基于单片机小车

1、江西理工大学项目设计报告项目：基于ARM的循迹避障灭火小车设计学院：机电工程学院专业：自动化学生：黄绍锋（组长），李飞，郭健涛指导老师：王祖麟 职称：教授 摘要根据自动化项目设计的要求，设计了一个基于ARM的循迹避障灭火小车，该小车以ARM系统为核心，采用“步进电机，捕获转速闭环控制。可以实现小车的精确循迹及其灭火控制，能够有效避障。其中，电机采用步进电机，用L298N有效实现正转反转及其驱动；避障采用TL1838A红外发射与接收实现，通过障碍物反射接收红外线实现；灭火采用两个光敏电阻寻找火源，用3V电机驱动叶片实现灭火。整体结构设计能够实现基本功能，有效控制小车各功能模块有效运转，可实现小车

2、的整体要求。关键词：ARM,TL1838A,L298N,步进电机 目录1 整体设计 1.1电机的选择1.2避障传感器的选择1.3灭火传感器的选择1.4小车的整体布局2 电机控制 2.1步进电机的控制 2.2闭环PID控制3 避障控制3.1 红外接收的设计3.2 红外发射的设计 3.3 安装的调试4 灭火控制4.1 光敏二极管的硬件设计4.2 A/D采样实现火源判断5 程序设计5.1 数码管显示5.2 捕获5.3 A/D采样控制避障5.4整体设计6 总结6.1总体设计总结6.2 个人心得总结6.3 整体性能总结1. 整体设计1.1 电机的选择直流电机可以有效实现电机转速的控制，通过对电流的大小控

3、制，实现转速的快慢调节，劣点位驱动力方面不足；步进电机通过PWM的控制可以有效控制转速，并且可以通过光码盘捕获转速，实现闭环控制，驱动力方面，由于采用大扭矩的驱动，即使在低速行驶时也能有效驱动。相比较，决定采用步进电机从而实现有效闭环控制。1.2 避障传感器的选择有两种选择，红外传感器与超声波传感器的选择。红外传感具有价格低廉，能够实现距离控制的优点，但精度不高。超声波传感器可以实现有效测距，但原理相对复杂，且价格昂贵。所以设计采用红外避障。1.3 灭火传感器的选择光敏电阻能够通过电阻的改变从而有效得到距离火焰的距离，通过ARM2103的A/D采样实现数字化的转变。火焰探测器能够有效感知火焰，

4、但相对光敏电阻昂贵，且采用光敏电阻已经足矣。1.4 小车的整体布局小车采用三个红外发射接收实现有效避障，两个光敏电阻实现有效火焰探测，两个步进电机实现小车的有效驱动，L298N实现电机的控制。整体布局如图1.4所示2电机控制 2.1 步进电机的控制 步进电机的控制通过ARM2103的PWM模块，通过占空比大小的调整来实现电机的快慢控制。程序如下：电机使用L298N做H桥使用，作为电机的运转。原理如图：连接线如图：2.2闭环PID 控制PID控制器由比例单元，积分单元和微分单元组成。结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便。PID控制器的结构框图如其中r(t)为给定值，e(t)为控制偏差，u(t)

5、为控制输出。PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成控制偏差： (公式4-1)对应的程序清单如Error! Reference source not found.所示。程序清单 Error! No text of specified style in document.1 计算给定值与实际输出值之间的偏差/* 计算当前的偏差值*/iMotorRightNowOffset = GuiSetMotorRightSpeed - uiMotorRightSpeed;iMotorLeftNowOffset = GuiSetMotorLeftSpeed - uiMotor

6、LeftSpeed;其中GuiSetMotorRightSpeed、GuiSetMotorLeftSpeed分别为电机一和电机二的给定值，而uiMotorRightSpeed、uiMotorLeftSpeed则分别为通过电机检测捕获到的电机一和电机二的转速值。通过计算它们之间的差值从而得到偏差。PID控制规律为： （公式4-2）其中,为积分时间和微分时间，为比例系数。PID控制器各校正环节在控制过程中都对输出值产生影响：比例环节：即实时成比例地反映控制系统的偏差e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差；积分环节：主要用于消除静差，提高系统的误差度。积分作用的强弱取决于积分时间

7、，积分时间越大，积分作用越弱，反之则越强；微分环节：能反映念头信号的变化趋势（变化速率），并能在念头信号变得太大之前，在引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。由于时间有限，本小车只使用了其中的比例控制，但效果已经可以达到基本要求，想以后进一步改进。3避障控制 3.1 红外接收的设计 设计的实现如图，发送一个38KHZ，30%占空比的PWM波用来驱动红外发射管。 电路图如图所示：接收的实物图如图所示：3.2 红外发射的设计如图所示，接收原理如图。程序设计中运用定时器发送一个PWM 作为驱动，程序如下：3.3 安装的调试 由于要控制距离的远近实现小车的避障，本实验中采用了可变电阻串联作为红外发射调试的口，电路图如图所示：通过不断调试，最终确定了电位器的阻值为4.2欧姆。4. 灭火控制. 1 光敏二极管的硬件设计通过测试光敏二极管的测试