智能小車的制作

1、課題:智能小車I組員： 指導(dǎo)教師：目    錄 一、方案設(shè)計(jì)與論證21.1系統(tǒng)總體框架 21.2 方案論證與比較 21.2.1控制模塊21.2.2傳感器模塊2二、硬件電路設(shè)計(jì)32.1電源模塊32.2電機(jī)驅(qū)動模塊32.3檢測模塊42.3.1邊線檢測模塊42.3.2轉(zhuǎn)彎標(biāo)志線檢測模塊42.3.3超車線檢測模塊42.3.4兩車超車通信模塊4三、軟件設(shè)計(jì)5四、系統(tǒng)實(shí)測6五、結(jié)論6摘要：本系統(tǒng)采用ATmega16單片機(jī)為控制器，甲車車頭緊靠起點(diǎn)標(biāo)志線,乙車車尾緊靠邊界,甲、乙兩輛小車同時(shí)起動，先后通過起點(diǎn)標(biāo)志線，在行車道同向

2、而行，實(shí)現(xiàn)兩車交替超車領(lǐng)跑功能。乙車通過超車標(biāo)志線后在超車區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)超車功能，并先于甲車到達(dá)終點(diǎn)標(biāo)志線，即第一圈實(shí)現(xiàn)乙車超過甲車。甲、乙兩車?yán)^續(xù)行駛第二圈，要求甲車通過超車標(biāo)志線后要實(shí)現(xiàn)超車功能，并先于乙車到達(dá)終點(diǎn)標(biāo)志線，即第二圈完成甲車超過乙車，實(shí)現(xiàn)了交替領(lǐng)跑。甲、乙兩車?yán)^續(xù)行駛第三圈和第四圈，并交替領(lǐng)跑。關(guān)鍵詞：智能小車，尋線，超車，單片機(jī) 5Abstract: The system uses ATmega16 as its controller core. The first car close to the starting line, and the second one close

3、to the boundary. The two cars start at the same time and they pass the starting mark line one by one,meantime,they drive the same direction in the road,and to achieve the alternate that being the fast one in turn.The process goes that the second car pass through the Change Line and it should overtak

4、e the other cars on the Change Area,and arrive the Finish Line first. That is to say,the second car should pass the first one,and than goes the next round,and in the second round the first car pass the second one and arrive The Finish Line a little earlier.And then,they go the third and the fouth ro

5、und,and arrive the Finish Line a little earlier than the other in turn.Keywords: intelligent car, hunting, overtaking, MCU   題目：2011年智能小車（C題） 【本科組】一、方案設(shè)計(jì)與論證本系統(tǒng)主要由黑白線傳感器模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、穩(wěn)壓模塊、電源模塊、顯示模塊組成。智能小車系統(tǒng)采用ATMEL公司的8位微控制器mega16單片機(jī)作為核心控制單元用于智能汽車系統(tǒng)的控制，車模采用自行設(shè)計(jì)的小車模型。整個(gè)智能小車系統(tǒng)采用黑白線傳感器檢測路面

6、信息，經(jīng)MCU的I/O口接收后，用于賽車的運(yùn)動控制決策，同時(shí)單片機(jī)使能內(nèi)部PWM模塊，驅(qū)動L298對智能小車進(jìn)行加速和減速控制，使賽車在賽道上能夠自主行駛，超車等功能。 1.1系統(tǒng)總體框架 本系統(tǒng)主要由黑白線傳感器模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、穩(wěn)壓模塊、電源模塊、顯示模塊組成。各模塊的系統(tǒng)框圖如圖1所示。 微控制器黑白線傳感器0、1 （內(nèi)線）黑白線傳感器2、3（外線） 電機(jī)驅(qū)動黑白線傳感器 4 （標(biāo)志位） 圖1.1 系統(tǒng)模塊框圖 1.2 方案論證與比較 1.2.1控制模塊方案一：采用ATMEL公司的AT89s52作為系統(tǒng)的控制器。AT89s52單片機(jī)軟件編程靈活，自由度大，

7、可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，成本低，被各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。方案二：采用ATMEL公司的ATmega16作為系統(tǒng)的控制器。AVR單片機(jī)軟件編程靈活，高可靠性、功能強(qiáng)、高速度、低功耗。經(jīng)過綜合考慮，ATmeg16單片機(jī)可以滿足題目要求，所以我們選擇方案二。1.2.2傳感器模塊方案一：顏色傳感器。顏色傳感器可以準(zhǔn)確地探測不同顏色或顏色范圍。但在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)顏色傳感器的價(jià)格昂貴。方案二：光纖傳感器。光纖傳感器具有工作可靠、使用方便靈活、靈敏度高、耐高壓、耐腐蝕、抗電磁干擾、絕緣性高、傳輸頻帶寬、動態(tài)范圍大、光路可擾曲性、測量精度高，溫度穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。在尋跡中我們本想選用光纖傳感器探測黑線，但

8、應(yīng)用中需要用到的光纖傳感器不止一個(gè)，累計(jì)價(jià)格偏高，不合適。 方案三：黑白線傳感器。紅外反射式傳感器在自主式尋跡、避障上應(yīng)用率很高，當(dāng)距離小于10cm時(shí)，有較好的可靠性和抗干擾能力，而傳感器的探頭尺寸僅為幾個(gè)毫米，特別適合小型化。光電傳感器的顯著特點(diǎn)是非接觸、不受電的干擾、時(shí)間分辨率和空間分辨率高、測量精度高，電路簡單，可進(jìn)行全方位的測試。 經(jīng)過綜合考慮，黑白線傳感器可以滿足題目要求，所以路面信息采集以及超車信息采集我們都選擇方案三。 1.2.3顯示模塊 為了能夠顯示速度和酒精濃度，需要制作人機(jī)交互模塊，讓我們能夠知道此時(shí)的速度或者濃度，我們做了以下方案。 方案一：采用LED顯示。LED數(shù)碼管顯

9、示速度較快，亮度較高，顯示清晰，價(jià)格便宜變成控制也較為簡單。但是一般的LED并無顯示漢字功能，無法滿足需顯示速度或者濃度詳細(xì)信息的需要。單純的依靠LED來顯示是不可行的。方案二：采用液晶12864顯示。液晶擁有較低的功耗，能夠清晰的顯示各種漢字、英文和各種圖形，部分液晶甚至帶有中文字庫，這樣使我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得更加簡單。方案三：采用Nokia5110液晶顯示。此液晶除具備以上特點(diǎn)，還具備成本低的特點(diǎn)。比較以上三種種方案，我們選擇方案三，使用Nokia5110液晶作為顯示界面。二、硬件電路設(shè)計(jì) 2.1電源模塊電源模塊各使用一塊飛思卡爾電池供電，經(jīng)過7805三端穩(wěn)壓芯片，使輸出電壓穩(wěn)定在5V，如圖

10、2所示。電源模塊采用單電源供電模式，為所有模塊供電，供電簡單，方便靈活，減小了車載質(zhì)量和摩擦阻力。 圖2.1 電源模塊 2.2電機(jī)驅(qū)動模塊電機(jī)驅(qū)動采用H橋式驅(qū)動電路，L298內(nèi)部集成了H橋式驅(qū)動電路，從而可以采用L298電路來驅(qū)動電機(jī)。L298通過內(nèi)部邏輯生成使能信號。H-橋電路的輸入量可以用來設(shè)置馬達(dá)轉(zhuǎn)動方向，使能信號可以用于脈寬調(diào)整（PWM）。另外，L298將2個(gè)H-橋電路集成到1片芯片上，這就意味著用1片芯片可以同時(shí)控制2個(gè)電機(jī)。電機(jī)驅(qū)動模塊如圖2.2所示。圖2.2 L298驅(qū)動模塊 2.3檢測模塊檢測模塊分為內(nèi)外邊線檢測、轉(zhuǎn)彎標(biāo)志線檢測、超車線檢測以及兩車超車通信。系統(tǒng)采用6個(gè)黑白線傳

11、感器完成檢測功能。檢測電路圖如圖2.3所示。 圖2.3 系統(tǒng)檢測模塊2.3.1邊線檢測模塊尋邊線模塊利用受光線影響較小的黑白線傳感器，直接輸送電平至單片機(jī)的IO口，提高了系統(tǒng)的工作效率。尋邊線模塊分為內(nèi)邊線和外邊線，當(dāng)在行車道行駛時(shí)，小車尋內(nèi)邊線；當(dāng)小車超車時(shí)尋外邊線。2.3.2轉(zhuǎn)彎標(biāo)志線檢測模塊轉(zhuǎn)彎標(biāo)志線檢測由一個(gè)豎直的黑白線傳感器進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)檢測到相應(yīng)的數(shù)值時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的程序。2.3.3超車線檢測模塊當(dāng)小車檢測到數(shù)值為8時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)指令，進(jìn)入超車區(qū)域。2.3.4兩車超車通信模塊 當(dāng)小車在超車區(qū)域，未檢測到前方車輛，執(zhí)行停車程序，等待超車。后邊的車輛檢測到前方車輛，執(zhí)行超車程序。三、軟件設(shè)

12、計(jì)系統(tǒng)軟件采用C語言開發(fā)，在ICC AVR環(huán)境下調(diào)試并實(shí)現(xiàn)功能。軟件程序設(shè)計(jì)采用模塊化的結(jié)構(gòu)，便于分析和實(shí)現(xiàn)功能。主程序流程如圖3.1所示。尋線繞場一周程序，如圖3.2所示。圖3.1 正常行駛一周的系統(tǒng)軟件流程 圖3.2 超車程序的流程圖四、系統(tǒng)實(shí)測在系統(tǒng)各部分硬件搭建完畢，軟件調(diào)試結(jié)束后，我們對系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)際測試。數(shù)據(jù)表格分別如表1-表3所示。 表1.小車行進(jìn)一周的時(shí)間（單位：秒）第一圈第二圈第三圈第四圈第五圈第六圈第七圈第八圈均值甲車191918181818181818.25乙車181819181819191918.5表2.超車一周的時(shí)間（單位：秒）第一圈第二圈第三圈第四圈第五圈第六圈第七圈第八圈均值甲車242424252525242524.5乙車232324242423232523.6表3.兩車間的最大距離（單位：cm）第一圈第二圈第三