TI杯电子设计大赛C题金属循迹小车

1、TI杯电子设计大赛 C题金属循迹小车公司内部编号:(GOOD-TMMT-MMLTUUPTY-UUYY-DTTI-2 016 年 T I 杯大学生电子设计大赛自动循迹小车（C题）【本科组】摘要：该系统以STM32F103VET6和89C52单片机为控制核心，采用了比赛指 定的LDC1000电感传感器来探测铁丝和硬币，通过单片机产生的PW和 LM298模块控制电机，通过光耦传感器测量小车轮胎转动圈速，并应用 LCD1602显示模块，以LM2596S为核心的电源电路为系统供电，从而实现 了电动小车循迹、检测到硬币后蜂鸣器发出声响和实时显示小车行驶的 距离和运行时间等功能。整个系统的电路结构简单明了，

2、可靠性能高，多次实验测试结果满足 基本要求和大部分发挥部分的要求。关键词：STM32F103VET6 89C52 LDC1000 智能小车一、方案论证1方案选择1.1电机驱动方案的选择方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换 对小车进行调整，此方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应 时间慢，易损坏，寿命较短，可靠性不高。方案二：采用专用L298N作为电机驱动。L298N是一个具有高电压大 电流的全桥驱动，它相应频率高，一块L298N可以分别控制两个直流电 机。用该模块驱动电机，操作方便，稳定性好，性能优良。因此决定采用方案二。1.2电机的选择方案一：采用步进电机，步进电

3、机具有快速启动和停止能力，其转 换灵敏度比较高，正转、反转控制灵活。但是步进电机的价格比较昂 贵，且该实验对小车速度等没有特殊要求，因而，不选取该方案。方案二：采用普通的直流电机。直流电机具有优良的调速特性，调 速平滑、方便。调整范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可 实现频繁的无极快速启动、制动和反转。可以满足实验要求。因此选择方案二1.4探测线圈的选择方案一：使用TI公司生产的LDC1000模块自带的PCB线圈，其优点 是布线精致，感应灵敏，但其探测范围小，对小车探测载体的机械结构 要求较高。方案二；使用自制线圈，其优点是检测范围大，但其精度不够高，且 绕制难度较高。综合考虑，选择方

4、案一。1.5主控芯片的选择方案一:釆用51单片机，操作简单，功耗低，廉价，但10 口不足， 运行速率较低，无法控制LDClOOOo方案二：采用STM32单片机，高性能，低功耗，还有较多10 口，但 操作相对较难。经过综合评测，采用STM32控制小车循迹，51控制小车的实时显示 的方案。2.方案描述根据题目的要求，设计任务是通过使用TI公司生产的LDC1000电感 数字转换器作为循迹传感器，在规定的平面跑道上动按顺时针方向循 迹前进，并对沿路检测到的硬币产生声光提示，而且实时显示路程与时 间。为了完成上述功能，将整个系统设计为四个基本模块，电机控制模 块，信号釆集与检测模块，检测提醒模块实时路程

5、与时间显示模块，其 中电机控制模块由稳压电源电路，L298N驱动电路两部分组成，信号采集 与检测模块由小车正前方的扫描载体和LDC1000传感器构成的金属探头 组成，检测提醒模块包括声一光报警电路，实时路程与时间显示模块是 通过光耦传感器采集实时路程传输给ST89C52,通过处理使LCD1602显示 路程与时间。整个系统的总框图如下图所示6<L298N 驱厂、LDC1000蜂鸣器与小系统总体框图LCD160本系统核心模块是信号采集与检测模块，机械架构的稳定性决定了金 属探头采集的精确度，采用将LDC1000使用螺母固定在小车的正前方的 结构具有很好的稳定性并可以根据铁丝的高度实时调节探头

6、的高度，检 测装置的，结构和控制算法相对较为简单。二、理论分析与计算2. 1探测器组成方案与工作原理分析LDC1000的原理就是电磁感应，其只需要外接一个PCB线圈或者自制线 圈就可以实现非接触式电磁检测。在PCB线圈或者自制线圈中加上交变 电流，线圈周围就会产生交变磁场。这时，如果有金属物体的进入磁 场，将会在金属的表面产生涡流。涡流电流跟线圈的电流方向相反，产 生的电磁场与线圈产生的相反。所以，涡流是金属物体距离，大小，成 分的函数。涡流产生的反向磁场与线圈耦合在一起，就象是有另一个次 先线圈一样，这样就形成一个变压器。由变压器的互感作用，在初级线 圈的这一侧就可以检测到次级线圈的参数。所

7、以当有金属物体接近时， 就会使传感器的数值发生变化，对这一变化进行判断便可得知小车是否 在正确的轨道上。2. 2检测与控制算法上电后，先检测传感器返回的数值并保存，以应对不同环境下传感器 返回数值不同的情况，然后比较保存的数值与设定好的值（即探头感应 到铁丝的阻抗）比较，若不相等则通过STM32输出PWM波进而控制轮子 的转速，使得小车左右扫描，找到合适的数值即铁丝的位置进而继续前 进，当遇到硬币的时候，由于所保存的参数会发生较大的变化，进而进 行声光提示，即可顺利循迹。当小车前进时，在电机一侧安装了光耦传 感器，可以实时返回光栅的遮光次数，通过STC89C52的处理，即可输出实时路程，通过内

8、部定时器进行对时间的计时，即可在LCD1602 ±显示实时路程与时间。三、电路与程序设计1. 电路设计图2 L298N电机驱动电路图3 1602显示屏电路图4 STM32F103VET6连接电路图5LDC1000连接电路2程序设计四、测试方案与测试结果1.软件仿真测试7036 7335 ?J44 7041 7340 W4? 7032 ?331 兀132 7036 7345 ?J41 7041 *335 7036 7038 7J467047 7049 ?34S TO4673547355 70457048呂口送择CCM8： USE-SERIAL v保存窗口洁除魏 16迸制显示白底黔: RTS DTR时亘以换行回车繃。羊条发送多奈左送协谊传轴帮助开源电子wwv- opcnaiv cor.定时发送周期：1000 ITS|打开文件发送文件谆止发送图7无铁丝情况下检测到的ADC码值图8有铁丝情况下检测到的ADC码值2. 实际运行测试在地面上使用0.7mm