单片机pid循迹和语音超声波壁障智能小车(附件)
摘 要摘 要PID控制技术已经应用在医疗，汽车制造和航天等方面。它是一种比较先进的控制技术，但是在中国，PID控制技术还没有达到外国的标准，所以在这次的设计中，需要好好地研究这种控制技术。而在如今的汽车行业，语音倒车雷达技术可以说是应用于如今的每一辆汽车中，正是因为它的应用十分广泛，所以需要去研究这种语音倒车雷达技术。本文所阐述的是以STC89C51单片机为芯片，采用了红外对管，光电传感器，超声波传感器，ISD1820语音芯片以及结合了PID算法来实现更加稳定循迹壁障功能的智能小车，通过使用红外对管的反射的特点来检测出来黑色的线，然后运用光电传感器测出小车转速，并通过PID速度调节，来让小车更加平稳的循着黑线往前走，还运用超声波传感器来测量出来车前方是否有障碍物，来准确控制智能车的壁障，壁障时语音芯片会报警。智能小车与障碍物的距离是借助1602液晶显示屏来显示出来。该智能小车较为稳定，可靠，而且随着人们生活质量的不断提高，智能小车也会被广泛使用在不同产品的设计开发中，还能提高我们的生活质量。完成PID循迹和语音超声波壁障智能车的设计过程，综合为以下三个方面：一，硬件电路设计；二，软件编程调试；三，实物焊接。硬件电路中，控制的核心是STC89C51芯片，通过红外对管，光电传感器，超声波模块，语音模块以及1602显示屏来实现整辆小车的功能。关键字：STC89C51；PID；PWM；光电传感器；超声波传感器 目 录
第一章 绪论 3
1.1 背景和发展现状 3
1.2 研究的目的和意义 3
1.3 研究内容 3
第二章 PID算法和PWM技术简介 5
2.1 PID算法 5
2.1.1 模拟PID 5
2.1.2 数字PID 6
2.1.3 数字PID参数整定方法 8
2.2 PWM脉冲控制技术 9
2.2.1 PWM控制的基本原理 9
2.2.2 直流电机的PWM控制技术 10
第三章 系统的整体设计 12
3.1系统整体方案 12
3.2各模块的选择方案 12
3.2.1 控制器的选择 12
3.2.2 电机驱动模块的选择 1
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ID参数整定方法 8
2.2 PWM脉冲控制技术 9
2.2.1 PWM控制的基本原理 9
2.2.2 直流电机的PWM控制技术 10
第三章 系统的整体设计 12
3.1系统整体方案 12
3.2各模块的选择方案 12
3.2.1 控制器的选择 12
3.2.2 电机驱动模块的选择 14
3.2.3 电机的选择 15
3.2.4 速度采集方案设计方案 16
3.2.5 显示模块的选择 16
3.2.6 循迹模块的选择 17
3.2.7 壁障模块的选择 17
3.2.8语音播报模块的选择 19
第四章 系统设计 20
4.1 硬件资源分配 20
4.2 主控电路的设计 20
4.3 显示电路设计 21
4.3.1 液晶显示屏的驱动程序设计 21
4.4 电机驱动电路设计 24
4.4.1 电机驱动电路 24
4.5 循迹电路 26
4.5.1 循迹电路设计 26
4.5.2 循迹程序设计 26
4.6 语音超声波壁障和PID程序设计 28
4.6.1语音播报模块电路设计 28
4.6.2 语音超声波壁障程序设计 28
4.6.3 PID调速程序设计 30
第五章 系统调试 33
5.1Altium Designer 33
5.1.1 Altium Designer简介 33
5..1.2 系统PCB图和原理图 33
5.2程序编写软件 35
5.2.1KEIL软件简介 35
5.2.2系统程序 36
5.3 STCISPV4.83软件 36
5.3.1 STCISPV4.83软件介绍 36
5.3.2 STCISPV4.83软件调试 36
5.4 智能小车PID测试 37
总结和展望 40
致谢 41
参考文献 42
附录 44
绪论
背景和发展现状
随着科学水平的不断提高，智能控制水平的不断提高，人们已经不仅仅只是满足于传统玩具，然而产品的智能化与小型化逐渐变成了人们在意的重点，各种智能化的玩具开始慢慢变成了市场的主流，所以我所选取的毕业论文的还是具有较大的潜在价值。PID控制器发展到如今也有了70多年了，它因为结构较为简单，稳定性又够好好，工作时又比其他的控制器可靠，调整也很方便，所以PID控制器已经成为了工业发展的主要控制技术之一了[1]。而如今在咱们中国类似的PID技巧开始了慢慢在医院和汽车建造行业以及铁路搬运和飞机生产等各个方面开始逐渐发展壮大起来了，然而由于我国科学水平达不到国际水平，有很多的产品并不能达到所预期的效果，所以咱们还要努力学习PID控制技术，来掌握这种较为领先的控制方法来提高我们市场的竞争力，而现在，随着PID技术的不断发展，PID逐渐开始越来越大范围的在各种工业航空等方面。而且PID已经开始慢慢受到国内外各大行业的重视[2]。然而随着汽车行业的飞速发展。语音超声波壁障在以后的汽车智能化方面也会起到至关重要的作用，现如今汽车的倒车雷达已经用到了这方面的相关内容。在这样的情况下，本文所设计的超声波壁障才尤为显得更加有意义。
研究的目的和意义
由于我国的科学技术的不断的发展和提高，中国人民的生活水平也开始得到了提升，所以人们开始逐渐慢慢喜欢上那种具有智能的一些玩具，然而像这样的智能玩具也拥有必然的可控制性，能够很好的给予人们欢乐和参与其中的体验，所以慢慢的高科技智能化的玩具也开始逐渐成为了市场上的主流。于此同时，智能小车也开始慢慢的在各种工业发展之中得到了很好的使用，比如说PID控制可以很好的运用于温度补偿，电机调速等方面，然而超声波壁障也可以很好的在汽车的倒车雷达等方面得到运用。
所以本次所设计的智能小车的还拥有很大的意义，而且像这样的智能小车还在如今的玩具市场具有很大的竞争力。
研究内容
本文所设计的智能车能通过PID控制系统进行循迹，比一般的循迹小车更加的稳定，而且又是一个闭环的控制系统，超声波壁障是随着智能小车离障碍物较少的距离时开始壁障，于此同时将小车与障碍物的距离及时体现在1602显示屏上。
在这次的计划中，所采用的核心芯片是51单片机。循迹部分是通过红外对管的光线反射来达到循迹功能的，而壁障功能我是通过超声波传感器来达到壁障目的。电机采用的是通过PWM信号来控制电机的转速，软件中主要用PID控制算法。整个系统简单明了，比较可靠，可以满足本次毕业设计的要求。
主要工作分为以下4个方面：
（1）通过去图书馆寻找相关资料，先拓展一下自己的知识面，并且需要清楚的知道这次论文所要研究的方向和他的一些具体的研究意义，以及了解PID循迹和超声波壁障智能车当前的一些具体状况和他的一些发展前景，并且我们还要发现如今智能小车的一些缺点，并在这次的论文之中改正他们。
（2）首先要了解到如何开始去制作一辆智能小车，要先去确定它的一个制作方案，并且还要对它的每一个模块进行选择确认，要学会真正的了解它们的具体结构和工作原理，这样我们才能利用这些元器件来制作我们的智能小车。
（3）当硬件部分确定之后，需要上网查找它们的一些相关资料，并且根据它们各自的特点和所需要的各自电压，来通过Altium Designer来画出每个部分的一个电路图，确
第一章 绪论 3
1.1 背景和发展现状 3
1.2 研究的目的和意义 3
1.3 研究内容 3
第二章 PID算法和PWM技术简介 5
2.1 PID算法 5
2.1.1 模拟PID 5
2.1.2 数字PID 6
2.1.3 数字PID参数整定方法 8
2.2 PWM脉冲控制技术 9
2.2.1 PWM控制的基本原理 9
2.2.2 直流电机的PWM控制技术 10
第三章 系统的整体设计 12
3.1系统整体方案 12
3.2各模块的选择方案 12
3.2.1 控制器的选择 12
3.2.2 电机驱动模块的选择 1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
ID参数整定方法 8
2.2 PWM脉冲控制技术 9
2.2.1 PWM控制的基本原理 9
2.2.2 直流电机的PWM控制技术 10
第三章 系统的整体设计 12
3.1系统整体方案 12
3.2各模块的选择方案 12
3.2.1 控制器的选择 12
3.2.2 电机驱动模块的选择 14
3.2.3 电机的选择 15
3.2.4 速度采集方案设计方案 16
3.2.5 显示模块的选择 16
3.2.6 循迹模块的选择 17
3.2.7 壁障模块的选择 17
3.2.8语音播报模块的选择 19
第四章 系统设计 20
4.1 硬件资源分配 20
4.2 主控电路的设计 20
4.3 显示电路设计 21
4.3.1 液晶显示屏的驱动程序设计 21
4.4 电机驱动电路设计 24
4.4.1 电机驱动电路 24
4.5 循迹电路 26
4.5.1 循迹电路设计 26
4.5.2 循迹程序设计 26
4.6 语音超声波壁障和PID程序设计 28
4.6.1语音播报模块电路设计 28
4.6.2 语音超声波壁障程序设计 28
4.6.3 PID调速程序设计 30
第五章 系统调试 33
5.1Altium Designer 33
5.1.1 Altium Designer简介 33
5..1.2 系统PCB图和原理图 33
5.2程序编写软件 35
5.2.1KEIL软件简介 35
5.2.2系统程序 36
5.3 STCISPV4.83软件 36
5.3.1 STCISPV4.83软件介绍 36
5.3.2 STCISPV4.83软件调试 36
5.4 智能小车PID测试 37
总结和展望 40
致谢 41
参考文献 42
附录 44
绪论
背景和发展现状
随着科学水平的不断提高，智能控制水平的不断提高，人们已经不仅仅只是满足于传统玩具，然而产品的智能化与小型化逐渐变成了人们在意的重点，各种智能化的玩具开始慢慢变成了市场的主流，所以我所选取的毕业论文的还是具有较大的潜在价值。PID控制器发展到如今也有了70多年了，它因为结构较为简单，稳定性又够好好，工作时又比其他的控制器可靠，调整也很方便，所以PID控制器已经成为了工业发展的主要控制技术之一了[1]。而如今在咱们中国类似的PID技巧开始了慢慢在医院和汽车建造行业以及铁路搬运和飞机生产等各个方面开始逐渐发展壮大起来了，然而由于我国科学水平达不到国际水平，有很多的产品并不能达到所预期的效果，所以咱们还要努力学习PID控制技术，来掌握这种较为领先的控制方法来提高我们市场的竞争力，而现在，随着PID技术的不断发展，PID逐渐开始越来越大范围的在各种工业航空等方面。而且PID已经开始慢慢受到国内外各大行业的重视[2]。然而随着汽车行业的飞速发展。语音超声波壁障在以后的汽车智能化方面也会起到至关重要的作用，现如今汽车的倒车雷达已经用到了这方面的相关内容。在这样的情况下，本文所设计的超声波壁障才尤为显得更加有意义。
研究的目的和意义
由于我国的科学技术的不断的发展和提高，中国人民的生活水平也开始得到了提升，所以人们开始逐渐慢慢喜欢上那种具有智能的一些玩具，然而像这样的智能玩具也拥有必然的可控制性，能够很好的给予人们欢乐和参与其中的体验，所以慢慢的高科技智能化的玩具也开始逐渐成为了市场上的主流。于此同时，智能小车也开始慢慢的在各种工业发展之中得到了很好的使用，比如说PID控制可以很好的运用于温度补偿，电机调速等方面，然而超声波壁障也可以很好的在汽车的倒车雷达等方面得到运用。
所以本次所设计的智能小车的还拥有很大的意义，而且像这样的智能小车还在如今的玩具市场具有很大的竞争力。
研究内容
本文所设计的智能车能通过PID控制系统进行循迹，比一般的循迹小车更加的稳定，而且又是一个闭环的控制系统，超声波壁障是随着智能小车离障碍物较少的距离时开始壁障，于此同时将小车与障碍物的距离及时体现在1602显示屏上。
在这次的计划中，所采用的核心芯片是51单片机。循迹部分是通过红外对管的光线反射来达到循迹功能的，而壁障功能我是通过超声波传感器来达到壁障目的。电机采用的是通过PWM信号来控制电机的转速，软件中主要用PID控制算法。整个系统简单明了，比较可靠，可以满足本次毕业设计的要求。
主要工作分为以下4个方面：
（1）通过去图书馆寻找相关资料，先拓展一下自己的知识面，并且需要清楚的知道这次论文所要研究的方向和他的一些具体的研究意义，以及了解PID循迹和超声波壁障智能车当前的一些具体状况和他的一些发展前景，并且我们还要发现如今智能小车的一些缺点，并在这次的论文之中改正他们。
（2）首先要了解到如何开始去制作一辆智能小车，要先去确定它的一个制作方案，并且还要对它的每一个模块进行选择确认，要学会真正的了解它们的具体结构和工作原理，这样我们才能利用这些元器件来制作我们的智能小车。
（3）当硬件部分确定之后，需要上网查找它们的一些相关资料，并且根据它们各自的特点和所需要的各自电压，来通过Altium Designer来画出每个部分的一个电路图，确
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