设计报告的格式与要求

12011年全国大学生电子设计竞赛设计报告竞赛题号：参赛队号：2智能环保公交车系统【摘要】：本设计使用STC89C52RC型单片机作为公交车的中心控制器，实现公交车的智能控制功能。整个智能环保公交车系统包括：传感器检测系统，主控系统和指示系统三大部分。主控系统是通过单片机接收到的传感器检测系统检测的结果来确定赛道及停靠站台，并驱动电机控制小车的巡迹行走及准确停车；指示系统是由蜂鸣器及数码管构成声光电路进行必要信息提示。在完成了题目要求的各项任务的基础上，加入了一些创新：如声控功能，红外遥控等功能。【关键词】：STC89C52RC；反射式红外对管；巡迹小车；声光提示；Intelligentenvironmentalfriendlybussystem【abstract】:ThisdesignUSESSTC89C52RCtypesinglechipmicrocomputerasthecentercontroller,realizebusintelligentcontrolfunctionofthebus.Theintelligentenvironmentalfriendlybussystemincludes:sensordetectionsystem,controlsystemandtheindicatorsystemthreesections.Mastercontrolsystemisthroughthemicrocontrollerreceivesthesensordetectionsystemtestresultstodeterminethetrackandparkedplatform,anddrivemotorcontrolcartracingwalkingtourandaccurateparking;Indicatorsystemisbythebuzzeranddigitaltubeconstituteacousto-opticcircuitinformationnecessaryreminder.Aftercompletingthetopicrequestonthebasisofthevarioustasks,addsomeinnovation:ifsonicfunction,infraredremotecontrol,andotherfunctions.【keywords】:STC89C52RC;Reflexinfraredtotube;Patrolcar;tracingAcousto-optichint31.引言（叙述对题目的理解，以及设计思路和特点）本系统按要求制作了一个简易智能环保公交车和两个电子公交站。智能环保公交车，它能实现的功能是：从起始点A出发，沿着黑色引导线，经站点前下车提示、停靠动作后，自动驶到终点站C，行驶过程中不允许驶出公交车道，要求在八分钟内完成。在此期间站点前发出提示声5S，到站时车上显示站名且车身中心线与站台停靠标识线间误差不超过1CM，站台停靠30S。并附加其他功能，如语音提示、红外遥控和声控启动等等。电子公交站，它主要作用是向公交车发出到站信息，从而准确控制声光系统和显示系统。尤其在弯道D处设置站点时，更能体现此点。软件方面：因为传感器在检测到某物体时输出信号发生特定变化，让单片机只对此类信号有所反应，大大减少了处理数据的时间，从而加快了系统的反应速度。2.方案设计（叙述设计思路，总体方案组成和说明，对各个组成部分详细说明，给出框图，原理图，软件流程图。通常提出两个方案，并对两个方案进行比较，说明其中一个方案的理由）2.1设计思路根据题目要求，有两种设计思路。2.1.1精确定时法这种方案主导思想是在对电动车直线、转弯行驶速度以及行程的准确把握基础上利用单片机定时来使电动车顺利通过直道区、弯到区、B区并且最终到达终点站C。缺点：供电电压不稳定，易导致小车车速不稳定，则距离不好控制；另外路线固定不变，不能应对意外事件，而且想要准确跑完全程对于电动车的起始位置、直线行进参数、转弯半径进行精密测量和计算，智能化差。2.1.2传感器引导法这种方法核心是单片机通过对传感器信号检测来控制制动电机和电机转向的动作，智能化大大增强，可以用图1-1形象的表示出来：图1-14我们把任务分为了直道+弯道区,B、C站台，划分依据是：二个部分所用到的感应器不同，实现方法也存在差别。直道+弯道区主要用检测黑白的反射式红外对管式传感器。B、C站台选择了光电传感器引导小车进站。比起前一种方案来说，这种方案应用面更广，也更接近实用化，智能化。重要的是单片机可以通过对感应器信号的检测来控制电机运作，从而大大提高了运行过程中的实时性，准确性、使得电动车能够轻松的完成整个过程。综上所述，本系统设计选用方案1.2。2.2系统总体方案设计本系统有单片机作为小车的控制核心，由四路红外对管控制寻黑线检测模块，电机驱动模块，显示模块，障碍物探测模块等几个部分,系统框图如图2-1所示。图2-1系统总体结构框图2.2.1巡迹方案的选择与论证方案一：采用普通发光二极管及光敏电阻组成的发射接收方案。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。但是该方案在实际使用时，容易受到外界光源的干扰，有时甚至检测不到。主要是因为可见光的反射效果跟地表的平坦程度、地表材料的反射情况都有直接关系。虽然可采取超高亮度发光二极管降低一定的干扰，但这又增加额外的功率损耗。方案二：采用反射式红外对管，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，在小车行驶过程中红外发射管不断发出红外线，当发出的红外线照5射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。单片机就是通过接收到的高低电平为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。虽然此方案易受环境的影响，识别的可靠程度不高，但是由于其结构简单，体积小巧，易于安装，完全能用多个该传感器构成高精度的控制辐射网络提高识别的可靠性、准确性，考虑到实际应用环境，因此我们选择方案二。通过什么原理进行实现的…………如图2-2所示。图2-2公交车车前检测机显示电路2.2.2电机控制模块方案一：利用步进电机的准确定长步进性能方便的实现调速和方向的偏转，且能准确的测量速度、路程以及时间，简化编程和硬件连接的工作量。但是步进电机在与机械配合的小车改装上难度极大，非短时间所能完成。该方案实现较困难。方案二：用玩具小车上自带的双直流电机，只需对后轮电机进行简单改造，加上一个齿轮减速装置即可，两电机分别负责小汽车的驱动和转向的功能，依据外围红外反射传感器所采集到的信息可以补足直流电机定位不准的缺点，同时红外反射传感器的使用还能实现比较准确的寻迹行驶，用较好的控制算法及特色硬件来提高小车的整体性能，可具有很高的性能/价格比。经比较，采用方案二。通过什么原理进行控制的…………如图2-3所示。62.2.3显示设备方案方案一：采用传统数码管作为显示设备。传统数码管具有低能耗、低损耗、低压、长寿命、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温的特点；对外界环境要求低，易于维护；同时其精度比较高，精确可靠，操作简单，程序编写容易，资源占用少。方案二：采用液晶显示屏（LCD）显示时间和路程。液晶显示器功能多，但是本次试验仅仅需要显示B、C站名，没有必要多花钱。通过比较，我们采用方案一，用数码管进行显示。通过什么原理进行实现的…………如图2-4所示。2.2.4声光信号设备方案该项设计中，要求小车到达B区时，停留5秒，并能发出断续声光报警。到停止线C处时，小车车身中心点应对准停止线，误差控制在±2cm，并能发出断续声光报警。在发声方面，使用蜂鸣器代替扬声器，因为扬声器功耗比较大，体积也较大，而本设计对声音信号要求不高，所以我们使用功耗与体积都较小的蜂鸣器。而在发光方面，我们选择普通的发光二极管。通过什么原理进行实现的…………如图2-5所示。2.2.5电源方案的选择与论证方案一：所有器件采用单一电源12V（8节AA电池）。这样供电比较简单；但是由于电动机启动瞬间电流很大，而且L298驱动的电动机电流有波动，会造成电压不稳、有毛刺等干扰，严重时可能造成单片机系统掉点电，缺点十分明显。方案二：双电源供电。将电动机驱动与单片机以及其周围电路电源完全隔离。这样做虽然不如单电源方便灵活，但可以将电动机驱动所造成的干扰彻底消除，提高了系统稳定性。我们认为本设计的稳定可靠性更为重要，故拟采用方案二。通过什么原理进行实现的…………如图2-6所示。7图2-6电源供电电路2.2.5软件设计智能小车的控制器使用ATMEL公司的AT89S52，它主要负责对路面的检测与纠错，车速检测，电动机驱动，方向控制，路程、速度显示等控制。并且使用C语言进行软件编写，这样可以大大提高程序编写时的效率。图2-8系统总体流程图83.设计实现（叙述实现过程中出现的问题，解决办法，对方案的修改，最后完成方案的说明）我们按照前面的方案同样将调试分为了5个阶段：第1阶段：直道区+弯道区的调试通过智能环保公交车两边固定的反射式红外对管对引导线检测，从而实现电动车沿着引导线的轨迹。第2阶段：B区的调试在站台区主要解决的问题是如何准确停车、站名显示及站前提示。我们根据题目在两个电子公交站安装光电传感器接收模块，在车头安装光电传感器接收模块。当检测到到站时，扬声器发出提示音，数码管显示“B”，电动机停止5S。第3阶段：C区的调试检测电子公交站台上光电传感器的输出信号，并进行判断是否是第二次进站。如果“是”扬声器发出提示音，数码管显示“C”，电动机停止。第4阶段：D区的调试撤销C站，在D站不加电子公交站。公交车系统检测到站台停靠20CM标识线,并且检测不到电子公交站台上光电传感器的输出信号时，扬声器发出提示音、电动机停止。第5阶段：联机调试在分步调试全部通过的基础上，我们开始了整个系统的协调调试，完成智能环保公交车。4.实验与测试仪器（叙述测试方法，所使用的仪器，仪表，测试过程，以表格形式给出测试结果）4.1测试方法显示电路实验、电机长时间运行试验、模拟场地试运行试验、光电接收试验、电机控制试验。4.2测试仪器仪表示波器、多功能稳压电源、电压表、秒表等等。94.3检测数据4.3.1总时间和距离。测量往返一次的时间和路程。测试数据如表1所示。表1次数1234实际距离（m）测得距离（m）5结论（叙述完成情况，未完成的原因，心得体会，存在的问题，进一步努力的方向）5.1特色与创新点讨论：本设计利用传感器在检测到某物体时输出信号会发生特定变化规律，让单片机只对此类规律的信号有所反应，大大减少了处理数据，算法，从而加快了系统的反应速度，大量使用类似于JB/JNB命令对相应端口进行查询，并且简化程序代码，避免使用繁琐复杂的终端控制，确保系统的高精确度。另外，整个运行过程中通过采用等分时端口查询思想，只要分时足够小，电动车就会对外界因素有充足的反映空间，即达到了接近实时的信号检测处理效果，又可通过最终等分时数目准确计算出行驶距离，一举两得。5.2总结与体会：这次设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在查阅了许多资料后我找到了信心。其实机电一体化专业的毕业设计没有我刚开始想象的那么简单，你想复制或者你想自己胡乱蒙两个数据上去来骗骗老师都不行，因为每一个数据都要从机电设计书上或者机电设计手册上找到出处。虽然种种困难我都已经克服，但是还是难免我有些疏忽和遗漏的地方。完美总是可望而不可求的，不在同一个地方跌倒两次才是最重要的。抱着这个心理我一步步走了过来，最终完成了我的任务。我的毕业设计结束了，在这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西,领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的