设计报告要求

设计报告要求设计报告正文的图文篇幅限制为6页，第一页含300字以内的设计中文摘要，正文采用小四号宋体字，单倍行距，标题字号自定，一律采用A4纸纵向打印、装订，电路图可另附。主要内容：（1）系统概述、总体设计方案；（2）硬件选型和各模块功能介绍；（3）方案论证和设计过程、设计说明；（4）程序设计框图和说明（5）结论。附录：设计报告范文（仅供参考）标题：自动往返小车报告姓名:XXX 学号:XXX 专业:XXX 学院:XXX摘要:为了实现小汽车的自动往返和智能控制，我们选用单片机系统。设计以MSP430F149 为核心，MCU 将各种传感器得到的信息进行综合判别和处理，然后发出指令给电机驱动器，控制小汽车，使小汽车能够快速、准确的实现往返，并且能够精确地在停车线附近停车。本设计使用了光电传感器检测标识线，使用红外传感器测量车辆的位置，矫正行车路线。多传感器并行工作，MCU 的综合数据处理为小车按照预定程序运行提供了充分的保证。设计的发挥部分，通过传感器记录小汽车车轮转动的圈数，两车车轮的周长，计算出行车距离。行车距离和行车时间一起送入149，由LCD 显示屏显示，并且每行走一圈就实时输出速度v。最后加上语音模块，实现语音播放速度和时间。关键字：MSP430F149 PWM PID 避障1 小车系统整体设计自动往返小车采用TI公司的超低功耗单片机MSP430F149作为主控制芯片。利用四个红外反射式传感器检测黑线，实现行车位置的判断，利用红外一体化传感器实现挡板检测，使小车竖直前行的功能，系统分为控制部分以及信号检测部分。其中小车控制部分包括电机驱动模块，行进状态标志模块，控制器模块等。信号检测部分包括：路面黑线检测模块和前方障碍检测模块。2 系统各模块的原理与实现主控芯片的选型MSP430系列单片机是美国德州仪器1996年开始推向市场的一种16位的超低功耗的混合信号处理器。其之所以称之为混合信号处理器，主要是由于其针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。本系统选用一片MSP430F149作为MCU，与L298 一起控制电机。还处理光电传感器送来的地面标志信号，该信号主要控制小车的加速、减速、限速、惯性行驶、刹车、倒车等状态；另外，它利用DS1302 计时，芯片驱动LCD 显示，很方便的就显示行车时间。由小汽车轮胎后轮旁边的干簧管的导通次数直接送到它的CA0(P2.3),这样，小车的实际行驶距离就很方便能测量出来。外部传感器的选择本实验使用光电传感器和干簧管。（1）检测黑线的传感器 本设计采用红外线光电反射传感器，鉴于车底盘低，采用近距离有效的光电传感器（LTH1550）。（2）检测挡板的传感器 本设计采用反射式红外线光电传感器。能够检测10cm20cm 距离。并且找到一种接收头，持续接受能够保持低电平，可以比较准确的分辨出是否走偏。另外由于用电动小车改装而成，小车行驶基本成直线，更加减少了撞上挡板的可能。（3）测量车行程、速度传感器 我们通过测量小汽车驱动轮转动的圈数来间接换算小汽车的行程，并且记录每圈的时间，换算出速度v，实时显示。关键就是测量车轮的转动，有几个办法。首先，可以选择透射式光电传感器或者反射式光电传感器。这样需要在车轮上做较大的机械加工（打孔或者黏贴白纸），而且市场上能买到的可用光电传感器体积较大，不易安装，故没有采用。我们采用干簧管，该传感器体积小，可以装在车轮附近的车身上，在车轮上安装一块小磁铁，每转动一圈，闭合一次，并且精度比较高，是个不错的选择。故选用。执行部件的选择执行部件分为驱动部件和方向控制部件两个部分。比较好的方案是在方向控制部分使用步进电机，这样可以由MCU比较精确的控制前轮转向的角度和持续时间，结合传感器传来的信号，便可以非常精确地控制小汽车行驶的方向。但是，由于该系统的控制对象是由玩具电动车改装，其电动机和变速系统已经无法更换。故只能使用该玩具汽车自带的两个电动机。实际使用时，用PWM 信号驱动电动机，控制电机的输出功率和转速。供电部件由于该系统用电池供电，对电路功耗的要求比较严格。该电路中耗电量大的就是电动机和MCU。但是主要是电动机，功耗无法消减。另一方面，该系统为数字与模拟混合系统，要求使用多档不同的电压供电，比较理想的办法是使用DC-DC 变换器来产生系统所需要的各种电压。但是考虑到小车跑的距离不是很长，干电池可以支撑系统的稳定，再加上成本、体积、效率、噪声干扰一系列随之而来的问题，系统并未采用DC-DC 变换的方案，而是直接用干电池供电。3 硬件原理（1） MCU本实验功能不是很多，一片MSP430F149足够处理路程检测，电机驱动，接口显示，黑线检测，挡板检测的数据，并且发出有效的信号，控制小汽车按要求完成任务。（2） 黑线探测及处理电路反射式红外传感器工作原理如图1所示：反射式红外传感器1550 采用高发射功率红外广电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。检测距离可调整范围为415mm；采用非接触检测方式。图1 反射式红外传感器工作原理反射式红外传感器中包含一个发射器LED和一个光探测器（光敏二极管光敏三极管）。着两个元件被封装在同一个塑料壳体中，并且排列成适合他们工作的理想位置。LED发出的一束光被一个表面反射后又回到探测器中。封装在矩形壳体中的是发射器LED（由左侧的白色方块表示）和探测器装置（在右侧）。虚线表示光线从发射器LED中发出并反射回探测器；探测器检测到的光强大小取决于物体表面的反射率，而这一光强就是传感器的输出值。选通信号（高电平）经过三极管扩流后送到传感器的K脚，如果检测到黑线，传感器C 脚输出高电平；否则输出为低电平。反射式传感器在高度受控的理想环境下的工作性能更好，因为影响它输出的外界因素有很多，如环境光的变动、传感器与被探测物体之间的距离，以及被探测物体的反射率等。为了减少环境光的干扰，首先需要调整传感器的方位使环境光不能直接射到探测器。反射式红外传感器1550 的最佳探测距离为6-14mm。所以在安装时应与地面保持10mm左右的距离，可以用铜柱和垫圈来改变其与地面的距离。考虑到本系统不需要精确定位黑线的位置，所我们采用前后各装两个传感器，再经过或门将两路信号采集到单片机中，此目的在于不管小车在行进中遇到黑线时是什么姿态都可以以最短的时间检测到黑线，发送出数据。（3） 挡板检测红外线光电传感器的工作原理如图2所示：图2 红外线光电传感器的工作原理一体化接收头内部集成有带通滤波器，它只允许大约38 kHz 的红外信号通过。这种仅对38KHz敏感的特性，有助于消除环境光对遥控器接收的影响。如图，当红外线发射管IR LED）发出的38KHz 的红外线被一体化接收头接收时，接收头输出“0”。当没有侦测到红外线，或非38KHz 红外线（如日光灯干扰），输出“1”。利用一体化红外接收头在38KHz附近灵敏度的衰减的特性，可以实现测距功能。在非38KHz频率下，探测器的灵敏度下降，为了让探测器探测到红外线的反射，物体必须离探测器更近，才能使反射的红外光更亮。本设计所要检测的距离不是很远，所以在设计中用不到测距，仅仅只用到其壁障功能。用Msp430f149的TA定时器产生38kHZ左右的开关频率，直接驱动三极管的导通与截止，是发光管发射出38kHZ 左右的红外光。实现对轨道当班的检测。（4） 路程、速度测试电路 若干簧管置于磁场中时，干簧管的两极就会吸合，而使其导通。如果在其两端加上限流电阻和电极，就可以实现脉冲输出到单片机进行计数处理，可以换算成路程，速度等物理量。（5） 时间显示电路考虑到单片机管脚的使用和占地面积，我们使用了LCD1602。普通的LED显示需要更多的I/O口，这回是单片机资源急剧下降，同时也会占去电路板的大部分地方，1602则不会产生这样的问题，而且其价格便宜，电路简单使用方便。在电路设计中我们加入了74ls245 总线驱动器，加强I/O 口的驱动能力，其中一片为数据驱动，另一片为控制信号驱动和壁障电路信号的驱动。图3 显示电路接口（6）电机驱动电路考虑到小车必须能够前进、倒退、停止，并能灵活专性，我们选用了电机专用驱动芯片。为了能控制车轮的转速，可以采取PWM 调速法，即由单片机的TAi和TBi输出一系列频率固定的方波，再通过功率放大来驱动电机，在单片机中编程改变输出方波的占空比就可以改变加到电机上的平均电压，从而可以改变电机的转速。左右两轮两个电机转速的配合就可以实现小车的前进、倒退、等功能。L298N 工作时，ISENA 接地，IN1 为1 或0 从ENA 输入PWM 怎可以控制电机正转或者反转。我们的设计中将IN1 和IN2 分别接到I/O口和一个非门从而可以用一个口来控制电机的正反转。具体电路如下：图4电机驱动电路4 软件部分软件系统的主结构图如图5。小车按复位键后，即启动，以最慢的速度向前行驶，当检测到第一根黑线时，就会全速前进。为了保证小车停车位置正确，在检测到第五和第十一跟黑线时就开始减速行驶。图5 软件系统的主结构图单片机有两个外部中断，分别为EXT1和EXT2，两个外部输入脚分别为B口的IOB2和IOB3的复用脚。EXT1（IOB2）和EXT2（IOB3）两条外部中断请求输入线，用于输入两个外部中断源的中断请求信号，并允许外部中断以负跳沿触发方式来输入中断请求信号。EXT1（IOB2）为黑线检测，确定小车位置，EXT2（IOB3）为轮子转数检测用于计算路程。IRQ4用做整个行程的时间计数。5 结论自动往返小车由机械结构、巡线电路、避障电路、电机控制模块和处理器电路五部分组成。本系统以参赛题目的要求为目的，采用MSP430F149单片机为控制核心，利用光电检测器检测道路上的标志，控制电动小汽车的正反向行驶，快慢速行驶，以及停车的位置，并可自动记录往返时间和距离，在显示完时间距离后将会自动播报整个行程所消耗的时间，以及行驶路程。整个系统的电路结构简单，可靠性高。附录：2001年全国大学生电子设计竞赛题目C题 自动往返电动小汽车 一、任务设计并制作一个能自动往返于起跑线与终点线间的小汽车。允许用玩具汽车改装，但不能用人工遥控（包括有线和无线遥控）。跑道宽度0.5m，表面贴有白纸，两侧有挡板，挡板与地面垂直，其高度不低于20cm。在跑道的B、C、D、E、F、G各点处画有2cm宽的黑线，各段的长度如图1所示。 二、要求1基本要求（1）车辆从起跑线出发（出发前，车体不得超出起跑线），到达终点线后停留10秒，然后自动返回起跑线（允许倒车返回）。往返一次的时间应力求最短（从合上汽车电源开关开始计时）。（2）到达终点线和返回起跑线时，停车位置离起跑线和终点线偏差应最小（以车辆中心点与终点线或起跑线中心线之间距离作为偏差的测量值）。（3）DE间为限速区，车辆往返均要求以低速通过，通过时间不得少于8秒，但不允许在限速区内停车。2发挥部分（1）自动记录、显示一次往返时间（记录显示装置要求安装在车上）。（2）自动记录、显示行驶距离（记录显示装置要求安装在车上）。（3）其它特色与创新