简易智能电动车论文.

简易智能电动车摘要本简易智能电动车采用简单的人工智能技术，以STC单片机为核心，根据、红外对射、反射传感器、光电传感器以及金属探测传感器所探测到的信号，可以自动寻迹，变速行驶，前轮转动控制，正向逆向行驶，记忆状态，车辆弯道寻迹运行，绕过障碍物行驶，准确进入车库并停车，实时探测金属薄片存储相关信息并发出声光信号，以及测量全程时间、全程路程等功能。

关键词：STC单片机、光电检测器、PWM调速、电动小车AbstractThis simple intelligent electric vehicles using simple artificial intelligence technology, with STC single-chip microcomputer is, according to DuiShe, infrared, reflex, sensors, photoelectric sensor and metal detection sensor detects signal, can automatically tracing, variable speed drive, front wheel turn control, positive drive in the wrong direction, memory state, vehicle corner tracing running around obstructions, driving into the garage and parking, accurate, real-time detect metal chip storage relevant information and send out sound and light signals, and to measure the overall time, distance etc. Function.Keywords: STC photoelectric detector, microcontroller, PWM speed regulation, electric car目录一、前言 (1)二、总体方案设计 (2)1、控制器模块 (8)2、控制电机的选择的比较与论证 (10)3、电机驱动模块的选择 (5)4、路面轨迹探测模块 (6)5、金属探测方案比较 (7)6、障碍探测模块方案分析与比较 (8)7、寻找光源方案分析与比较 (9)8、路程测量选择 (9)9、电源选择 (5)10、显示模块选择 (8)11、系统总体设计方案和实现方框图 (10)三、单元模块设计...................... ..............................1、路面轨迹探测电路...................... ...................2、探测金属模块...................... ..................3、电机驱动电路...................... ...................4、超声避障模块电路...................... ...............5、霍尔测距模块...................... ...................6、光敏二极管电压信号采集............................四、系统调试......................1、硬件调试......................2、软件调试......................3、软硬件结合调试......................4、系统软件的设计......................五、系统功能、指标参数...................................................六、设计总结............................................................. 参考文献.............................................................. 附录硬件原理图...........................................................一、前言随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。

设计的智能电动小车应该能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能，可程控行驶速度、准确定位停车。

根据题目的要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加装光电、红外线、超声波传感器及金属探测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机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。

本设计采用STC单片机为控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障，快慢速行驶，以及自动停车，并可以自动记录时间、里程和速度，自动寻迹和寻光功能。

80C51是一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。

它是第三代单片机的代表。

本设计就采用了比较先进的80C51为控制核心，80C51采用CHOMS工艺，功耗很低。

该设计具有实际意义，可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面。

尤其是在足球机器人研究方面具有很好的发展前景；在考古方面也应用到了超声波传感器进行检测。

所以本设计与实际相结合，现实意义很强。

二、总体方案设计1、控制器模块：方案1：采用FPGA或CPLD作为系统的控制器。

优点：可以实现复杂逻辑功能，规模大，速度快，密度高，体积小，稳定性高，容易实现仿真、调试和功能扩展。

缺点：成本高，引脚多，PCB布线复杂。

本设计对数据的处理要求不高，此方案的优势得不到充分体现。

方案2：采用CPU（51MCU)方案。

优点：算术运算功能强，软件编程灵活，自由度大，技术成熟，体积小，成本低，容易实现仿真、调试和功能扩展，并而51MCU的运用我们比较熟练。

缺点：速度相对较低。

方案3：采用嵌入式处理器（ARM)方案。

优点：运算功能强大，速度较快，编程灵活，自由度大，外围器件少，成本适中，容易实现仿真、调试和功能扩展。

缺点：PCB设计及焊接技术要求高。

本设计可采也用此方案，取决于对相关技术的熟悉程度。

所以我们选择方案2。

2．控制电机的选择的比较与论证：方案一：使用步进电机。

步进电机的优点是具有快速启动和停转能力、转动角度精确。

但此方案缺点显著，步进电机的功率小、速度慢，另外，其价格较高，且在原有的小车结构上不易找到合适的步进电机进行安装，硬件改造难度很高。

方案二：使用小车上原有的直流电机。

虽然直流电机不易精确控制，但对于小车来说，其精确性并不十分重要。

而其调速平滑方便，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转；调整范围广、过载能力强、能承受频繁的冲击负载等优点则显得尤为突出。

经比较验证，显然方案一的机械结构也短时间内难以满足题目的要求，而方案二本身是与小车相兼容的，性能也比较好，采用方案二。

3.电机驱动模块的选择：方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制。

通过控制开关的切换速度实现对小车的速度进行调整。

此方案电路简单，但继电器易损坏、寿命短，可靠性不高。

方案二：采用由分离元件达林顿管组成的H型桥式PWM电路驱动电机。

这种电路由于管子交替工作在饱和与截止的模式下，因此效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极强。

方案三:采用单片集成电路L298构成PWM电机驱动电路。

L298是集成的桥式驱动电路，最大驱动电流可达到4A，可简单的实现转速和方向的控制。

缺点：小车启动时，由于突然施加的电压比较高，车轮容易打滑。

由于我们对方案二不是很熟悉，综合总个系统的设计。

我们选择了方案三。

4、路面轨迹探测模块：方案一：用光敏传感器。

地面的黑色和白色反光程度不同，由此判断传感器是否在黑线上方。

但此方法易受到外界光源的影响，检测的灵敏度与小车的行驶环境有关，这就降低了系统的适应能力和可靠性。

故最终未采用该方案。

方案二：分别置于轨道的两侧，根据其接受到白线的先后来控制小车转向来调整车向，但测试表明，如果两只光电开关之间的距离很小，则约束了速度，如果着重于小车速度的提升，则随着车速的提升，则势必要求两只光电开关之间的距离加大，从而使得小车的行驶路线脱离轨道幅度较大，小车将无法快速完成准确的导向从而有可能导致寻迹失败。

方案三、用三只光电开关：一只置于轨道中间，两只置于轨道外侧，当小车脱离轨道时，即当置于中间的一只光电开关脱离轨道时，等待外面任一只检测到黑线后，做出相应的转向调整，直到中间的光电开关重新检测到黑线（即回到轨道）再恢复正向行驶。

现场实测表明，虽然小车在寻迹过程中有一定的左右摇摆（因为所购小车的内部结构决定了光电开光之间的距离到达不了精确计算值1厘米），但只要控制好行驶速度就可保证车身基本上接近于沿靠轨道行驶。

综合考虑到寻迹准确性和行驶速度的要求，采用方案三。

5、金属探测方案比较：方案一、使用探测线圈和探测仪构成的金属探测器。

此类金属探测器利用探测线圈产生的交变磁场在接近金属材料时产生微弱变化这一原理，将变化信号放大处理进而实现探测金属的目的。

由于该探测器结构复杂，在短期内不可能完成制作，为节省时间，我们放弃了该方案。

方案二、使用电感式接近开关代替金属探测器。

电感式接近开关本身就是理想的传感器。

当金属物体接近开关的感应区域，开关就能无接触，无压力、无火花、迅速作出反应。

用它作为本次小车的金属传感器，简单易行、准确且抗干扰性能优越。

本系统中采用方案二。

6、障碍探测模块方案分析与比较：方案一、采用一只红外传感器置于小车中央。

一只红外传感器小车中央安装简易，也可以检测到障碍物的存在，但难以确定小车在水平方向上是否会与障碍物相撞，也不易让小车做出精确的转向反应。

方案二：利用激光测距来测量有效的安全距离来控制。

此方案探测距离准确、性能可靠；但造价较高，器件不易购买。

方案三：采用超声波探测。

由于超声波频率高、波长短、定向性好，而且振幅小、加速度大、能量集中，适合于测量距离。

特别是对这一题目而言，超声波不易受强光干扰，提高了系统的可靠性。

智能小车应以准确、智能见优。

因此，采用方案三。

7、寻找光源方案分析与比较：方案一：采用光敏电阻。

在车头部装朝四个不同方向的光敏电阻，当光敏电阻受到光源照射时，电阻很小，背光时电阻很大。