電子設計大賽智能小車設計報告

PAGE簡易智能電動車學校：遼寧工程技術大學小組成員：日期：2011年8月4日PAGEi摘要本設計以STC89C52單片機為控制核心。經(jīng)光敏電阻和紅外對射完成循跡，尋光以及躲避障礙物，測距的檢測，經(jīng)比較器LM393進入單片機。單片機通過內部程序完成對小車的控制。關鍵字：控制；檢測；紅外對射；智能小車；TheabstractThisdesigntoSTC89C52microcontrollerascontrolcore.ThephotoconductiveresistanceandinfraredDuiShecompletefollowmark,lightandevadesobstaclesforthedetectionofcomparison,theLM393intothemicrocontroller.Theinternalprocessofsinglechipthroughcompletecontrolofthecar.Keyword:control;Detection;InfraredDuiShe;Intelligentcar;目錄1方案論證與比較 12各模塊的選擇方案 12.1電源模塊選擇方案 12.2系統(tǒng)控制模塊方案 22.3紅外對射模塊方案 22.4恒流源模塊 22.5比較器轉換模塊 23系統(tǒng)硬件設計 33.1電源電路設計 33.2恒流源電路設計 43.3電機驅動模塊 53.4循跡檢測設計 53.5測距檢測設計 63.6避障檢測設計 74系統(tǒng)軟件設計 75系統(tǒng)調試 96結論 107參考文獻 11PAGE4第4頁共11頁1方案論證與比較方案一：用一片STC89C52單片機作為核心，控制整個小車，并在紅外循跡，紅外尋光，紅外避障等模塊。方案二：用兩片STC89C52單片機作為主控芯片，其中一片控制紅外循跡，紅外尋光，紅外避障等模塊檢測，另一片檢測紅外測距模塊。在符合開關燈時間、明暗程度和交通狀況時，燈打開，并且第一片單片機能單獨控制每盞燈。以上兩種都能完成題目要求，但是第二種方案能使兩片單片機分別工作，避免了一片單片機工作程序太大而容量不足的缺點，且能達到節(jié)能的效果，故選擇第二種方案。2各模塊的選擇方案2.1電源模塊選擇方案方案一：采用電池作為電源直接輸入直流后，用多個穩(wěn)壓器穩(wěn)壓得到理想的不同幅值直流電源。這種方法獲取電源方便，且電源輸出電流能力大。缺點是：直流電流放電受到自身影響大，放電時間受限不能長時間工作，而且價格昂貴，不符合節(jié)能的實際電路特征要求。方案二：采用變壓器將220V電壓變壓后，經(jīng)整流橋整流濾波，再經(jīng)三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后等到直流電源。這種電路實現(xiàn)簡單靈活，且能輸出多種直流電源，滿足了電路的要求。鑒于以上分析，本設計采用第二種方案。2.2系統(tǒng)控制模塊方案選擇STC89C52單片機進行系統(tǒng)的控制。該單片機具有IAP功能，支持在線下載，且內部集成了EEPROM，STC98C52是我們比較熟悉的一種常用的單片機，指令系統(tǒng)和AT89C52兼容，價格便宜，較容易購買。2.3紅外對射模塊方案方案一：應用軟件中的中斷和定時器來設計軟件控制，但是編寫這種程序復雜且精度較低，調試很困難，占用資源也較多，斷電后時鐘會停止運行，供電后時間顯示出現(xiàn)錯誤。方案二：采用紅外對射檢測，電路簡單，精度高，只要將檢測到的高低電平數(shù)據(jù)讀取送到單片機即可，占用資源少，供電后時間顯示不會出現(xiàn)錯誤。鑒于以上的比較分析，采用第二種方案。2.4恒流源模塊有運算放大器LM324和大功率三極管構成的恒流電路，將將電流轉換成電壓參數(shù)進行控制，具有控制方便，線性好的特點，使用的元件也都是很普遍的，易于實現(xiàn)，經(jīng)實驗，效果非常好，是本系統(tǒng)的一大特點。2.5比較器轉換模塊采用多個LM393進行D/A轉換，這種芯片輸出電壓可以達到基準電壓的兩倍，并且轉換速度快，低功耗，性價比非常高，能滿足獨立控制的要求。3系統(tǒng)硬件設計如圖3.1.1所示系統(tǒng)主要包含電源設計、恒流源設計、D/A轉換、路面檢測設計，光源檢測設計，顯示模塊設計，電動機驅動設計和金屬檢測設計。圖3.1.1系統(tǒng)結構3.1電源電路設計如圖3.1.2所示，220V交流電壓源經(jīng)過變壓器變壓、橋式整流、濾波、三端穩(wěn)壓后，輸出+12V，-12V，和+5V，-5V穩(wěn)壓供給系統(tǒng)電路。圖3.1.2電源電路3.2恒流源電路設計電路由三部分組成：集成運算放大器、緩沖電路和取樣電路，如圖3.2.1所示。此恒流源電路帶負載能力非常強，且線性很好了。有TLC5615D/A轉換器輸出的電壓經(jīng)過電阻和分壓后在輸入到集成運算放大器的3號引腳，由集成運放特性可知，,流過電阻的電流/,即流過LED的電流/。此恒流源電路結構簡單，但性能非常優(yōu)秀。圖3.2.1恒流源電路3.3電機驅動模塊采用專用芯片L298N作為電機驅動芯片。L298N是一個具有高電壓大電流的全橋驅動芯片，它相應頻率高，一片L298N可以分別控制兩個直流電機，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。L2983.4循跡檢測設計用光敏電阻組成光敏探測器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當光線照射到白線上面時，光線發(fā)射強烈，光線照射到黑線上面時，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時，阻值會發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。圖3.6.1紅外反射光電傳感器循跡檢測電路3.5測距檢測設計采用紅外透射光電傳感器進行交通狀況的檢測，在小車車軸上安裝一碼盤，小車行駛過程中，碼盤不斷阻擋紅外透射光電傳感器，從而產生高低電平并傳送到單片機上，經(jīng)過軟件控制達到對路程的檢測。3.6避障檢測設計如圖3.7.1所示，小車下端引出紅外對射管通過電壓比較器引回單片機，通過高低電平來檢測燈是否出跑道。圖3.7.1避障檢測電路4系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件設計框圖如4.1.1所示：系統(tǒng)進入初始化后進入主程序并分為以下幾種模式：循跡，尋光以及躲避障礙物，測距模式。圖4.1.1系統(tǒng)軟件框圖圖4.1.2循跡模式圖4.1.3測距模式圖4.1.4尋光模式圖4.1.5避障模式5系統(tǒng)調試整體焊接完畢以后，先對硬件進行檢查，連接有無錯誤，再逐步對各個模塊進行調試。首先對主控單元進行調試，載入按鍵程序、時鐘和液晶模塊程序。按鍵加不能正常運行，查看連接電路，發(fā)現(xiàn)有一條連線沒有焊接。接著液晶顯示出現(xiàn)問題，每次關掉電源，液晶上的時間秒、分和月總是變化，沒有按照預想會掉電后仍正常運行，進過多次測試，仍不正常。在其他單片機上測試此程序正常，于是進行了硬件的檢查，最后確定為硬件問題。經(jīng)過查找是杜邦線接觸問題，用焊錫焊接杜邦線后重新測試，顯示正常，調節(jié)也正常。其次對路燈開關進行調節(jié)，電源打開燈亮，但是電源關掉以后燈不滅，經(jīng)過多次電壓測量發(fā)現(xiàn)控制燈的電源不在芯片主電源上，改過線路之后，燈亮正常。然后對紅外對射進行測試，擋住光時，燈沒有亮，查找原因是電壓沒有進入單片機。于是對紅外對射管進行測試，黑管上的電壓不正常，經(jīng)過換管和焊接和多次調試，顯示正常。對故障檢測進行測試，反饋低電平不能正常接收。通過添加電壓比較器，顯示正常。最后進行整體調試6結論本設計以STC89C52單片機為控制核心，含有多功能數(shù)字時鐘控制、環(huán)境尋光檢測、交通循跡檢測、路程測距檢測、紅外避障報警系統(tǒng)等主要功能。本系統(tǒng)用兩片STC89C52單片機進行通信，通過無線傳輸信息控制可移動聲源運動，本系統(tǒng)的特點是設置誤差校正，有效的提高了系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。通過測試，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，優(yōu)良，功耗低，性價比高，基本達到了