机电大专毕业论文
当前我国机电一体化技能型人才非常紧缺,负有培养机电技能型人才任务的高职大专院校机电专业也随之成为热门专业,今年又有新的毕业生资源了。
【一】 成人高等教育2013届毕业论文
题目: 101
完成日期：
专科毕业论文成绩评定表 论文题目 智能小车的设计 论文：共 24 审批教师评语：成绩： 教师(签名)：
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80C51单片机是一款八位单片机，他的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。
这里介绍 的是如何用80C51 单片机来实现长春工业大学的毕业设计，该设计是结合科研项目而确定的设计类 课题。
本系统以设计题目的要求为目的，采用80C51 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。
整个系统的电路结构简单，可靠性能高。
实验测试结果满足要求， 本文着重介绍了该系统的硬件设计方法及测试结果分析。
采用的技术主要有： 新型芯片的采用;关键词：80C51 单片机;光电检测器;PWM 调速;电动小车 绪论1.1 智能小车设计背景 随着汽车行业的快速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。
本设计就是在 这样的背景下提出的，指导教师已经有充分的准备。
本题目是结合科研项目而确定的设 计类课题。
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 MCS-51 系列中的 80C51 单片机。
以 80C51 制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，让电动小汽车能够自动避障，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喜爱。
它是第三代单片 机的代表。
1.2智能小车的意义 第三代单片机包括了 Intel 公司发展 MCS-51 系列的新一代产品，如 8xC152 80C51FA/FB80C51GA/GB8xC4518xC452，还包括了 PhilipsSiemensADM JujutsuOKIATMEL 等公司以80C51 为核心推出的大量各具特色与80C51 兼容 的单片机。
新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩展，以实现 Microcomputer 完善的控制功能为己任，将一些外部接口功能单元如 A/DPWM PCA(可编程计数器阵列)WDT(监视定时器)高速 口计数器的捕获/比较逻辑等。
这一代单片机中，在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线， 为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。
Philips 公司还为这一代单片机 80C51 系列8xC592 单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线CAN。
新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了良好 的基础。
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，可以应用于玩具、机器人、医疗器械等诸多方面。
特别是 在足球机器人研究方面具有很好的发展前景;在考古方面也用到了超声波传感器进行检 测。
所以本设计与生活实际相结合，现实意义很强。
智能电动小车的总体设计方案2.1 总体方案论证 采用AT89C51 单片机作为整机的控制单元。
以AT89C51 单片机为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，运用光电传感器、 金属探测传感器、超声波传感器组成不同的检测电路，实现小车在行驶中、探测预埋金 属铁片、自动寻迹、 躲避障碍物、测量里程等问题。
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小车的智能化控制。
在此系统中，反射式红外光电传感器检测黑线，然后将信号传送到单片机系统进行 处理，使小车沿轨道自主行走;电感式接近开关电路代替金属传感器探测预埋在轨道下 的金属铁片，并发出声光信息进行提示;通过霍尔元件测量小车行驶里程;采用 脉冲宽度调制(PWM)全桥式驱动电路控制电机的转向，实现电动小车的正反向行驶、快慢速行驶及转弯;采用 LCD1602 实时显示小车行驶的时间。
此系统比较灵活，采用 软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，具有高 度的智能化、人性化，一定程度体现了智能，能满足系统的要求。
此方案的基本原理如 下图2.1 所示。
图2.1 智能车运行基本原理框图 显示模块 C51 单片机 蔽障模块 寻找光源 模块 测量里程模块 电机驱动模块 探测轨迹 模块 探测金属 模块 声音提示 2.2探测轨迹模块 在本设计中，要求电动小车沿着路面的黑色轨道行驶。
其探测路面黑线的基本原理： 光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸对光的反射系数不同，可以根据接收到的反射 光强弱来判断是否是黑线。
利用这个原理，可以控制电动小车行走的路迹。
下面的方案 是根据本原理设计的。
采用反射式红外线光电传感器。
红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点 在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在电动小车上的接收管接收;如果遇到黑线则红外光被吸收，电动小车 上的接收管接收不到红外光。
单片机根据是否收到反射回来的红外光来确定黑线的位 置，从而控制小车的行走路线。
采用红外线发射，外面可见光对接收信号的影响较小， 再用射极输出器对信号进行隔离。
红外线光电传感器的特点是尺寸小、使用方便、工作状态受温度影响小。
因此本方 案易于实现，也比较可靠。
2.3 检测金属铁片模块 利用电感式接近开关代替金属探测器。
接近开关又称为无触点接近开关，是理想的电子开关量传感器。
它除可以完成行程 控制和限位保护外，还是一种非接触型的检测装置，可用于检测零件尺寸和测速等，也 可用于变频计数器、变频脉冲发生器、液面控制等。
当金属检测体接近开关的感应区域，开关就能无接触，无压力、无火花、迅速发出 电气指令，准确反应出运动机构的位置和行程，即使用于一般的行程控制。
其定位精度、 操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力，是一般机械式行程 开关所不能相比的。
因此用它作为小车的金属传感器，简单易行、抗干扰性能优越。
2.4 避障模块 考虑到在测障过程中小车车速及反应调向速度的限制，小车应在距障碍物30CM的 范围内做出反应，这样在绕过障碍物后，可寻找到最佳的位置和方向。
否则，如果范围 太大，则可能产生对障碍物的判断失误;范围过小又很容易造成车身撞上障碍物或虽绕过障碍物却无法实现理想定向。
根据上述要求，提出下方案。
采用超声波传感器探测障碍物。
超声波传感器安装于小车前端，在规定的检测距离内，当探测到障碍物时，超声波 传感器给出脉冲信号至单片机，单片机检测到该信号后，调整小车的方向，以控制小车 准确地绕过障碍物，而且避免因小车自然转弯而导致的盲目方向控制。
这样不但能准确 完成测量，而且能避免电路的复杂性。
同时，超声波传感器具有频率高、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而 定向传播等特点。
超声波对液体、固体的穿透能力很大，尤其是在光线不透明的固体中， 它可穿透几十米的深度。
超声波碰到杂质或分界面会产生明显反射，形成回波，碰到活 动物体能产生多普勒效应。
因此超声波检测广泛应用在生产、国防、医学等方面。
鉴于智能电动小车应以是以智能为显著特点，所以该采用该案。
2.5 寻找光源模块 利用由光敏电阻组成的光控开关电路。
利用光敏电阻阻值随光强弱变化的特性组成光控开关电路，检测光源。
光敏电阻是 用光电导体制成的光电器件，又称光电管，它是基于半导体内光电效应工作的。
当无光 照射时，光敏电阻值(暗电阻)很大，电路中电流很小。
当光敏电阻受到一定波长范围 的光照时，它的阻值(亮电阻)急剧减少，因此电路中电流迅速增加。
光敏电阻具有很高的灵敏度、很好的光谱特性，光谱响应从紫外区一直到红外区， 而且体积小、重量轻、性能稳定，因此在自动化技术中得到了广泛的应用。
2.6 显示模块 采用LCD1602 液晶显示器。
LCD 广泛应用于微型计算机控制系统中。
与LED 相比，它具有功耗低，抗干扰能 力强，体积小，廉价的特点，且有良好的人机界面，直观，显示效果漂亮。
目前已广泛 应用在各种显示领域。
另外，LCD 在大小和形状上更加灵活，接口简单，不但可以显 示数字、字符，而且可以显示汉字和图形，因此在袖珍仪表、医疗仪器、分析仪器及低 功耗便携式仪器中，LCD 已成为一种占主导地位的显示器件。
2.7测量里程模块 本电路中在小车橡胶轮中镶嵌12 个磁钢，将霍尔集成片固定在车轮附近的车身上， 由于每转过一个磁钢时，霍尔集成片的输出端都会输出一个脉冲，这样轮子每转一圈， 霍尔集成片都会输出 12 个脉冲，故每两个脉冲之间，轮子走过轮子的周长的 1/12,， 则可通过计算平均每秒发生几个脉冲来计算小车速度，即：小车速 度=轮子的周长/12*n 个脉冲/秒。
同理，小车行驶的路程也可以计 算出，即：行驶路程=轮子的周长/12*m 个脉冲(全程)。
在物理结构上，我们将该检测装置装在后车轮上。
因为前轮经 常转弯，容易造成脉冲计数的误差，故安装在后轮上才能测得实际 的速度和路程。
2.8 电动机驱动模块 采用H 型脉冲宽度调制(PWM)全桥式驱动电路。
通过PWM脉宽调制的方法，实现对小车速度的控制。
这种调速方式有调速特性优 良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的 快速启动、制动和反转等优点，是一种广泛采用的调速技术。
型全桥式电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制。
这种驱动电路可以很方便实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。
为了电路设计简单，采用电机专用驱动芯片L298N，其驱动电流大，瞬时电流最高 可达2A，为电机驱动专门设计，工作稳定可靠。
完全满足设计要求。
系统的硬件电路设计单片机(SCM)是单片微型计算机的简称。
它是把中央处理器 CPU、随机存储器 RAM、只读存储器ROM、I/O 接口电路、定时/计数器以及输入输出适配器都集成在一 块芯片上，构成一个完整的微型计算机。
随着SCM在技术上、体系上不断扩展其控制 功能，国际上已经采用MCU 代替单片机的名词。
它的最大优点是体积小，可放在仪表 内部。
但存储量小，输入输出适配器简单，功能较低。
目前，单片机在民用和工业测控 领域得到最广泛的应用，早已深深地融入人们的生活中。
近年来，AT89C51 在我国非 常流行，它最大的特点是内部有可以多次重复编程的闪烁 ROM，并且闪烁 ROM 可以 直接用编程器来擦写(电擦写)，使用起来比较方便。
一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容：一是系统扩展，即单片机 内部的功能单元，如ROMRAMI/O口定时/记数器中断系统等能量不能满足应用 系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。