智能循迹小车设计.ppt

1、小型智能电子产品制作,主讲教师：马玉志 授课专业：应用电子技术,2,智能循迹小车设计,设计要求: 设计一款能自动循迹、测温和无线遥控的小车(这里的循迹是指小车在白色地面上循黑线行走,利用白色地面发生漫反射；黑线则被吸收的特点。),4,我们从五个方面开始介绍,5,1.智能寻迹小车的研究意义 2.系统模块组成结构 3.系统硬件设计 4.系统软件设计 5 实验测试,6,自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。 智能车以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为航天、医疗、工业控制、物流等各个

2、领域的关键设备.,1.1智能寻迹小车的研究意义,7,大家在新闻中都看到过登月小车或者听说过无人驾驶车吧,8,在那些人类很难适应、或无法进入的工作环境中，我们可以看到它们的身影。,9,世界上许多国家都在积极进行智能车的研究和开发设计。,10,人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。,11,1.2智能小车的现状,现在智能小车发展很快，从智能玩具到其它各行业都有实质成果。其基本可实现循迹、避障、检测贴片、寻光入库、避崖等基本功能，这几届的电子设计大赛智能小车又在向声控系统发展。比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列。我们此次的设计主要实现循迹、避障、测温等功能

3、。,12,2 系统结构示意图,整个系统包括单片机控制模块、驱动模块、液晶显示模块、键盘、红外采集模块和小车车体组成。,13,将单片机控制模块、驱动模块、键盘、液晶显示模块固定在小车上部，红外发射接收对管安装在小车前部的底部，离地面约1厘米。,14,采用左右两轮分别驱动，万向轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流电机进行驱动，车体前部装一个万向轮。 当两个直流电机转向相反同时转速相同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松的实现小车坐标不变的90度和180度的转弯。,控制方案转向控制,15,控制方案数据采集部分安装图,16,循迹电路模块,17,循迹模块工作原理,黑色和白色

4、路面对光的反射程度不同， 白色反射程度强，而黑色反射程度弱。,18,利用红外采集模块中的红外发射接收对管检测路面上的轨迹 将轨迹信息送到单片机 单片机采用模糊推理求出转向的角度和行走速度，然后去控制行走部分 最终完成智能小车可以按照路面上的轨迹运行。,19,1、白色地板上约5cm宽的黑色轨迹跑道 2、两平行跑道间距为80cm，半圆半径为40cm,20,实 物 图,21,改进跑道,22,3 、系统硬件设计,1.单片机系统电路 2.寻迹电路 3、蔽障电路 4.小车驱动 5.键盘电路 6.液晶显示 7、测温 8、时钟,23,总电路图,24,智能循迹小车设计,微控制器选择与设计 电源电路设计 循迹电路

5、设计 蔽障电路设计 避障电路设计 液晶显示电路设计 键盘电路设计,25,智能循迹小车设计,测温电路设计 时钟电路设计,26,微控制器：,INTEL AT89S52 STC STC89C52 AVR ATMEGA8、ATMEGA16 MICROCHIP PIC系列 TI MSP430系列 飞思卡尔公司、华邦、NXP等,27,微控制器-INTEL,最早有Intel公司推出8051/31类单片机,也是世界上使用量最大的几种单片机之一.由于Intel公司将重点放在186,386,奔腾等与PC类兼容的高档芯片开发上,8051类单片机主要有Philips,三星,华帮等公司接手.这些公司在保持与8051单片

6、机兼容基础改善了8051的许多特点.提高了速度,降低了时钟频率,放宽了电源电压的动态范围,降低了产品价格. 代表型号：8031、8051等,28,微控制器-ATMEL,ATMEL 公司是世界上著名的高性能低功耗非易失性存储器和数字集成电路的一流半导体制造公司 .公司最令人注目的是它的EEPROM 电可擦除技术闪速存储器技术 .是最早生产FLASH存储器单机的公司。 51系列：AT89C515255 AVR系列： ATMEGA8、ATMEGA16、,29,微控制器AVR系列,是增强型RISC内载Flash的单片机,芯片上的Flash存储器附在用户的产品中,可随时编程,再编程,使用户的产品设计容易

7、,更新换代方便.AVR单片机采用增强的RISC结构,使其具有高速处理能力,在一个时钟周期内可执行复杂的指令,每MHz可实现1MIPS的处理能力.AVR单片机工作电压为2.76.0V,可以实现耗电最优化.AVR的单片机广泛应用于计算机外部设备,工业实时控制,仪器仪表,通讯设备,家用电器,宇航设备等各个领域.,30,微控制器-TI,MSP430 系列单片机是由 TI公司开发的 16 位单片机。其突出特点是超低功耗，非常适合于各种功率要求低的场合。有多个系列和型号，分别由一些基本功能模块按不同的应用目标组合而成。典型应用是流量计、智能仪表、医疗设备和保安系统等方面。由于其较高的性能价格比，应用已日趋

8、广泛。 代表型号：MSP430F149,31,微控制器飞思卡尔,Motorola是世界上最大的单片机厂商,品种全,选择余地大,新产品多。近年来以PowerPC,Codfire,M.CORE等作为CPU,用 DSP 作为辅助模块集成的单片机也纷纷推出,目前仍是单片机的首选牌.Motorola单片机特点之一是在同样的速度下所用的时钟较 Intel 类单片机低的多因而使得高频噪声低,抗干扰能力强,更适合用于工控领域以及恶劣环境.Motorola 8 位单片机过去策略是掩膜为主,最近推出OTP计划以适应单片机的发展,在32位机上,M.CORE在性能和功耗上都胜过 ARM7.,32,微控制器-MICRO

9、CHIP,MicroChip单片机的主要产品是PIC 16C系列和17C系列8位单片机，CPU采用RISC精简指令集结构，分别仅有33、35、58条指令，采用Harvard双总线结构，运行速度快，低工作电压，低功耗，较大的输入输出直接驱动能力，价格低，一次性编程，小体积。适用于用量大、档次低、价格敏感的产品。在办公自动化设备、消费电子产品、电讯通信、智能仪器仪表、汽车电子、金融电子、工业控制等不同领域都有广泛的应用，PIC系列单片机在世界单片机市场份额排名中逐年提高，发展非常迅速。,33,微控制器美国其他,ADI：集成了高精度A/D转换器，例如：ADUC845单片机集成了24位A/D. Zil

10、og 单片机：最早Z80单板机 Scenix单片机: 集成了丰富的外设：例如：URT,SPI,I2C,A/D,PWM,PLL,DTMF,34,微控制器日系,NEC单片机: 16 位单片机采用内部倍频技术,以降低外时钟频率 。 东芝单片机:面向 VCD,数字相机,图象处理市场。 富士通单片机: 富士通注重服务大公司,大客户,帮助大客户开发产品. Epson 单片机: 单片机的LCD驱动做的特别好.在低电压,低功耗方面也很有特色. 可在0.9V工作。,35,微控制器韩系,三星单片机: 4、8位单片机，还生产ARM单片机。 LG:生产51系列单机，应用于：多功能电话、智能传感器、电度表、工业控制、防

11、盗报警装置、各种计费器、各种IC卡装置、DVD、VCD、CD-ROM。,36,微控制器台湾,华帮单片机:华帮单片机属于8051类单片机,它们的W78系列与标准的8051兼容,W77系列为增强型51,对8051的时序做了改进.同样时钟下速度快了不少.在4位机上华帮有921系列,带LCD驱动的 741 系列.在 32 位机方面,华帮使用了惠普公司 PA-RISC 单片机技术,生产低位 32 位 RISC单片机. 凌阳单片机:,37,微控制器宏晶STC,STC单片机完全兼容51单片机,并有其独到之处,其抗干扰性强,加密性强,超低功耗,可以远程升级,内部有 MAX810 专用复位电路,价格也较便宜,由

12、于这些特点使得 STC 系列单片机的应用日趋广泛.,38,微控制器-DSP,DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器。可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下的一些主要特点： （1） 在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。 （2） 程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据。 （3） 片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问。 （4） 具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持。 （5） 快速的中断处理和硬件I/O支持。 （6） 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。 （7） 可以并行执行多个操作。 （8）

13、 支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。,39,CPLD,介绍：CPLD（Complex Programmable Logic Device）是Complex PLD的简称,一种较PLD为复杂的逻辑元件，由许多逻辑方块组成，各个逻辑方块均相似于一个简单的PLD元件（如22V10），逻辑方块间的相互关系则由可变的连线构架，将整个逻辑电路合成而成。 特点：它具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进、设计制造成本低、对设计者的硬件经验要求低、标准产品无需测试、保密性强、价格大众化等特点，可实现较大规模的电路设计，,40,FPGA,FPGA是英文Field Pr

14、ogrammable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。 FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。,FPGA的基本特点主要有： 1）采用FPGA设计ASIC

15、电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。 2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。 3）FPGA内部有丰富的触发器和IO引脚。 4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。 5）FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。,42,电源设计,系统电源 5VDC 为单片机、循迹电路、避障电路、电机控制电路、液晶电路、键盘电路等提供电源。 电机电源 36VDC 为电机提供电源,43,电 源：,笔记本拆机电池（ 3.7V ） 干电池 手机电池（3.7V） 稳压芯片： LM7805 LM7809 LM2576 LM317

16、等,44,电源设计LM2576,45,电源设计LM7805,46,电源设计LM317,47,传感器：循迹,红外对管RPR220 光敏电阻 激光发射器 对传感器信号的处理： 如:LM311、LM339等比较器芯片。,48,循迹传感器红外对管电路,49,循迹电路板,50,蔽障电路,超声波传感器 红外避障传感器,51,蔽障电路设计超声波,超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t

17、/2。 应用：机器人避障、工业自动检测、倒车雷达等,52,蔽障电路红外测距,背面图有一个电位器可以调节障碍的检测距离，一旦调节好电位器（如调节好的最大距离60cm）则在有效距离内（如40cm处有障碍物、10cm处有障碍物）则输出低电平，低电平刚好给单片机识别。在电路设计中可以再输出端黄线加上拉电阻10K到5V，再接入单片机检测，会比较稳定，如果采用随机检测可以采用单片机的外部硬件中断INT0 INT1等来实现。,53,红外线测距电路,54,电机： 电机驱动：,直流减速电机 步进电机等,LM298 “H”桥 UN2003等,55,电机驱动芯片L298N,56,L298N,57,电机驱动芯片L29

18、8N,58,电机,选择两个直流电机,59,电机驱动电路,60,液晶电路设计,系统的温度、时间、距离等信息需要通过液晶来显示。 选择128X64点阵单色液晶。 与单片机接口如图。,61,液晶电路设计,62,键盘电路设计,有些设计需要输入或设定，设计了4个按键。 使用1个I/O口对应一个按键的方式设计。 键盘设计了硬件RC防抖电路配合软件实现防抖功能。,63,键盘电路设计,64,时钟电路设计,系统增加了时间芯片，提供时间。 时间芯片型号：MAX8563、DS1302、DS12887等。 时间芯片选择，DS1302.,65,时钟电路设计,66,测温电路设计,系统设计测温电路 测温方式：热敏电阻、PT100、热电偶、DS18B20等 选择单总线测温芯片DS18B20,67,测温电路设计,68,无线遥控电路设计,使用无线控制小车 使用无线接收块+PT2270解码芯片的方案设计。 遥控器使用PT2260编码芯片。,69,遥控电路设计,70,无线遥控,71,无