循迹小车电赛论文(1)

1、B题 自动追光自动避障电动小车参赛队号：2010168自动追光自动避障电动小车摘 要：该小车以STC12C5A60S2单片机为控制核心，利用了灵敏度较高的OPT101光照传感器检测光源，采用红外反射性传感器检测道路上的障碍，采用集成H桥芯片L298和PWM方式驱动电机，实现了电动小车的自动追光和自动避障等功能。 借助于STC12C5A单片机的强大的运算能力，无需外接电路提供A/D转换，PWM调速信号。使用OPT101检光能精确判别光源方向，使得小车可以轻易找到光源。采用L298芯片结合PWM方式驱动小车，使得控制和电路结构都较简单。整个系统的电路结构简单明了，可靠性能高，多次实验测试结果满足基

2、本要求和大部分发挥部分要求。 关键词： STC12C5A单片机；光电检测器；PWM调速；电动小车；寻光；避障一 、题目分析1、目标 设计制作一套自动追光带太阳能充电系统的小车，并能在遇到障碍物时自动绕行追光！2、任务（1）进行寻光行进，没有白炽光源时，可以寻自然光前进。（2）避障，且障碍物摆设是随机的。（3）小车到达离光源一定位置后停止前进。（4）太阳能板始终对准光源！（5）太阳能板为蓄电池供电，并指示供电状态。3、指标（1）寻找到不大于100W的白炽灯，场地2m*2m。（2）顺利避障，不应碰撞障碍物，尽可能不刮擦障碍物。（3）小车寻光避障行进到终点总时间不大于1分钟，到离障碍物不大于30cm

3、的距离时停止。（4）在避开障碍物时，太阳能板始终对准光源。（5）太阳能板能指示为电池的供电状态。二 、方案设计总体思路：小车驱动部分采用L298芯片驱动，利用OPT101光敏传感器检测光源方向，利用红外传感器检测并避开障碍，配合OPT传感器找到光源，同时用舵机控制太阳能板的转动，使其一直对着光源，根据题目要求给供电电池充电！为保证太阳能板一直对着光源，小车在行进中不断微调修正使其对准光源！ 1、寻找光源（1）利用光敏电阻和运放电路构成检测光源方向的电路。这种方案的缺点在于灵敏度不高，受外界影响较大。一旦外界干扰影响很容易造成误判和漏判。另外这种方式的电路复杂，方向性、稳定性较差。（2）利用OP

4、T101传感器寻光，传感器精度高，方向性经加上圆筒后满足要求！同时其尺寸小，质量轻，且电路简单，安装方便。相比之下，OPT101灵敏度高，判断准确率高，且能够胜任小车的应用，采用一些辅助电路，能达到很好的寻光效果。综合考虑，选择OPT101传感器寻光检测方案。2、障碍物检测障碍物检测可以使用超声波，也可以使用红外光，甚至还可以使用机械接触的方法，这些方法各有各自的优缺点。但是使用超声波和红外的方法，检测灵敏度高可靠性强。由于超声波控制浪费单片机资源，容易造成小车死机，综合考虑采用红外进行障碍检测方案。3、驱动方式检测选择（1）小车驱动的电机使用步进电机。步进电机可以实现精确控制，其缺点在于电流

5、大，控制程序复杂。（2）小型直流电机驱动小车。用H桥芯片L298和PWM结合驱动，方便简单，电路和程序控制都较简单。相比之下，直流电机已经可以满足设计要求，且直流电机的方案实现简单，容易达到设计要求。综合考虑，选择直流电机驱动方案。4、控制太阳能板对光方式的选择 （1）步进电机可以实现精确控制，并转动任意角度，其缺点在于电流大，控制和电路较为复杂。（2）使用小型的舵机控制，这样节省电能的消耗，控制简单只需要电源和一根信号线，采用PWM方式，控制简单方便快捷！综合考虑，选择舵机驱动控制方案。三、设计实现：1 硬件设计（1）光源检测光源检测选用OPT101，其灵敏度较高，前方各个角度的光源都可以检

6、测到，对于确定光源方向很不利。我们采用了将其放在圆笔筒内检测的方式，这样一来，方向性明显增强。（2）障碍检测电路障碍检测选用红外检测的方式，由于要检测前方48cm的障碍物，因此使用可调节的红外传感器，在一般的室内光照条件下可以正常工作。电路如图2-1所示：其中的可变电阻可以调节红外测距距离和灵敏精度！图2-1 避障用红外对管 （3）电机驱动电机驱动采用集成H桥芯片。L298中有两套H桥电路，这里采用两路控制，为达到较好的控制效果，可以采用PWM方式调速。由于电路总体上并不复杂，驱动电路的控制输入端可以不经光耦合隔离，直接和单片机引脚相连！（4）主控电路小车控制由单片机完成。单片机要完成寻光控制

7、、避障控制、近光停车控制等工作。由于红外和opt101检测需要A/D 转换，小车控制需要PWM调节，而AT89S52单片机本身不带A/D和PWM功能，需要外加电路实现，应用稍有不便，因此，选用了一款自带A/D转换的单片机STC12C5A60S2。STC12C5A60S2是单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度比51单片机快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S)。因此这个单片机很适合作智能小车的控制核心！2 软件设计（1）总体设计流程图：如图2-

8、3开始寻找光源太阳能板对光是是否有障碍？否避开障碍追光行进调整太阳能板角度离光源距离<设定值否是停止结束 图23总体设计流程图（2）主要算法介绍：寻光算法：从舵机最左边可以转到的位置开始扫描光源，经A/D转化为光照强度，记为value，同时记下舵机角度a。每次舵机转动个小角度重新测试光照，转换记为new和b,如果value和a值小于new对应的b，则更新。当new开始减小时，停止扫描，舵机转回a，找到光源；太阳能板开始对准光源，小车小角度转向a，舵机反方向转动保证一直对准光源。避障算法：当小车前方的红外检测到有障碍物时，判断是哪边的障碍物，对应的小车轮子后转，另一轮子前转，车子转动90度

9、。同时舵机反方向转动，保证太阳能板始终对光，然后判断前方是否有障碍物。若无，前进10厘米左右，反方向转动，对准光源前进！若有，继续转动则后退20厘米左右向前转动！其他情况同理！（3）设计中出现的问题及解决方法在设计实现过程中，我们也遇到了很多问题，我们的方案也在为解决这些问题时，作了一些调整。下面我们主要介绍一下对我们方案影响较大的问题：（I）控制核心单片机的选择。竞赛之初，我们的控制核心采用了89S52单片机。由于我们需要多路A/D转换，于是更换为有内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S)的STC12C5A60S2单片机。由于邮寄的单片机迟迟不到

10、，我们就用外接的A/D芯片TLC1549在51单片机上试验。经过一天试验实现了准确寻找光源，但是当更换为STC12C5A单片机时，小车出现了明显的找不准光源的现象！于是我们认真研读了单片机的datasheet，搞清楚了STC单片机的速度是51单片机速度的8-12倍，程序的参数需要调整，同时单片机自带的A/D寄存器的设置和PWM的输出控制寄存器的设置也成了问题！经过一个晚上的努力，我们完成了控制核心的更换！(II)寻光用几个传感器和什么算法合理？寻找光源时，在用几个传感器的问题上，我们组成员的意见出现了分歧，我们用一个传感器最先实现了准确寻找光源。但是一组员提出了实现过程中太阳能板在小车行进过程

11、中摆动太大的问题，坚持通过使用多个传感器来微调寻光，但是再后来的试验中，由于光电传感器是我们手工制作的，各种参数不一致，会出现同等状况下，测试出来的结果偏差很大的现象，且其不是线性的数据，故实现效果不理想。我们恢复了一个传感器寻光的方式，对于太阳能板摆动的问题，我们用改善软件参数的方式基本解决啦！(III)由于超声波测距的程序容易出现长时间的等待，使小车容易出现“死机”现象。这个现象的出现出乎我们的意料，以至于我们在软硬件中来回排查，浪费了大量的时间，于是我们放弃了用超声波测距来判断障碍物的方式！改用光电检测的方式，用开关量判断障碍物，使程序简洁高效！四、测试结果与结果分析 最后的测试显示，本

12、小车达到了较好的性能。小车的电源连续测试可以测试10次左右。小车的完成所有动作平均耗时55秒，最少用时40秒，其中的障碍物随机放置。在15次测试中，有一次避障时发生车体轻擦障碍，其余情况均良好。小车总体性能稳定较好！五、结论：（一）使用了运算能力强大的STC12C5A60S2单片机，使得小车在判断光源方向，避开障碍物时快速精确。（二）OPT101高精度微光传感的应用，使得小车在判断光源方向和寻找微光时，精确无误。（三）红外反射型光电传感器的使用，使得小车在检测障碍的时候不会出现误判漏判的现象！（四）经过几天的整机调试，小车整体性能已经稳定可靠。附录： 附录清单：（1）硬件接线PCB图（2）硬件

13、接线原理图 （3）关键程序代码（I）对光算法void duiguang() uint new=0;uint temp=pos;a=1500;delayms(800); if(temp>1500) motor(0,1); while(1) new=read_adc(7); if(new>value-50)&&(new<value+50)break;else motor(1,0); while(1) new=read_adc(7); if(new>value-50)&&(new<value+50)break;motor(0,0);（II

14、）避障算法void bizhang() uchar i=0,flag1=0,flag2=0;if(trig1=1&&echo1=1)return; if(trig1=0) motor(-1,-1);delayms(200);motor(0,0); while(a>700) a=a-100; delayms(200); motor(-1,1); delayms(200);motor(0,0); flag1=0; for(i=0;i<10;i+) if(trig1=1&&echo1=1) motor(1,1); delayms(70); else fla

15、g1=1; motor(-1,-1); delayms(200); motor(0,0); break; while(a<1500) a=a+90; delayms(200); motor(1,-1); delayms(200); motor(0,0); for(i=0;i<10;i+) if(trig1=1&&echo1=1) motor(1,1); delayms(70); else flag2=1; motor(-1,-1); delayms(200); motor(0,0); break; else motor(-1,-1);delayms(200);mot

16、or(0,0);while(a<2200) a=a+100; delayms(200); motor(1,-1); delayms(200);motor(0,0); flag1=0; for(i=0;i<10;i+) if(trig1=1&&echo1=1) motor(1,1); delayms(70); else flag1=1; motor(-1,-1); delayms(200); motor(0,0); break; while(a>1500) a=a-100; delayms(200); motor(-1,1); delayms(200);moto

17、r(0,0); for(i=0;i<10;i+) if(trig1=1&&echo1=1) motor(1,1); delayms(70); else flag2=1; motor(-1,-1); delayms(200); motor(0,0); break; motor(0,0);（III）逆光行驶算法void bizhang_back() uchar i=0,flag1=0,flag2=0;if(trig2=1&&echo2=1)return; if(echo2=0) motor(1,1);delayms(200);motor(0,0); while

18、(a>700) a=a-100; delayms(200); motor(-1,1); delayms(200);motor(0,0); flag1=0; for(i=0;i<10;i+) if(trig2=1&&echo2=1) motor(-1,-1); delayms(70); else flag1=1; motor(1,1); delayms(200); motor(0,0); break; while(a<1500) a=a+90; delayms(200); motor(1,-1); delayms(200); motor(0,0); for(i=0;i<10;i+) if(trig2=1&&echo2=1) mo