智能循光小车毕业设计论文.docx

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智能循光小车毕业设计论文

毕业设计（论文）

智能循光小车设计

教学单位：

专业名称：

学号：

学生姓名：

指导教师：

指导单位：

完成时间：

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

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标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

智能循光小车设计

摘要

本系统采用STC12C5A60S2单片机为主控芯片，该芯片常用于电机控制和强干扰场合。

系统中采用五个光敏电阻模块和一个光强传感器BH1750FVI模块作为信号检测部分。

光敏电阻模块采用了LM393比较器芯片，通过电位器调节比较电压进而来控制光敏电阻的灵敏度。

BH1750FVI模块是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路，利用它的高分辨率可以探测0LX到65535LX范围的光强度变化。

系统以小车的四个电机为执行部分，电机驱动采用的是L298N芯片，该芯片可以驱动两台直流电机，本系统采用了两个L298N芯片来驱动四个直流电机。

本系统通过传感器来检测光照强度，把光照信息反馈给主控芯片，进而由主控芯片根据光的强弱和光源的方位来控制小车以最快的速度向光源走去。

本小车通过一些改进可以用于实际应用中，如灭火机器人，搬运机器人等。

关键词：

智能小车；寻找光源；单片机；STC12C5A60S2；传感器

IntelligentLightSeekingCarDesign

Abstract

ThissystemusesSTC12C5A60S2single-chipmicrocomputerasmaincontrolchip,thechipusedinmotorcontrolandstronginterference.OffivephotoresistancemoduleandalightintensitysensorBH1750FVImoduleaspartsignaldetection.PhotosensitiveresistancemoduleadoptstheLM393comparatorchips,bycomparingpotentiometertoadjustvoltageandthentocontrolthesensitivityofphotosensitiveresistance.BH1750FVImoduleistwolineserialbusinterfaceforatypeofdigitallightintensitysensorIC,takeadvantageofitshighresolutioncandetect0lxto65535lxrangeoflightintensitychanges.Fourmotorstoperformpartofthesystemtothecar,motordriverisadoptedL298Nchip,thechipcandrivetwodcmotors,thissystemadoptstwofourL298Nchiptodrivethedcmotor.

Thissystemthroughthesensorstodetectlightintensity,theilluminationinformationfeedbacktothemaincontrolchip,andthenaccordingtothestrengthofthelightbythemaincontrolchipandtheorientationofthelightsourcetocontrolthecarwiththefastestspeedtothelightsource.Thiscarthroughsomeimprovementscanbeusedinpracticalapplications,suchasfire-fightingrobot,handlingrobotandsoon.

Keywords：

Thesmartcar；Lightseeking；MCU；STC12C5A60S2；Thesensor

1绪论

1.1智能小车的背景和意义

在20世纪50年代初，美国Electronics公司研发出世界上第一台自动引导车辆，也是世界上第一台智能车辆，从严格意义上来说，这是一台移动机器人。

从50年代后期到60年代前期，以美国为首，德国、英国和日本等国家就已经开展了智能车辆的自动驾驶和车辆导航技术的研究。

直到今天，世界各国对智能车辆的研究表现出了空前的热情，也为此投入了大量的人力和物力，智能车辆也有了突破性的发展。

我们在一些全国性的电子设计大赛中经常会看到智能小车的身影，也有一些专门为智能小车而举办的设计大赛，如：

飞思卡尔智能车大赛等等。

由此可见，智能车的发展一直受到各方面的关注和支持。

智能小车也叫无人小车，它通过自带的传感器来感知周围的环境，再由传感器把信息反馈给主控芯片，然后通过主控芯片把反馈回来的信息进行解读和分析，进而再完成相应的动作。

智能小车能工作在一些环境比较恶劣的岗位上，能完成一些人类难以完成的工作，也可以工作在无人生产线上，提高人类的工作效率。

智能小车的出现，是20世纪自动化领域的重大成就。

智能小车作为无人机器人的一种，它属于人工智能的综合体现。

人工智能处于计算机技术的前沿，它的研究成果对工业、农业、军事和我们的日常生活都有着极大的影响。

人们不断发明机器来代替人类工作，这是科技发展的必定走势，所以智能小车的出现和发展对我们有着重大的意义。

1.2智能小车的作用和前景

在移动机器人快速发展的今天，人类已经进入了文明的新阶段。

移动机器人已经广泛应用于军事、工业、农业和服务业等领域。

例如科学勘测、灭火、扫地、浇花、防盗巡查和搬运货物等等。

随着移动机器人的技术水平的不断提高，不仅大大提高了现今的劳动效率，而且还减轻了劳动强度。

智能小车作为移动机器人的一种，无论在日常看到的智能玩具中还是在各行各业中都有着一些实质成果。

机器人和人类的生产生活已经密不可分了，在无人生产线中，机器人给人类带来了革命性的成果。

智能小车是一个综合性系统，它集环境感知、规划决策和自动驾驶等功能于一体，它运用了机械结构、理论力学、模拟电路、数字电路、单片机、传感器、控制理论和控制算法等多门学科的知识，它涵盖了机械、电子、计算机、传感技术、自动控制原理和人工智能等多个学科和领域，它是典型的高新技术综合体。

智能小车的不断发展也能使我们充分感受到智能化给我们带来的方便和好处。

在不久的将来，智能小车将作为移动机器人的一种，出现在我们的身边，甚至普及到每一个家庭。

我们应该重视智能小车的发展，使智能小车向更稳定和更实用的方向发展。

智能小车的前景是美好的，智能小车有着改变人类生活习惯的强大力量。

2总体方案设计

本系统主要包括主控部分、信号采集部分和执行部分。

首先通过信号采集部分对小车周围的环境进行感知，然后把得到的信息反馈给主控部分，最后由主控部分对信息进行解读和分析并根据信息的内容对执行部分进行相应的控制。

2.1循光小车的功能分析

循光小车最基本的功能就是前进、后退和左右拐弯，本小车主要根据四个电机的差速和转向来控制它的行走方向。

小车速度的快慢可以通过单片机模拟PWM来控制。

在检测不到小车周围有光源存在时，小车处于静止状态，此时周围的光照强度可以通过小车前面的光强传感器检测出来，然后在液晶上显示出来。

当小车左侧的光敏传感器检测到光源时，小车向左慢慢拐弯。

同理，当小车右侧的光敏传感器检测到光源时，小车向右慢慢拐弯。

当小车后面的光敏传感器检测到光源时，小车快速从右边向后面转弯。

这样的话小车就可以一直往光源走去，当小车前面的光强传感器检测出来的光照强度大于1500LX时，也就是说当小车走到光源处时，即是当小车找到光源时，小车停止。

总的来说就是当小车发现周围有光源时，小车立刻向光源走去，然后找到光源并且停在光源处。

2.2主控部分的设计

本系统的主控部分采用了直插式的STC12C5A60S2单片机，之所以选择这种单片机，是因为它有着高速、低功耗和超强抗干扰的性能。

该种单片机常用于电机控制和强干扰场合。

在本设计中，单片机外接12M的石英晶体振荡器，并且外接可按键复位的复位电路。

该单片机在本系统中控制的外围元器件包括：

光敏电阻模块、诺基亚5110液晶模块、光强传感器BH1750FVI模块和电机驱动L298N模块。

主控部分就像人类的大脑一样，使各个部分相互配合共同有序地完成本系统的功能。

2.3信号采集部分的设计

本系统的信号采集部分主要采用了五个光敏电阻模块和一个光强传感器BH1750FVI模块。

五个光敏电阻模块平均分布在车子的左前方、右前方、后方、左边和右边，它们主要是用来感知光源相对小车来说所在的位置。

一个光强传感器模块主要分布在小车的正前方，它主要是用来实时测量光源的光照强度，进而判断小车和光源之间的距离是多少。

这样分配的话，就可以使各个传感器相互配合，进而使小车能够全视角地去检测光源的位置。

两种传感器相互合作，就能准确找到光源的位置和知道光源的强度，并且实时把光照强度在诺基亚5110液晶上显示出来。

信号采集部分就像人类的眼睛一样，快速准确地锁定目标。

2.4执行部分的设计

本系统的执行部分采用了四个TT马达，它是带有减速箱的直流减速电机，减速比为1:

48。

电机驱动采用的是15脚直插式封装的L298N芯片。

通过单片机的控制线对该芯片的信号输入端写入不同的信号，则该芯片的信号输出端就会输出放大后的相应的信号给电机，进而对电机进行相应的控制。

一个L298N芯片可以驱动两个直流电机，本系统采用了两个L298N芯片来驱动四个直流电机。

执行部分就像人类的手和脚，它能快速地去执行大脑分配给自己的工作。

2.5整体设计框架

本系统通过两种传感器的相互配合来检测出光源的强度和方位，把光照信息反馈给主控芯片，进而由主控芯片STC12C5A60S2单片机根据光的强弱和光源所在的位置来给小车提供不同的控制信息，最后使小车以最快的速度向光源走去。

系统设计框架如图2-1所示。

图2-1系统设计框架图

3硬件的设计

3.1单片机控制单元

本单元主要由STC12C5A60S2单片机最小系统、诺基亚5110液晶、光敏电阻模块和光照传感器BH1750FVI模块组成。

单片机的最小系统由电源电路、复位电路、时钟电路和下载电路组成。

3.1.1单片机简介

本系统使用的是STC12C5A60S2单片机，该单片机是宏晶科技生产的机器周期为1T的单片机，是高速、低功耗和超强抗干扰的新一代51单片机，工作电压为3.3V-5.5V（5V单片机）。

指令代码完全兼容传统的51单片机，但速度快8到12倍。

内部集成了专用复位电路和2路PWM，还有8路高速10位A/D转换，该单片机性价比高，极具竞争力，常用于电机控制和强干扰场合。

STC12C5A60S2单片机包括：

一个8位的微型处理器；一个1K的片内数据存储器；一个64K的片内程序存储器；四个8位并行的I/O接口即P0到P3，每个接口既可以输入，也可以输出；两个定时器或记数器；两路PCA模块；五个中断源的中断控制系统；一个全双工的串行I/O口；也有片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体振荡器和微调电容需要外接。

各个单片机的组成部分可以通过它的内部总线相连接。

STC12C5A60S2单片机的管脚图如图3-1所示。

图3-1STC12C5A60S2管脚图

各引脚功能简单介绍如下：

①电源及晶振引脚

VCC（第40脚）：

+5V电源引脚；

GND（第20脚）：

接地引脚；

XTAL1（第19脚）：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入；

XTAL2（第18脚）：

来自反向振荡器的输出；

②控制引脚

RST（第9脚）：

复位输入，当单片机要进行复位时，要保持RST脚两个机器周期的高平时间；

ALE/PROG（第30脚）：

地址锁存使能输出/编程脉冲输入；

PSEN（第29脚）：

输出访问片外程序存储器读选通信号；

EA/VPP（第31脚）：

外部ROM允许访问/编程电源输入；

③并行I/O口引脚

并行I/O口共有32个，其中P0^0-P0^7（第39-32脚）统称为P0口；P1^0-P1^7（第1-8脚）统称为P1口；P2^0-P2^7（第21-28脚）统称为P2口；P3^0-P3^7（第10-17脚）统称为P3口；

P0-P3口可以作为通用输入/输出（I/O）口使用。

此外，P2口可以作为地址总线的高8位，P0口可以作为地址总线的低8位，它们一起组成16位的地址总线。

P0口还可以作为8位的数据总线。

P3口可作为控制总线，它具有第二功能作用；P3口的第二功能定义如表3-1所示。

表3-1P3口第二功能定义表

引脚

第二功能定义

P3.0

RXD（串行通信数据接收端）

P3.1

TXD（串行通信数据发送端）

P3.2

INT0（外部中断0请求端口，低电平有效）

P3.3

INT1（外部中断1请求端口，低电平有效）

P3.4

T0（定时/计数器0外部计数输入端口）

P3.5

T1（定时/计数器1外部计数输入端口）

P3.6

WR（片外数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）

P3.7

RD（片外数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）

3.1.2电源系统

因为系统各个部分所需要的电压不同，所以要对电压进行合理的分配。

电源部分采用了两个标称电压为3.7V的18650可充电锂电池。

两个电池并联，一共7.4V作为电机驱动芯片的驱动电压。

然后又通过稳压芯片LM7805把7.4V稳压到5V作为电机驱动芯片的工作电压，也作为单片机的供电电压。

最后又通过稳压芯片AMS1117-3.3把5V稳压到3.3V为诺基亚5110液晶供电。

LM7805是三端稳压集成电路，它可以将8-12V电压转变成5V电压，芯片内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用时要安装散热器。

它不仅可靠和方便，而且价格便宜。

连接电路如图3-2所示。

图3-2LM7805稳压电路图

AMS1117-3.3是一个正向低压降稳压器，固定输出3.3V。

输入电压的上限值是15V，但这类线性稳压器一般适用于输入输出电压差不太大（3-5V）的场合。

芯片内部集成过热保护和限流电路，是便携式计算机的最佳选择。

连接电路如图3-3所示。

图3-3AMS1117-3.3稳压电路图

3.1.3诺基亚5110液晶

诺基亚5110液晶是84乘以48的点阵液晶，可以显示15个汉字，也可以显示30个字符，还可以显示图案。

它采用串行接口与主处理器进行通信，接口信号线的数量少，包括电源线在内的信号线仅有8根。

它支持多种串行通信协议，传输速率高达4Mbps，可以全速写入显示数据并且无需等待时间。

液晶的驱动器芯片已经绑定到了液晶晶片上，所以模块的体积很小。

液晶的工作电压为3.3V，正常显示时的工作电流为200uA以下，具有掉电模式。

它速度快，是LCD12864的20倍，也是LCD1602的40倍，性价比高，适合电池供电的便携式移动设备。

在电路设计方面把液晶的5根控制线直接与单片机的普通I/O口相连。

背光线直接接3.3V，即是使背光一直处于开启状态，电路设计如图3-4所示。

图3-4液晶的电路设计图

3.1.4光敏电阻模块

光敏电阻模块主要由LM393比较器、光敏电阻和可调电位器组成。

LM393是由两个独立的、高精度的电压比较器组成的集成电路。

LM393的输出为集电极开路，主要是为了适应不同电平的需要。

我们可以将输出上拉到不同的电平，例如3.3V、5V和10V等，以适应后级电路的需要。

按照电路结构分析，在正常使用的情况下，输出时必须接上拉电阻。

电压比较器的功能是比较两个电压的大小，它用输出高电平或低电平来表示两个输入电压的大小关系。

当“+”输入端电压高于“-”输入端电压时，电压比较器输出为高电平。

当“+”输入端电压低于“-”输入端电压时，电压比较器输出为低电平。

光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻器。

它的电阻阻值随着入射光的强弱而变化。

主要原理是材料的电阻与该材料内部电子受到的束缚力有关，束缚力越大，电子就越难自由运动，电阻就越大，反之则越小。

当电子吸收外来的一定能量的光子后，动能增加，材料对电子的束缚力减弱，电阻减小。

所以当光照越强时，光敏电阻的阻值就越小。

当光照越弱时，光敏电阻的阻值就越大。

可调电位器主要是用来调节自身电阻的大小，进而来改变比较器基准电压的大小。

根据比较器基准电压的不同，光敏电阻模块的感光性也会不同。

也就是说可调电位器主要是用来改变光敏电阻模块的感光性能。

光敏电阻模块的电路设计如图3-5所示。

图3-5光敏电阻模