無(wú)線遙控循跡小車設(shè)計(jì)方案

競(jìng)速小車 1 無(wú)線遙控 循跡小車 設(shè)計(jì)方案 1 方案設(shè)計(jì)與論證 本次競(jìng)賽要求制作的小車能夠循黑線前進(jìn)并且達(dá)到競(jìng)速的目的，而且要顯示走過(guò)的時(shí)間和速度。并且有按鍵起車與聲光語(yǔ)言提示。根據(jù)題目的要求，我們組設(shè)計(jì)了以下幾種方案并對(duì)各方案進(jìn)行了論證與分析。 機(jī)驅(qū)動(dòng)部分論證與分析 方案 1：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。但是電阻絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格昂貴。更主要的問(wèn)題在于一般電動(dòng)機(jī)的電阻較小，但電流很大；分壓不僅會(huì)降低效率，而且很難實(shí)現(xiàn)。 方案 2：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)或關(guān)進(jìn) 行控制，通過(guò)開(kāi)關(guān)的切換對(duì)小車的速度進(jìn)行調(diào)整。方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢，機(jī)械 結(jié)構(gòu)易損壞，壽命較短，可靠性不高。 方案 3：采用達(dá)林頓管 單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的狀態(tài)，精確調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。 方案 4：采用 控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)和后退，并且如果再利用上 可以實(shí)現(xiàn)整車的加速與減速，精確小車的速度。 基于上述理論分析，擬選擇方案 4。 感器探測(cè)部分論證與分析 方案 1：用光敏電阻組成光敏探測(cè)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(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時(shí)，阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過(guò)比較器就可以輸出高低電平。 但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。因此我們考慮其他更加穩(wěn)定的方案。 方案 2：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對(duì)管尋跡傳感器。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色的平面后反射，若紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測(cè)出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測(cè)出黑線繼而輸出高電平 。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿足要求，但是工作不夠穩(wěn)定，且容易受外界光線的影響，因此我們放棄了這個(gè)方案。 方案 3：用 光電對(duì)管。 發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個(gè)高靈敏度，硅平面光電三極管。 簡(jiǎn)單實(shí)用，特別適合我們這次的制作。 基于上述理由我們選擇了方案 3。 競(jìng)速小車 2 機(jī)部分論證與分析 方案一：采用直流電機(jī) 直流電機(jī)速度快，價(jià)格便宜，通過(guò)調(diào)節(jié)電流來(lái)改變速度，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，調(diào)速范圍廣，調(diào)速特性平滑。但其轉(zhuǎn)距小，帶有大負(fù)載時(shí)很容易堵 轉(zhuǎn)；而且由于其速度較快，不易控制，精確度低，不適合應(yīng)用在本題。 方案二：采用步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是一種能將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的機(jī)構(gòu)，通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，其精確度高，但控制相對(duì)較繁瑣。 方案三：采用減速電機(jī) 減速電機(jī)也是通過(guò)控制電流來(lái)改變速度的，而且其內(nèi)部有減速齒輪箱，轉(zhuǎn)距大，而且易控制，速度較步進(jìn)電機(jī)快。通過(guò)分析題目要求，減速電機(jī)可以達(dá)到題目要求的精度，而且價(jià)格適中，控制簡(jiǎn)單。 綜上所述，我們決定采用方案 3 減速電機(jī)。 示部分論證與分析 方案 1：使用數(shù)碼管顯示。 數(shù)碼管顯示具有亮度高，色彩選擇多的優(yōu)點(diǎn)，但是數(shù)碼管占用 I/O 資源多，控制復(fù)雜，功耗較大，顯示信息量較少且單一。 方案 2：使用 1602液晶屏顯示。 液晶顯示驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，易于控制，功耗小，且顯示信息量大，可以直觀地觀測(cè)到小車的位置及速度信息。 基于上述理論分析，我們決定選擇方案 2。 源部分論證與分析 方案 1：采用 2節(jié) 過(guò)7805的電壓變換后給支流電機(jī)供電，給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。 但由于電壓不太夠，價(jià)格昂貴， 因此，我們放棄了 。 方案 2：采用 :9 12壓后給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。 但 蓄電池的體積過(guò)于龐大，使用極為不方便 。 方案 3： 采用 3 節(jié) 池供電，電壓達(dá)到 11v，經(jīng) 7805穩(wěn)壓后給支流電機(jī)供電，給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電。 但價(jià)錢還是太貴。 基于上述理論，我們選擇方案 2。 制單元部分論證與分析 方案 1：采用純數(shù)字電路 該方案外部檢測(cè)采用光電轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)控制部分采用數(shù)字電路譯碼對(duì)小車電動(dòng)機(jī)兩競(jìng)速小車 3 端電壓調(diào)整，來(lái)控制小車的運(yùn)行。時(shí)間和行程用加 法器進(jìn)行計(jì)數(shù)。此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將會(huì)使電路過(guò)于復(fù)雜，調(diào)試時(shí)需要改變硬件電路，機(jī)動(dòng)性差。 方案 2：用單片機(jī)控制 用光電檢測(cè)不同的信號(hào)，并經(jīng)單片機(jī)對(duì)其處理，傳送給 其控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部定數(shù)器 /計(jì)數(shù)器進(jìn)行定時(shí)、計(jì)數(shù)，在用單片機(jī)串行輸入 /輸出口進(jìn)行顯示控制。此方案電路成熟、工作穩(wěn)定、容易實(shí)現(xiàn)控制。 為能更好的實(shí)現(xiàn)題目的各種設(shè)計(jì)要求，所以我們選用第二種方案。用單片機(jī)進(jìn)行控制。其工作框圖如下： 單片機(jī)控制工作圖 2 原理分析與硬件電路圖 統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 基 于上述各方案的論證與分析，我們確定了最終方案。整個(gè)系統(tǒng)采用 11統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 1所示。 開(kāi)始 光電檢測(cè) 9車正反轉(zhuǎn) 顯示路程 顯示速度 競(jìng)速小車 4 系統(tǒng)總體框 片機(jī)資源分配 由如下功能部件組成， 8位微處理器、 128 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、 8位并行 I/1個(gè)全雙工的串行口，具有四種工作方式?？捎脕?lái)進(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并行 I/至與多個(gè)單片機(jī)相 連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，、片內(nèi)有 2個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 具有四種工作方式。具有 5個(gè)中斷源， 2級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)及特殊功能寄存器。它們都是通過(guò)片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是 上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對(duì)各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。為了合理調(diào)用單片機(jī)的資源 ,如圖 2 小系統(tǒng)板 液晶顯示模塊 循跡模塊 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 兩個(gè)左輪 兩個(gè)右輪 車體 競(jìng)速小車 5 I N T 1 / P 3 . 31 3T 0 / P 3 . 41 41 5T 1 / P 3 . 51 6W R / P 3 . 6P 2 . 7P 2 . 6P 2 . 5P 2 . 42 82 72 62 5R D / P 3 . 71 7X T A L 21 81 9X T A L 12 0V S . 3P 2 . 2P 2 . 1P 2 . 02 42 32 22 1P 1 . 01P 1 . 123P 1 . 24P 1 . 3V C . 0P 0 . 1P 0 . 24 03 93 83 7R S D / P 3 . 01 01 1T X D / P 3 . 11 2I N T 0 / P 3 . 2P 0 . 7E A A L E / P R O G P S E N 3 23 13 02 9P 1 . 45P 1 . 567P 1 . 68P 1 . 7P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 63 63 53 43 3s c e D B 61 3D B 71 41 5L E D +1 6L E D 08D B 1D B 29D B 31 01 1D B 41 2D B 5 器1234電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 控 制 端尋跡檢測(cè)光電對(duì)管測(cè)速光電對(duì)管圖 2單片機(jī)資源分配圖 機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 我們主要采 用 動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)電路如圖 個(gè)電動(dòng)機(jī)， 實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流減速電動(dòng)機(jī)。 5， 7， 10， 12 腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 2， 3， 13， 14 四個(gè)腳連接直流減速電機(jī)。 6， 11 腳接 號(hào)（即 制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。四組光耦對(duì)輸入、輸出電信號(hào)起隔離作用。 8腳接地。表 2298N 功能邏輯真值表圖。 ， 11腳。 腳。 7腳。 0腳。 2腳。 表 2298驅(qū)動(dòng)電路真值表 正 轉(zhuǎn) 反 轉(zhuǎn) 競(jìng)速小車 6 (或 0) 停止 (或 0)， 止 由表 2， 電機(jī)停止 工作； ， 電機(jī)正 轉(zhuǎn) 或反轉(zhuǎn)。 圖 2298管腳排列如下： 競(jìng)速小車 7 跡探測(cè)模塊 小車循跡原理是小車在貼有黑膠帶的白色路面上行駛時(shí)，由于黑線和白線對(duì)光線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接受的反射光的強(qiáng)弱來(lái)判斷黑線，我們采用了比較普 遍的檢測(cè)方法 紅外檢測(cè)法。 紅外探測(cè)法，即利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射特點(diǎn)。在小車行駛過(guò)程中不斷的向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車的接收管接收不到信號(hào)，在通過(guò) 而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的檢測(cè)。 市場(chǎng)上有很多紅外傳感器，在這里我們選用了 裝，其具有如下特點(diǎn)： 構(gòu) 緊湊。 競(jìng)速小車 8 電路圖如下： 壓電路的設(shè)計(jì) 為了給整個(gè)控制系統(tǒng)提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓，在此選擇了 7805 穩(wěn)壓管作為該電路的核心芯片。該穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)如圖 示。 競(jìng)速小車 9 圖 穩(wěn)壓電源電路圖 7805 穩(wěn)壓管 有一系列固定的電壓輸出，應(yīng)用非常的廣泛，每種類型由于內(nèi)部電流限制，以及過(guò)熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，使它基本上不會(huì)損壞，如果能夠提供足夠的散熱片，他們就能夠提供大于 輸出電流，雖然是按照固定電壓值來(lái)設(shè)計(jì)的，但是當(dāng)接入適當(dāng)?shù)耐獠科骷螅湍塬@得各種不同的電 壓和電流。 3 軟件設(shè)計(jì)與流程 程序框圖 此部分是整個(gè)小車運(yùn)行的核心部件，起著控制小車所有運(yùn)行狀態(tài)的作用。控制方法有很多，大部分都采用單片機(jī)控制。由于 51 單片機(jī)具有價(jià)格低廉是使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，這里選擇了 為控制核心部件，其程序控制方框圖如圖所示。 競(jìng)速小車 10 圖 系統(tǒng)的程序流程圖 小車進(jìn)入循跡模式后，即開(kāi)始不停地掃描與探測(cè)器連接的單片機(jī) I/O 口，一旦檢測(cè)到某個(gè) I/序就進(jìn)入判斷程序，把相應(yīng)的信號(hào)發(fā)送給電動(dòng)機(jī)從而糾正小 車的狀態(tài) 。 程序 #10; 11; 12; 15; 16; 17; 13; 14; 20; 22; 21; 23; 是否在彎道？ 開(kāi)始 延時(shí) 3s 提速行駛 N Y 檢 測(cè)右傳感器？ 電機(jī)反轉(zhuǎn) 小車左轉(zhuǎn) 黑線 遮蔽 檢測(cè)左轉(zhuǎn)傳感器？器？ 白線 遮蔽 電機(jī)反轉(zhuǎn) 小車右轉(zhuǎn) 黑線 遮蔽 白線 遮蔽 競(jìng)速小車 11 24; 27; 25; 26; 32; 33; 33; 34; = cm/s; /顯示最高速度 = cm/ s;/顯示瞬時(shí)速度和行駛時(shí)間 j,n,m=0; x=0,a=0,k=0,l=0,a=0,t=0,; z) / 延時(shí)函數(shù) x,y; x=z;x0;y=110;y0; /液晶寫(xiě)命令 ; P0=); ; ); ; /液晶寫(xiě)數(shù)據(jù) ; P0=); ; ); ; /液晶初始化 ; ; 競(jìng)速小車 12 ; a; , /顯示最大速度 , /顯示瞬時(shí)速度 ; /關(guān)閉定時(shí)器 1 ); 1)&(1)&(1)&(1)&(1) /停止 2,t); / 顯示行駛時(shí)間 3/(2*t); /計(jì)算速度 a a; 競(jìng)速小車 17 , /顯示最大速度 , /顯示瞬時(shí)速度 ; /關(guān)閉定時(shí)器 1 65536256; 65536256; /重裝初值 m+; if(m=20) m=0; t+; ; ; 4 制作安裝調(diào)試 路設(shè)計(jì)與制作 我們根據(jù)實(shí)際需要，手工將循跡模塊，控制模塊，驅(qū)動(dòng)模塊制作出來(lái)，并通過(guò)銅柱，螺母等將其固定在洞洞板上 競(jìng)速小車 18 車的檢測(cè)與調(diào)試 在檢測(cè)過(guò)程中，我們?cè)O(shè)計(jì)的小車有沖出跑道的情況，而無(wú)法正常循黑線前進(jìn)，我們分析可能的原因是： 一個(gè) 間的距離安裝的不合理，導(dǎo)致小車有探測(cè)的不靈敏，而沖出跑道； 2。程序需要優(yōu)化； 檢測(cè)裝置不夠靈敏，這種情況下，我們選擇了降低電壓，減少車速 。 表 2調(diào)試情況 小車運(yùn)行次數(shù) 成功循跡次數(shù) 1 1 2 1 3 2 4 2 5 3 6 4 5 總結(jié) 首先感謝學(xué)校電子設(shè)計(jì)大賽給我們這樣一次珍貴的鍛煉機(jī)會(huì)，在這 20 多天的時(shí)間里，我們?nèi)齻€(gè)人同心協(xié)力，分工合作，共同完成了智能循跡小車的項(xiàng)目。在制作過(guò)程中遇到了很多困難與挫折，我們也一度灰心喪氣，但是我們都一步步挺了過(guò)來(lái)，克服了一個(gè)又一個(gè)的困難，最終完成了制作。 在這一次的大賽中，我們獲益匪淺。其中不僅僅包括知識(shí)上的，也包括意志與精神上的。剛開(kāi)始的我們?cè)谥谱餍≤嚪矫娴闹R(shí)幾乎可以說(shuō)是零，在制作過(guò) 程中，由于缺乏經(jīng)驗(yàn)和忽略細(xì)節(jié)問(wèn)題，我們?cè)谡{(diào)試的時(shí)候經(jīng)常碰到很多奇怪的問(wèn)題，但是我們通過(guò)耐心的調(diào)試，或者上網(wǎng)查閱資料，直到弄懂為止；遇到分歧，我們就在一塊討論，共同研究。參加此次培訓(xùn)對(duì)我們來(lái)說(shuō)是一次寶貴經(jīng)歷，也是人生的一筆精神財(cái)富。當(dāng)然由于知識(shí)能力與水平有限，我們也有做的不好與不完善的地方，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正，希望下次我們能夠做的更好。 6 參考文獻(xiàn) 1全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì) （