无线遥控循迹小车设计方案

竞速小车 1 无线遥控 循迹小车 设计方案 1 方案设计与论证 本次竞赛要求制作的小车能够循黑线前进并且达到竞速的目的，而且要显示走过的时间和速度。并且有按键起车与声光语言提示。根据题目的要求，我们组设计了以下几种方案并对各方案进行了论证与分析。 机驱动部分论证与分析 方案 1：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻较小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且很难实现。 方案 2：采用继电器对电动机的开或关进 行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整。方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢，机械 结构易损坏，寿命较短，可靠性不高。 方案 3：采用达林顿管 单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的状态，精确调整电机转速。 方案 4：采用 控制电机的正转和反转来实现小车的前进和后退，并且如果再利用上 可以实现整车的加速与减速，精确小车的速度。 基于上述理论分析，拟选择方案 4。 感器探测部分论证与分析 方案 1：用光敏电阻组成光敏探测器。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。 但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。因此我们考虑其他更加稳定的方案。 方案 2：用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照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 。这样自己制作组装的寻迹传感器基本能够满足要求，但是工作不够稳定，且容易受外界光线的影响，因此我们放弃了这个方案。 方案 3：用 光电对管。 发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。 简单实用，特别适合我们这次的制作。 基于上述理由我们选择了方案 3。 竞速小车 2 机部分论证与分析 方案一：采用直流电机 直流电机速度快，价格便宜，通过调节电流来改变速度，驱动电路简单，调速范围广，调速特性平滑。但其转距小，带有大负载时很容易堵 转；而且由于其速度较快，不易控制，精确度低，不适合应用在本题。 方案二：采用步进电机 步进电机是一种能将电脉冲转化为角位移的机构，通过控制脉冲个数来控制角位移量，通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，其精确度高，但控制相对较繁琐。 方案三：采用减速电机 减速电机也是通过控制电流来改变速度的，而且其内部有减速齿轮箱，转距大，而且易控制，速度较步进电机快。通过分析题目要求，减速电机可以达到题目要求的精度，而且价格适中，控制简单。 综上所述，我们决定采用方案 3 减速电机。 示部分论证与分析 方案 1：使用数码管显示。 数码管显示具有亮度高，色彩选择多的优点，但是数码管占用 I/O 资源多，控制复杂，功耗较大，显示信息量较少且单一。 方案 2：使用 1602液晶屏显示。 液晶显示驱动简单，易于控制，功耗小，且显示信息量大，可以直观地观测到小车的位置及速度信息。 基于上述理论分析，我们决定选择方案 2。 源部分论证与分析 方案 1：采用 2节 过7805的电压变换后给支流电机供电，给单片机系统和其他芯片供电。 但由于电压不太够，价格昂贵， 因此，我们放弃了 。 方案 2：采用 :9 12压后给单片机系统和其他芯片供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。 但 蓄电池的体积过于庞大，使用极为不方便 。 方案 3： 采用 3 节 池供电，电压达到 11v，经 7805稳压后给支流电机供电，给单片机系统和其他芯片供电。 但价钱还是太贵。 基于上述理论，我们选择方案 2。 制单元部分论证与分析 方案 1：采用纯数字电路 该方案外部检测采用光电转换，系统控制部分采用数字电路译码对小车电动机两竞速小车 3 端电压调整，来控制小车的运行。时间和行程用加 法器进行计数。此系统的设计将会使电路过于复杂，调试时需要改变硬件电路，机动性差。 方案 2：用单片机控制 用光电检测不同的信号，并经单片机对其处理，传送给 其控制电机的正转和反转。通过单片机内部定数器 /计数器进行定时、计数，在用单片机串行输入 /输出口进行显示控制。此方案电路成熟、工作稳定、容易实现控制。 为能更好的实现题目的各种设计要求，所以我们选用第二种方案。用单片机进行控制。其工作框图如下： 单片机控制工作图 2 原理分析与硬件电路图 统总体设计 基 于上述各方案的论证与分析，我们确定了最终方案。整个系统采用 11统的总体结构框图如图 1所示。 开始 光电检测 9车正反转 显示路程 显示速度 竞速小车 4 系统总体框 片机资源分配 由如下功能部件组成， 8位微处理器、 128 字节数据存储器、 8位并行 I/1个全双工的串行口，具有四种工作方式。可用来进行串行通讯，扩展并行 I/至与多个单片机相 连构成多机系统，、片内有 2个 16 位的定时器 /计数器， 具有四种工作方式。具有 5个中断源， 2级中断优先权及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是 上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。为了合理调用单片机的资源 ,如图 2 小系统板 液晶显示模块 循迹模块 电机驱动模块 两个左轮 两个右轮 车体 竞速小车 5 I N T 1 / P 3 . 31 3T 0 / P 3 . 41 41 5T 1 / P 3 . 51 6W R / P 3 . 6P 2 . 7P 2 . 6P 2 . 5P 2 . 42 82 72 62 5R D / P 3 . 71 7X T A L 21 81 9X T A L 12 0V S . 3P 2 . 2P 2 . 1P 2 . 02 42 32 22 1P 1 . 01P 1 . 123P 1 . 24P 1 . 3V C . 0P 0 . 1P 0 . 24 03 93 83 7R S D / P 3 . 01 01 1T X D / P 3 . 11 2I N T 0 / P 3 . 2P 0 . 7E A A L E / P R O G P S E N 3 23 13 02 9P 1 . 45P 1 . 567P 1 . 68P 1 . 7P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 63 63 53 43 3s c e D B 61 3D B 71 41 5L E D +1 6L E D 08D B 1D B 29D B 31 01 1D B 41 2D B 5 器1234电 机 驱 动 控 制 端寻迹检测光电对管测速光电对管图 2单片机资源分配图 机驱动模块 我们主要采 用 动两台直流电机电路如图 个电动机， 实验装置我们选用驱动两台直流减速电动机。 5， 7， 10， 12 脚接输入控制电平，控制电机的正反转。 2， 3， 13， 14 四个脚连接直流减速电机。 6， 11 脚接 号（即 制电机的停转。四组光耦对输入、输出电信号起隔离作用。 8脚接地。表 2298N 功能逻辑真值表图。 ， 11脚。 脚。 7脚。 0脚。 2脚。 表 2298驱动电路真值表 正 转 反 转 竞速小车 6 (或 0) 停止 (或 0)， 止 由表 2， 电机停止 工作； ， 电机正 转 或反转。 图 2298管脚排列如下： 竞速小车 7 迹探测模块 小车循迹原理是小车在贴有黑胶带的白色路面上行驶时，由于黑线和白线对光线的反射系数不同，可根据接受的反射光的强弱来判断黑线，我们采用了比较普 遍的检测方法 红外检测法。 红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物理表面具有不同的反射特点。在小车行驶过程中不断的向地面发射红外光，当红外光遇到白色地面时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，则小车的接收管接收不到信号，在通过 而实现信号的检测。 市场上有很多红外传感器，在这里我们选用了 装，其具有如下特点： 构 紧凑。 竞速小车 8 电路图如下： 压电路的设计 为了给整个控制系统提供一个稳定的电压，在此选择了 7805 稳压管作为该电路的核心芯片。该稳压电路的设计如图 示。 竞速小车 9 图 稳压电源电路图 7805 稳压管 有一系列固定的电压输出，应用非常的广泛，每种类型由于内部电流限制，以及过热保护和安全工作区的保护，使它基本上不会损坏，如果能够提供足够的散热片，他们就能够提供大于 输出电流，虽然是按照固定电压值来设计的，但是当接入适当的外部器件后，就能获得各种不同的电 压和电流。 3 软件设计与流程 程序框图 此部分是整个小车运行的核心部件，起着控制小车所有运行状态的作用。控制方法有很多，大部分都采用单片机控制。由于 51 单片机具有价格低廉是使用简单的特点，这里选择了 为控制核心部件，其程序控制方框图如图所示。 竞速小车 10 图 系统的程序流程图 小车进入循迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接的单片机 I/O 口，一旦检测到某个 I/序就进入判断程序，把相应的信号发送给电动机从而纠正小 车的状态 。 程序 #10; 11; 12; 15; 16; 17; 13; 14; 20; 22; 21; 23; 是否在弯道？ 开始 延时 3s 提速行驶 N Y 检 测右传感器？ 电机反转 小车左转 黑线 遮蔽 检测左转传感器？器？ 白线 遮蔽 电机反转 小车右转 黑线 遮蔽 白线 遮蔽 竞速小车 11 24; 27; 25; 26; 32; 33; 33; 34; = cm/s; /显示最高速度 = cm/ s;/显示瞬时速度和行驶时间 j,n,m=0; x=0,a=0,k=0,l=0,a=0,t=0,; z) / 延时函数 x,y; x=z;x0;y=110;y0; /液晶写命令 ; P0=); ; ); ; /液晶写数据 ; P0=); ; ); ; /液晶初始化 ; ; 竞速小车 12 ; a; , /显示最大速度 , /显示瞬时速度 ; /关闭定时器 1 ); 1)&(1)&(1)&(1)&(1) /停止 2,t); / 显示行驶时间 3/(2*t); /计算速度 a a; 竞速小车 17 , /显示最大速度 , /显示瞬时速度 ; /关闭定时器 1 65536256; 65536256; /重装初值 m+; if(m=20) m=0; t+; ; ; 4 制作安装调试 路设计与制作 我们根据实际需要，手工将循迹模块，控制模块，驱动模块制作出来，并通过铜柱，螺母等将其固定在洞洞板上 竞速小车 18 车的检测与调试 在检测过程中，我们设计的小车有冲出跑道的情况，而无法正常循黑线前进，我们分析可能的原因是： 一个 间的距离安装的不合理，导致小车有探测的不灵敏，而冲出跑道； 2。程序需要优化； 检测装置不够灵敏，这种情况下，我们选择了降低电压，减少车速 。 表 2调试情况 小车运行次数 成功循迹次数 1 1 2 1 3 2 4 2 5 3 6 4 5 总结 首先感谢学校电子设计大赛给我们这样一次珍贵的锻炼机会，在这 20 多天的时间里，我们三个人同心协力，分工合作，共同完成了智能循迹小车的项目。在制作过程中遇到了很多困难与挫折，我们也一度灰心丧气，但是我们都一步步挺了过来，克服了一个又一个的困难，最终完成了制作。 在这一次的大赛中，我们获益匪浅。其中不仅仅包括知识上的，也包括意志与精神上的。刚开始的我们在制作小车方面的知识几乎可以说是零，在制作过 程中，由于缺乏经验和忽略细节问题，我们在调试的时候经常碰到很多奇怪的问题，但是我们通过耐心的调试，或者上网查阅资料，直到弄懂为止；遇到分歧，我们就在一块讨论，共同研究。参加此次培训对我们来说是一次宝贵经历，也是人生的一笔精神财富。当然由于知识能力与水平有限，我们也有做的不好与不完善的地方，恳请老师批评指正，希望下次我们能够做的更好。 6 参考文献 1全国大学生电子设计竞赛组委会 （