当左侧红外检测到障碍物时，左轮不动，右轮超前前进 10°，若右侧红 外没有探测到障碍物，则左轮顺时针、右轮逆时针旋转 20°，进行二次调整， 躲避障碍物之后向前行进。

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