全国电子设计大赛智能小车

全国电子设计大赛智能小车（C题）设计报告中文摘要：采用C8051F020单片机为控制芯片控制小车的速度及转向。其中小车驱动由L298N驱动电路完毕，速度由单片机输出的PWM波控制以实现小车在超速区的超速行驶，运用红外对管检测黑线和障碍物以实现小车的正常行驶和转弯，避免在行驶过程中越界和碰撞。核心词：智能小车；STC89C52单片机；L298N；红外对管目录方案设计与论证…………………3主控系统………………3电机驱动模块…………3信号检测模块 ………………………3两车通信模块 ………………………4电源模块 ……………4第二章硬件设计…………4总体设计 ……………4车体设计……………5驱动电路 ……………5信号检测与控制………………………7两车通信模块…………7第三章软件设计 ………………………8主程序模块……………8信号检测模块…………9超车区域…………10第四章测试与成果分析…………………10结束语………………………11参考文献……………………11一、方案设计与论证、主控系统根据设计规定，我认为此设计属于多输入量的复杂程序控制问题。据此，拟定了下列两种方案并进行了综合的比较论证，具体以下：方案一：选用一片CPLD（如EPM7128LC84-15）作为系统的核心部件，实现控制与解决的功效。CPLD含有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点，可运用VHDL语言进行编写开发。但CPLD在控制上较单片机有较大的劣势。同时，CPLD的解决速度非常快，而小车的行进速度不可能太高，那么对系统解决信息的规定也就不会太高，在这一点上，MCU就已经能够胜任了。若采用该方案，必将在控制上碰到许许多多不必要增加的难题。为此，我们不采用该种方案，进而提出了第二种构想。方案二：采用单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车，以实现其既定的性能指标。充足分析我们的系统，其核心在于实现小车的自动控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势——控制简朴、方便、快捷。这样一来，单片机就能够充足发挥其资源丰富、有较为强大的控制功效及可位寻址操作功效、价格低廉等优点。因此，我们选用了C8051F020单片机。、电机驱动模块设计方案一：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的速度进行调节.此方案的优点是电路较为简朴,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：采用电阻网络或数字电位器调节电动机的分压，从而达成分压的目的。但电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更重要的问题在于普通的电动机电阻很小，但电流很大，分压不仅回减少效率，并且实现很困难。方案三：采用L298N含有调速特性优良、调节平滑、调速范畴广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还能够实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。因此我们选用了方案二。、信号检测模块方案一：采用六只红外对管，有中间向两端依次均匀排列安置，当两侧对管检测到轨道边沿2cm黑线时，避开黑线沿轨道行驶，当全部对管检测到1cm标志线时实施转弯，超车等功效。方案二：采用六只红外对管，两侧依次紧密排列两组对管，两外两组等距排列于中间位置，增加外围红外对管的密度，能更精确地检测到边沿黑线的位置，可靠性更强，避免脱离轨道。通过比较，我们选用方案二。、两车通信模块方案一：采用三只红外对管置于小车前端，一只在前，另外两只分与两侧，方便在超车区域两车互相检测，避免碰撞。方案二：采用集收发一体的nRF2401单芯片,且最高发送速率可达1Mbps,高于蓝牙，使用简朴方便。在实际应用中,配合USB进行远程无线测量,数据速率达成500Kbps。可实现无线数字通信功效。通过比较方案二通信效果更加好。、电源模块方案一：采用实验室有线电源通过稳压芯片供电，其优点是可稳定的提供5V电压，但占用资源过大。方案二：采用4支干电池单电源供电，但6V的电压太小不能同时给单片机与与电机供电。方案三：采用6支锂电池双电源不仅分别给单片机与电机供电可解决方案二的问题且能让小车完毕其功效，并且节能减耗，可重复运用。因此，我选择了方案三来实现供电。硬件设计总体设计NRF2401无线通信模块PWM电机驱动C8051020单片机NRF2401无线通信模块PWM电机驱动C8051020单片机红外对管检测信息红外对管检测信息图主板设计框图元件清单表元件清单元件数量元件数量元件数量直流电机2只电阻若干集成电路芯片若干单片机1块二极管若干电容若干红外对管9只锂电池6节电位器若干NRF2401无线通信模块1只漆包线若干小车1个开关一种车体设计智能小车采用前轮驱动，前轮左右两边各用一种电机驱动，调制前面两个轮子的转速起停从而达成控制转向的目的，后轮是万象轮，起支撑的作用。车体材质轻，减少对路面的损耗。驱动电路电机驱动普通采用H桥式驱动电路，L298N内部集成了H桥式驱动电路，从而能够采用L298N电路来驱动电机。通过单片机予以L298N电路PWM信号来控制小车的速度，起停。其实物图如，驱动原理图如图。图L298N图电机驱动电路信号检测与控制小车信号检测原理是小车在边沿有黑线的“路面”上行驶，由于黑线和路面对光线的反射系数不同，可根据接受到的反射光的强弱来判断“道路”边界—黑线。我们在该模块中运用了简朴、应用也比较普遍的检测办法——红外探测法。

红外探测法，即运用红外线在不同颜色的物理表面含有不同的反射性质的特点。在小车行驶过程中不停地向地面发射红外光，当红外光碰到路面时发生漫发射，反射光被装在小车上的接受管接受；如果碰到黑线则红外光被吸取，则小车上的接受管接受不到信号，再通过LM324作比较器来采集高低电平，从而实现信号的检测，方便小车能够正常行驶，不脱离预定轨道。检测电路如图。图信号检测模块小车是由C8051F020为控制芯片，L298N为驱动电路控制小车的速度和转向。C8051F020含有64个数字IO引脚，每个IO口都能够配备成推挽或漏极开路输出，数字交叉开关允许顾客根据自己特定应用选择通用端口IO和所需数据资源的组合。含有高速、流水线构造的8051兼容的CIP-51内核，全速、非侵入式的系统调试接口，64字节的可在系统编程的FLASH存储器，4352字节的片内RAM，5个通用的十六位定时器，5个捕获|比较模块的可编程定时器|计数器阵列，片内看门狗定时器，VDD监视器和温度传感器。能有效地对小车进行控制。两车通信模块小车是由nRF2401来实现两车通信的nRF2401单芯片集收发一体,且最高发送速率可达1Mbps,高于蓝牙，使用简朴方便。在实际应用中,配合USB进行远程无线测量,数据速率达成500Kbps；外围元件极少，只需一种晶振和一种电阻即可设计射频电路；发射功率和工作频率等全部工作参数可全部通过软件设立；电源电压范畴为１.９～３.６Ｖ，功耗很低；芯片内部设立有专门的稳压电路，因此，使用任何电源（涉及ＤＣ／ＤＣ开关电源）都有较好的通信效果。（如图）图nrf2401无线收发模块第三章软件设计启动迈进与否检测到黑线偏移或转弯两车通信NY转弯超车YN主程序框图启动迈进与否检测到黑线偏移或转弯两车通信NY转弯超车YN图系统总体框图信息检测模块转弯开始迈进转弯开始迈进与否检测到黑线Y左边右边右转左转N图信息检测模块框图开始超车区域开始迈进N循迹Y与否检测到黑线甲车左转，乙车继续前行甲车加速迈进迈进N循迹Y与否检测到黑线甲车左转，乙车继续前行甲车加速迈进甲车右转与否检测到超车标志线迈进YN转弯，与乙车通信图超车模块框图第四章测试与成果分析由于智能小车属于移动性高精度实时控制领域，因此各模块必须含有精度高、传感器综合控制、智能控制等性能规定，因此测试时将整个系统分为传感器测试模块，电机测试模块，程序测试，总体测试。传感器测试：作品采用了九对红外对管用于信息检测，六只用于检测黑线，三只用于检测障碍小车，测试过程中我们用白纸黑胶带模拟测试，用其它物品模拟障碍物，调节电位器来调节需要的测试范畴。电机模块测试：我们通过程序，给电机下载不同的指令，观察电机与否按照设定的方试转动。程序测试：通过与传感器模块，电机模块一起协同测试。整体测试：当全部的模块测试没有问题后，我们合力按照大赛规定制作了跑道，通过跑道进一步进行精确测试，认真编写程序，通过分析、修改数据参数，以使实现小车能在行驶的时候碰到边沿黑线规避偏移，碰到转弯标志线正常转弯，在超车区域实现超车的功效。结束语进过四天三