智能車初步設(shè)計(jì)方案

1、.題智能車模型初步設(shè)計(jì)書(shū)一:系統(tǒng)功能該智能小車以寬度20mm，弧半徑500mm黑色引導(dǎo)線為作為引導(dǎo)完成拐弧度大于60°，半徑在400至600mm的拐彎，并直行等功能。實(shí)時(shí)檢測(cè)并顯示小車速度、行駛路程、行駛時(shí)間和檢測(cè)到的金屬數(shù)目和金屬位置。在檢測(cè)到鐵片時(shí)能提示，會(huì)停車5秒并報(bào)警。并在斷開(kāi)中間300mm的引導(dǎo)線時(shí)仍能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成整個(gè)路程。小車行駛過(guò)程中，保證放置在小車頂部的一500mm長(zhǎng)的v型直槽內(nèi)的乒乓球不落地。二：硬件組合框架圖為了更好的實(shí)現(xiàn)小車的各功能，本小車采用兩塊單片機(jī)進(jìn)行控制。一塊負(fù)責(zé)小車的行駛，另一塊負(fù)責(zé)小車的探測(cè)，顯示等功能。各硬件的框架圖如下單片機(jī)AT89C51單

2、片機(jī)AT89C2051計(jì)時(shí)模塊金屬探測(cè)模塊路程測(cè)量模塊顯示模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊行駛路徑記錄模塊電源模塊狀態(tài)標(biāo)示模塊三各模塊硬件選擇：1 控制器模塊：選擇采用AT89C51和AT89C2051作為系統(tǒng)控制器的雙cpu方案。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度大，技術(shù)成熟，成本低。再這個(gè)設(shè)計(jì)中，我們才用兩個(gè)單片機(jī)分開(kāi)對(duì)各個(gè)單元模塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，這樣減輕了單個(gè)cpu的負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)的工作效率，同時(shí)，通過(guò)cpu之間的分階段地互相控制，減少了外圍設(shè)備。2. 金屬探測(cè)模塊：金屬探測(cè)系統(tǒng)采用FELING公司的LGA12M-5N1金屬探測(cè)器。工作電壓6V到36V，工作電流20-200mA，有效探測(cè)距離為

3、5mm。我們采用P3.5，P3.6，P3.7作為金屬探測(cè)器的接口，當(dāng)出現(xiàn)低點(diǎn)平時(shí)為檢測(cè)出金屬。將其安裝于車頭，分中間和兩側(cè)安裝。當(dāng)檢測(cè)到有金屬時(shí)，輸出至LED指示報(bào)警。3. 計(jì)時(shí)模塊：采用AT89C51內(nèi)置的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。4. 軌跡檢測(cè)模塊：本模塊采用反射式紅外線光電傳感器用于檢測(cè)路面的起始、終點(diǎn)（2cm寬的黑線），玩具車底盤(pán)上沿黑線放置一套，以適應(yīng)起始的記數(shù)開(kāi)始和終點(diǎn)的停車的需要。利用超聲波傳感器檢測(cè)障礙。光線跟蹤，采用光敏三極管接收燈泡發(fā)出的光線，當(dāng)感受到光線照射時(shí)，其c-e間的阻值下降，檢測(cè)電路輸出高電平，經(jīng)LM393電壓比較器和74LS14施密特觸發(fā)器整形后送單片機(jī)控制。本系統(tǒng)共設(shè)計(jì)

4、兩個(gè)光電三極管，分別放置在電動(dòng)車車頭的左、右兩個(gè)方向，用來(lái)控制電動(dòng)車的行走方向，當(dāng)左側(cè)光電管受到光照時(shí)，單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向左轉(zhuǎn)；當(dāng)右側(cè)光電管受到光照時(shí)，單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向電機(jī)向右轉(zhuǎn)；當(dāng)左、右兩側(cè)光電管都受到光照時(shí)，單片機(jī)控制直行。見(jiàn)電動(dòng)車的方向檢測(cè)電路(a)。行車方向檢測(cè)電路（見(jiàn)電動(dòng)車的方向檢測(cè)電路(b)）采用反射接收原理配置了一對(duì)紅外線發(fā)射、接收傳感器。該電路包括一個(gè)紅外發(fā)光二極管、一個(gè)紅外光敏三極管及其上拉電阻。紅外發(fā)光二極管發(fā)射一定強(qiáng)度的紅外線照射物體，紅外光敏三極管在接收到反射回來(lái)的紅外線后導(dǎo)通，發(fā)出一個(gè)電平跳變信號(hào)。此套紅外光電傳感器固定在底盤(pán)前沿，貼近地面。正常行駛時(shí)，發(fā)射管發(fā)射紅外

5、光照射地面，光線經(jīng)白紙反射后被接收管接收，輸出高電平信號(hào)；電動(dòng)車經(jīng)過(guò)黑線時(shí)，發(fā)射端發(fā)射的光線被黑線吸收，接收端接收不到反射光線，傳感器輸出低電平信號(hào)后送單片機(jī)處理，判斷執(zhí)行哪一種預(yù)先編制的程序來(lái)控制玩具車的行駛狀態(tài)。前進(jìn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪直流電機(jī)正轉(zhuǎn),進(jìn)入減速區(qū)時(shí),由單片機(jī)控制進(jìn)行PWM變頻調(diào)速,通過(guò)軟件改變脈沖調(diào)寬波形的占空比,實(shí)現(xiàn)調(diào)速。最后經(jīng)反接制動(dòng)實(shí)現(xiàn)停車。前行與倒車控制電路的核心是橋式電路和繼電器。電橋上設(shè)置有兩組開(kāi)關(guān)，一組常閉，另一組常開(kāi)。 電動(dòng)車的方向檢測(cè)電路(a)電動(dòng)車的方向檢測(cè)電路(b)電橋一端接電源，另一端接了一個(gè)三極管。三極管導(dǎo)通時(shí)，電橋通過(guò)三極管接地，電機(jī)電樞中有電流通過(guò)；三極管

6、截止時(shí)，電橋浮空，電機(jī)電樞中沒(méi)有電流通過(guò)。系統(tǒng)通過(guò)電橋的輸出端為轉(zhuǎn)向電機(jī)供電。通過(guò)對(duì)繼電器開(kāi)閉的控制即可控制電機(jī)的開(kāi)斷和轉(zhuǎn)速方向進(jìn)而達(dá)到控制玩具車前行與倒車的目的，實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)控制系統(tǒng)的糾偏功能。如前行與倒車控制電路所示。前行與倒車控制電路5. 路程測(cè)量模塊：路程測(cè)量模塊用來(lái)測(cè)量小車從啟動(dòng)到任意時(shí)刻所走的路程。根據(jù)題目要求，需要顯示金屬片與起跑線之間的距離，考慮到小車在行駛過(guò)程中，車輪旋轉(zhuǎn)一圈所行走的距離就是車輪的周長(zhǎng)，因此只要在某時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)量出車輪的圈數(shù)，依照s=n*c（其中s為路程，c為車輪的周長(zhǎng)，n為圈數(shù)），就可得出路程值。受鼠標(biāo)的工作原理啟發(fā)，采用透射式光電傳感器。由于透射式光電傳感器是

7、溝槽結(jié)構(gòu)，可以將其置于車輪固定軸上，再在車輪上安裝鼠標(biāo)中國(guó)的編碼器滾軸，讓其恰好通過(guò)溝槽結(jié)構(gòu)，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，透射式光電傳感器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)個(gè)脈沖。通過(guò)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圈數(shù)的測(cè)量。設(shè)編碼器共有a個(gè)透光格所用的電動(dòng)車車輪周長(zhǎng)為c，滾軸和車輪的圓心在同一直線上，滾軸的轉(zhuǎn)速和車輪的轉(zhuǎn)速時(shí)同步的。小車工作時(shí)，光敏三極管會(huì)產(chǎn)生一個(gè)個(gè)脈沖，單片機(jī)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，單需要計(jì)數(shù)時(shí)，公式為s=（c*n）/a。6. 顯示模塊：本設(shè)計(jì)中用兩片4位八段數(shù)碼管gem4561ae作顯示器, 當(dāng)小車行駛時(shí),一片顯示時(shí)間和行駛距離。 另一片顯示檢測(cè)到的鐵片數(shù)量。7. 狀態(tài)標(biāo)示模塊：狀態(tài)標(biāo)示模塊的設(shè)計(jì)要求是在小車檢測(cè)到金屬時(shí)發(fā)出光聲信號(hào)

8、。在發(fā)聲方面，考慮到體積和功耗的因素，使用蜂鳴器代替普通的揚(yáng)聲器。在發(fā)光方面，考慮到電路的簡(jiǎn)易程度，功耗和電源因素，采用發(fā)光二極管。8. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：采用專用芯片L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。L298N是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它相應(yīng)頻率高，一片L298N可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。9. 電機(jī)選擇：采用玩具車上自帶的前輪和后輪的兩個(gè)直流電機(jī)?？蛇m當(dāng)考慮將后輪電機(jī)改成功率更大的直流電機(jī)。四軟件流程圖顯示部分MCU軟件流程開(kāi)始定時(shí)計(jì)算設(shè)置LCD初始化數(shù)據(jù)初始化顯示按開(kāi)始是否檢測(cè)到金屬是否計(jì)數(shù)到1S 處理金屬個(gè)數(shù)、距離時(shí)間、速度、距離處理并顯示YNYNYN開(kāi)