循迹避障寻光自动小车

1、循迹避障寻光电动小汽车摘要：采用美国ATMEL公司资源丰富的ATmegal128产品作为主控芯片进行设计系统整体结构7, 电菲蛛SUH示丈块1模块方案比较与论证1.1车体设计方案1:自己制作电动车。经过考虑，若自己制作电动车，价格 便宜，可靠性良好，但制作工序复杂，耗费大量时间，在如此紧迫的 赛程里，我们只能选择放弃此方案。方案2:使用已有车模改装。在已有车模的基础上进行改装，省 去了制作电动车的大量时间，且可靠性高，用塑料做的车架，比铁制 小车更轻便、美观，综合考虑，我们选择此方案。1.2控制器模块方案1:可采用 AT89C51，AT89C51是一款带 4K字节FLASH 寄存器的低电压、高

2、性能CMOS 8位微处理器128X8位内部RAM , 32可编程I/O线两个16位定时器/计数器，5个中断源，电路简单， 编程也比较容易，资料齐全 ,芯片很便宜 ,也很容易买到 ,适合入门级， 由于 I/O 不足，一旦数据量很大、涉及复杂运动控制等内容时，AT89C51 就力不从心了。运算的速度和效率低也是 AT89C51 的一个 缺点.。方案 2：采用美国 ATMEL 公司资源丰富的 ATmegal128 产品作为主 控芯片进行设计。ATmegal128为基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS 微处理器，具有快速、灵活、集成度高、加密性强和易实现等诸多优点。ATmegal128具有12

3、8KB的系统内可编程 FLASH、4KB 的SRAM、35个中断、53个通用I/O 口线、32个通用寄存器、实时 时钟 RTC、 4 个灵活的具有比较模式和 PWM 功能的定时器 /计数器（T/C）、2个USART、面向字节的两线接口 TW1、8通道10位ADC、 具有片内振荡器的可编程看门狗定时器、 SPI 串行端口、与 IEEE1149.1 规范兼容的 JTAG 测试接口，以及 6 种可以通过软件选择的省 电模式。总的来说， CPU 构架不同，虽然都是 8 位的，但指令集不同，ATmega128是用RISC的，哈佛结构的总线； AT89C51是用CISC， 冯诺衣曼结构的总线。跟ATmeg

4、a128比，AT89C51是老掉牙的东西， 内部资源少， 速度慢，但学习简单， 经过仔细比较， 我们选择方案 2。1.3 避障模块方案 1：用超声波传感器进行避障。超声波传感器在避障系统中普 遍使用，其避障性能很好， 接收与发射信号不易受外界干扰，可以很 好的实现避障的功能，但是，超声波传感器信号 CHULI复杂，技术难 度较高，综合考虑后，放弃此方案。方案 2：用红外接收头和红外二极管进行蔽障，红外接收头接受已调 制的信号，因此受其它光源的影响较小， 能实现避障的功能。 造价低， 体积小，便于装在小车上。综合考虑我选择此方案。1.4 电机的选择方案 1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。步进

5、电机体积大 价格高昂，且它的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转 速时会急剧下降， 其转速较低， 不适合于小车等有一定速度要求的系 统。综合考虑比较，我们放弃了此方案。方案 2：采用直流电机。直流电机转动力矩大，体积小，重量轻， 电路简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，可以 产生大力矩。 能够较好的满足系统要求， 方向可用于控制前轮转动角 度，可实现避障、循迹和寻光功能。因此我们选择此方案。1.5 电机驱动电路方案1:采用直流电机驱动芯片 MC338886驱动电流可达2A,外 围器件简单，贴片封装体积小，但调速时MC338886发热量很大，导 致MC338886勺FS引

6、脚置位，从而使其不工作，特别是采用反向制动 后置这这只这种情况更严重。方案2:采用直流电机驱动芯片L298N驱动电流总和可达到4A, 它可以驱动二相和四相步进电机勺专用芯片，我们利用它内部勺双 H（如图1）桥式电路来驱动直流电机，这种驱动电路可以很方便实现 直流电机的四象限运行，分 别对应正转、正转制动、反转、反转制 动。控制比较简单，电路也很简单。因此我们选择此方案。1.6 显示模块方案 1：采用 LED 显示器 ,它采用低电压扫描驱动，亮度高、刷新 速率快，但是功耗高、显示字符不美观。综合考虑后，放弃此方案。方案 2: 采用 LCD 显示器， LCD 的优点主要包括零辐射、 低功耗、 散热

7、小、体积小、图像再现精确、字符显示美观等，便于安装。而且 现在 LCD 技术很成熟， 在显示器的市场比 LED 占的比重要大， 因此 我们选择此方案。1.7 循迹模块方案 1：采用发光二极管发光，用光敏二极管接受。当发光二极管 发出的可见光照射到黑线时， 光线被黑线吸收。 光敏二极管检测到信 号，呈高阻抗， 使输出端为低电平。当发光二极管发出的可见光照射 到地面时， 它发出的可见光反射回来被光敏二极管检测到， 其阻抗迅 速降低，此时输出端为高电平。 但是由于二极管受环境中的可见光影 响较大，且电路的稳定性差。方案 2: 使用红外对管，特点是价格低、体积小、质量轻、对小车的 转向不会造成影响，

8、其抗光干扰能力强，灵敏度高响应快，光电转换 速度快，1.8 寻光模块方案 1：使用光敏电阻检测光源时，其光照特性为非线性、反应 灵敏度一般，检测距离范围有限，其受外部影响较大，检测信号易出 现误差，故放弃使用此方案。方案 2：使用光电三极管自制追光传感器。 光电三极管灵敏度高， 线性好，能将光信号转变成电信号，便于判断。其温度变化对光电流 影响较小，且便于安装在小车上，此方案价格低廉，可靠性良好，能 满足此系统的要求，所以我们选择此方案。1.9 检测金属模块方案 1：使用接近开关：它即有行程开关、微动开关的特性，同 时具有传感性能， 其动作可靠， 性能稳定，频率响应快， 应用寿命长， 抗干扰能

9、力强等、并具有防水、防震、耐腐蚀等特点。 当金属检测体接 近开关的感应区域，开关就能无接触，无压力、无火花、迅速发出电气指令，准 确反应出运动机构的位置和行程， 即使用于一般的行程控制， 其定位精度、 操作 频率、使用寿命、 安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力， 是一般机械式行 程开关所不能相比的 。触点开关：是传统的按钮开关，通过接触触点来控制开关的通断。电 路抗静电能力较弱，很容易静电损坏。不适用在高温，防潮，耐腐蚀 的地方。1.10 电源模块方案 1 采用若几节干电池串联供电。干电池有较强的电机驱动能力以及稳定 的电压输出性能。 但是，携带电池盒会影响整体布局， 在小型电动车上使用不方 便，且不能很好的利用太阳能充电系统。因此我们放弃了此种方案。方案 2：采用 7.2V 蓄电池为系统供电。 7.2V 电压蓄电池经过 LM7805、LM7806 稳压后，可为电机的驱动和单片机系统的工作提供稳定的电压， 且携带方便， 便 于调整布局，综合考虑，选用了此方案。1.11PWM调速的优点PWM调速主要是针对 功率较小的低惯量电机，具有高的定位速度和精度，低速性能好 , 稳速精度高 , 调速范围宽， 系统频带宽 , 动态响应好 ,抗干扰能力强，且经济可靠，因而有很大的使用价值。调压调速主要是针对饶线式