电子设计大赛智能小车设计报告.doc

简易智能电动车简易智能电动车 设计报告设计报告 小组成员 小组成员 日日 期 期 摘要摘要 本设计以本设计以 STC89C52 单片机为控制核心 经光敏电阻和红外对射完成循迹 单片机为控制核心 经光敏电阻和红外对射完成循迹 寻光以及躲避障碍物 测距的检测 停车 控制时间等 经比较器寻光以及躲避障碍物 测距的检测 停车 控制时间等 经比较器 LM393 进入进入 单片机 单片机通过内部程序完成对小车的控制 从而完成相关要求 单片机 单片机通过内部程序完成对小车的控制 从而完成相关要求 关键字 控制 检测 红外对射 智能小车 关键字 控制 检测 红外对射 智能小车 AbstractAbstract TheThe designdesign forfor STC89C52STC89C52 corecore control control TheThe photosensitivephotosensitive resistorresistor andand infraredinfrared toto radioradio completecomplete tracking tracking searchsearch lightlight andand avoidavoid obstacles obstacles rangingranging detection detection parking parking controlcontrol thethe time time byby thethe comparatorcomparator LM393LM393 intointo thethe singlesingle chipchip microcomputer microcomputer SCMSCM throughthrough internalinternal proceduresprocedures performedperformed onon thethe controlcontrol car car therebythereby completingcompleting thethe relevantrelevant requirements requirements Keywords Keywords control control testing testing infrared infrared smartsmart car car 目录目录 1 方案方案设定设定 1 2 各模块的选择方案各模块的选择方案 1 2 1 电源模块选择方案电源模块选择方案 1 2 2 系统控制模块方案系统控制模块方案 2 2 3 红外对射模块方案红外对射模块方案 2 2 4 恒流源模块恒流源模块 2 2 5 比较器转换模块比较器转换模块 2 3 系统硬件设计系统硬件设计 3 3 1 电源电路设计电源电路设计 3 3 2 恒流源电路设计恒流源电路设计 4 3 3 电机驱动模块电机驱动模块 5 3 4 循迹检测设计循迹检测设计 5 3 5 测距检测设计测距检测设计 6 3 6 避障检测设计避障检测设计 7 4 系统软件设计系统软件设计 7 5 系统调试系统调试 9 6 结论结论 10 7 参考文献参考文献 11 1 方案方案设定设定 根据以上参赛图以及本次比赛的相关要求 我们小组设定了一下方案 根据以上参赛图以及本次比赛的相关要求 我们小组设定了一下方案 方案 用两片方案 用两片 STC89C52 单片机作为主控芯片 其中一片控制红外循迹 单片机作为主控芯片 其中一片控制红外循迹 红外寻光 红外避障等模块检测 另一片检测红外测距模块 以上能使两片单红外寻光 红外避障等模块检测 另一片检测红外测距模块 以上能使两片单 片机分别工作 避免了一片单片机工作程序太大而容量不足的缺点 且能达到片机分别工作 避免了一片单片机工作程序太大而容量不足的缺点 且能达到 节能的效果 节能的效果 2 各模块的选择方案各模块的选择方案 2 12 1 电源模块方案电源模块方案 在电源的选择上 我们参考了网上参加过比赛以及制作小组的资料 我们在电源的选择上 我们参考了网上参加过比赛以及制作小组的资料 我们 比较了网上的各种方案后 选择了以下方案 比较了网上的各种方案后 选择了以下方案 采用了采用了 6V 直流电源作为本次的主电源 用于驱动小车和相应模块 在设计直流电源作为本次的主电源 用于驱动小车和相应模块 在设计 上简单实用 相较于交流稳压后的电源 更加简便 上简单实用 相较于交流稳压后的电源 更加简便 2 22 2 系统控制模块方案系统控制模块方案 选择选择 STC89C52 单片机进行系统的控制 该单片机具有单片机进行系统的控制 该单片机具有 IAP 功能 支持在功能 支持在 线下载 且内部集成了线下载 且内部集成了 EEPROM STC98C52 指令系统和 指令系统和 AT89C52 兼容 兼容 2 32 3 红外对射模块方案红外对射模块方案 方案一 应用软件中的中断和定时器来设计软件控制 但是编写这种程序方案一 应用软件中的中断和定时器来设计软件控制 但是编写这种程序 复杂且精度较低 调试很困难 占用资源也较多 断电后时钟会停止运行 供复杂且精度较低 调试很困难 占用资源也较多 断电后时钟会停止运行 供 电后时间显示出现错误 电后时间显示出现错误 方案二 采用红外对射检测 电路简单 精度高 只要将检测到的高低电方案二 采用红外对射检测 电路简单 精度高 只要将检测到的高低电 平数据读取送到单片机即可 占用资源少 供电后时间显示不会出现错误 平数据读取送到单片机即可 占用资源少 供电后时间显示不会出现错误 鉴于以上的比较分析 采用第二种方案 鉴于以上的比较分析 采用第二种方案 2 42 4 恒流源模块恒流源模块 有运算放大器有运算放大器 LM324 和大功率三极管构成的恒流电路 将电流转换成电压和大功率三极管构成的恒流电路 将电流转换成电压 参数进行控制 具有控制方便 线性好的特点 使用的元件也都是很普遍的 参数进行控制 具有控制方便 线性好的特点 使用的元件也都是很普遍的 易于实现 易于实现 2 52 5 比较器转换模块比较器转换模块 采用多个采用多个 LM393 进行进行 D A 转换 这种芯片输出电压可以达到基准电压的两转换 这种芯片输出电压可以达到基准电压的两 倍 并且转换速度快 低功耗 性价比非常高 能满足独立控制的要求 倍 并且转换速度快 低功耗 性价比非常高 能满足独立控制的要求 3 系统硬件设计系统硬件设计 如图如图 3 1 1 所示系统主要包含电源设计 恒流源设计 所示系统主要包含电源设计 恒流源设计 D A 转换 路面检测转换 路面检测 设计 光源检测设计 显示模块设计 电动机驱动设计 设计 光源检测设计 显示模块设计 电动机驱动设计 图图 3 1 13 1 1 3 13 1 电源电路设计电源电路设计 如图如图 3 1 1 所示 所示 220V 交流电压源经过变压器变压 桥式整流 滤波 三交流电压源经过变压器变压 桥式整流 滤波 三 端稳压后 输出端稳压后 输出 12V 12V 和 和 5V 5V 稳压供给系统电路 稳压供给系统电路 路面检测模块 控制器模块 光源探测模块 路程测量模块 障碍物探测模块 电动机模块显示模块 图图 3 1 13 1 1 电源电路电源电路 3 23 2 恒流源电路设计恒流源电路设计 电路由三部分组成 集成运算放大器 缓冲电路和取样电路 如图电路由三部分组成 集成运算放大器 缓冲电路和取样电路 如图 3 2 1 所所 示 此恒流源电路带负载能力非常强 且线性很好 有示 此恒流源电路带负载能力非常强 且线性很好 有 TLC5615D A 转换器输转换器输 出的电压经过电阻出的电压经过电阻和和分压后在输入到集成运算放大器的分压后在输入到集成运算放大器的 3 号引脚 由集成号引脚 由集成 1 R 2 R 运放特性可知 运放特性可知 流过电阻流过电阻的电流的电流 即流过即流过 LED 的电流的电流 OI VV 3 R 0 VI 3 R 此恒流源电路结构简单 但性能非常优秀 此恒流源电路结构简单 但性能非常优秀 1 VI 3 R 图图 3 2 13 2 1 恒流源电路恒流源电路 3 33 3 电机驱动模块电机驱动模块 采用专用芯片采用专用芯片 L298N 作为电机驱动芯片 作为电机驱动芯片 L298N 是一个具有高电压大电流的是一个具有高电压大电流的 全桥驱动芯片 它相应频率高 一片全桥驱动芯片 它相应频率高 一片 L298N 可以分别控制两个直流电机 而且可以分别控制两个直流电机 而且 还带有控制使能端 用该芯片作为电机驱动 操作方便 稳定性好 性能优良 还带有控制使能端 用该芯片作为电机驱动 操作方便 稳定性好 性能优良 L298L298 3 43 4 循迹检测设计循迹检测设计 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 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 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 将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平 Q1 2N3904 D1 LED0 560 R 8 470K R 9 VC C 5 VC C 5 GND GND 光 3 1 84 2 1 U1A VC C 5 GND S光 10K R 10 3 3k R 28 10k R 29 VC C 5 图图 3 4 13 4 1 红外反射光电传感器循迹检测电路红外反射光电传感器循迹检测电路 3 53 5 测距检测设计测距检测设计 采用红外透射光电传感器进行路况的检测 在小车车轴上安装一码盘 小车采用红外透射光电传感器进行路况的检测 在小车车轴上安装一码盘 小车 行驶过程中 码盘不断阻挡红外透射光电传感器 从而产生高低电平并传送到行驶过程中 码盘不断阻挡红外透射光电传感器 从而产生高低电平并传送到 单片机上 经过软件控制达到对路程的检测 单片机上 经过软件控制达到对路程的检测 3 63 6 避障检测设计避障检测设计 如图如图 3 6 1 所示 小车下端引出红外对射管通过电压比较器引回单片机 通所示 小车下端引出红外对射管通过电压比较器引回单片机 通 过高低电平来检测小车是否该换方向 过高低电平来检测小车是否该换方向 I O口 R1 510 R2 20k 5V D1 发射 D2 接收 R3 10k R4 10k 3 2 1 84 U1 A LM393 R5 3k 图图 3 6 13 6 1 避障检测电路避障检测电路 4 系统软件设计系统软件设计 系统软件设计框图如系统软件设计框图如 4 1 1 所示 系统进入初始化后进入主程序并分为以下所示 系统进入初始化后进入主程序并分为以下 几种模式 循迹 寻光以及躲避障碍物 测距模式 几种模式 循迹 寻光以及躲避障碍物 测距模式 开始 初始化 设置系统 寻光 模式 红外避障 自动调节 模式 循迹模式测距模式 图图 4 1 14 1 1 系统软件框图系统软件框图 开始 设定车速 检测红外信号 距离增加 到达终点 停车 N N Y Y 图图 4 1 24 1 2 测距模式测距模式 开始 检测光源 驶向光源 是 否 图图 4 1 34 1 3 寻光模式寻光模式 开始 检测障碍 后退转向 是 否 前进 图图 4 1 44 1 4 避障模式避障模式 5 系统调试系统调试 由于还未进入制作阶段 我们小组只是先参考了历届关于类似项目的小车由于还未进入制作阶段 我们小组只是先参考了历届关于类似项目的小车 制作的知识而制定了这个初步的制作方案 在接下来的制作环节中 我们会一制作的知识而制定了这个初步的制作方案 在接下来的制作环节中 我们会一 项项去解决遇到的困难以及所要面临的知识和技能上的欠缺 真正的调试阶段项项去解决遇到的困难以及所要面临的知识和技能上的欠缺 真正的调试阶段 将会在初步制作完成后进行 包括小车的电路 程序等等 都将会进一步去完将会在初步制作完成后进行 包括小车的电路 程序等等 都将会进一步去完 善 善 6 结论结论 本本次次的的设设计计是是以以 STC89C52 单单片片机机为为控控制制核核心心 含含有有多多功功能能数数字字时时钟钟控控制制 环环境境寻寻光光检检测测 交交通通循循迹迹检检测测 路路程程测测距距检检测测 红红外外避避障障报报警警系系统统等等主主要要功功 能能 其其中中的的包包括括路路程程测测量量 避避免免碰碰壁壁是是在在尝尝试试完完成成 由由于于本本次次是是我我们们小小组组 第第一一次次参参加加这这样样的的比比赛赛 在在经经验验与与知知识识技技能能上上会会有有所所欠欠缺缺 我我们们参参考考了了历历届届 关关于于类类似似比比赛赛项项目目的的小小车车设设计计 希希望望能能完完成成本本次次的的比比赛赛 并并给给自自己己的的大大学学生生 活活留留下下一一笔笔宝宝贵贵的的财财富富 也也 相相信信我我们们小小组组在在各各方方面面的的设设计计上上可可以以达达到到比比赛赛的的 要要求求 7 参考文献参考文献 1 1 郭天祥郭天祥 51