智能小車B設(shè)計(jì)報(bào)告

1、C 智能小車設(shè)計(jì)報(bào)告摘要：本設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)兩車交替超車領(lǐng)跑的功能，采用STC89C52單片機(jī)為控制核心，通過L298驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動完成小車，通過紅外傳感器ST188來檢測路面黑線，完成小車在行車道上的各種正常行駛，通過光電開關(guān)避免兩車相撞，從而實(shí)現(xiàn)兩小車交替超車領(lǐng)跑的功能，并通過按鍵設(shè)置控制小車行駛狀態(tài)，其中紅外傳感器和光電開關(guān)在小車上的放置情況，保證了小車的尋黑線和避障礙的完成。關(guān)鍵詞：STC89C52、L298、紅外傳感器ST188、光電開關(guān)1 方案設(shè)計(jì)與論證1.1 設(shè)計(jì)要求本系統(tǒng)要求兩輛小車分別在行車道正常行駛一圈；甲乙兩車按題目要求的所示位置同時(shí)起動，乙車通過超車標(biāo)志線后在超車區(qū)實(shí)現(xiàn)超車功能

2、，并先于甲車到達(dá)終點(diǎn)，則兩車前后位置交替，繼續(xù)做下一圈的超車領(lǐng)跑。1.2 各部分方案論述1.2.1 控制模塊采用STC89C52RC單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)小車的智能控制，其中工作電壓5V，8K字節(jié)ROM,512字節(jié)RAM,通用I/O口32個(gè)，3個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。1.2.2 電源模塊采用9V鋰電池，經(jīng)穩(wěn)壓電路到工作電壓5V.1.2.3 直流電機(jī)驅(qū)動模塊方案一：采用分立元件組成的平衡式驅(qū)動電路，這種電路可以由單片機(jī)直接對其進(jìn)行操作，但由于分立元件占用的空間比較大，還要配上兩個(gè)繼電器，考慮到小車的空間問題，此方案不夠理想。方案二：采用L298N驅(qū)動直流電機(jī)，基于L298N芯片的PWM控制系統(tǒng)模塊，讓電機(jī)具有調(diào)

3、速的功能，小車便可以完成調(diào)速速、轉(zhuǎn)向功能。則需按此方案較好。1.2.4 調(diào)速模塊方案一：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動機(jī)的分壓來調(diào)速。但電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級調(diào)速，而且數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。尤其是所使用的電動機(jī)電阻很小，但電流很大，分壓不僅會降低效率，實(shí)現(xiàn)也很困難。方案二：采用繼電器對電動機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對小車的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。此方案電路較簡單，但繼電器的響應(yīng)時(shí)間有限，機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞，壽命不長，可靠性也不太好。方案三：采用脈沖寬度調(diào)制電路。用單片機(jī)控制信號的高低電平時(shí)間完成調(diào)速，用對兩個(gè)信號的不同控制完成電機(jī)的轉(zhuǎn)向和起停的控制。這種電路由于工作在管子的飽和截止?fàn)顟B(tài)下，效

4、率非常高，經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，此方法調(diào)速簡單可行，方便可靠?；谏鲜隼碚摲治?，擬選擇方案三。1.2.5 避障模塊方案一：采用超聲波測距。超聲波傳感器測距時(shí)有足夠的精度，可以達(dá)到1cm的近距離，對遠(yuǎn)距離也有較快的響應(yīng)信號。但是，本題目的要求是繞過障礙物，這就要求小車在較遠(yuǎn)距離時(shí)即做出繞障的反應(yīng)，因此沒有必要采用精確近距的超聲波傳感器。方案二：采用光電開關(guān)e18d80nk。本設(shè)計(jì)采用的光電開關(guān)有效距離為可達(dá)到45cm，所有能反射光線的物體均可被檢測，所以小車前方只要有障礙，馬上就可以檢測到，且沒有電路簡單，便于操作，所以擬采用此方案。1.2.6 黑帶檢測模塊方案一：采用發(fā)光二級管，用光敏二極管接受。由于光

5、敏二極管受可見光的影響較大，穩(wěn)定性差。方案二：采用反射式紅外光電傳感器(ST188)，利用紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外線二極管進(jìn)行接收，采用紅外線發(fā)射，外面可見光對接收信號的影響較小，再用電壓比較器對信號進(jìn)行調(diào)整。本方案也易于實(shí)現(xiàn)，較可靠，因此采用。2 理論分析與計(jì)算2.1 黑帶檢測原理利用光的反射原理，當(dāng)光線照射在白紙上，反射量比較大，反之照在黑線上對光吸收，反射回去的量比較少，這樣就可以利用紅外發(fā)光二極管與接收端來判斷黑線的位置，當(dāng)遇到黑線時(shí)候，經(jīng)過LM339比較器輸出高電平，反之遇到白線為低電平。2.2 超車原理利用光電開關(guān)判斷兩車之間的相對位置，也可以認(rèn)為是一輛車是另一輛車的 “障礙物

6、”，即當(dāng)一輛小車在在另一輛小車光電開光的檢測范圍內(nèi)時(shí)候，讓小車離開，避免兩車相撞，從而判斷在超車的時(shí)候兩輛小車之間是否完成超車與被超車的功能。2.2 兩車之間的通信方法利用兩輛小車上的光電開關(guān)，判斷兩車的位置關(guān)系。2.3 光電開關(guān)利用被測物體對紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測。2.4 節(jié)能方面第一，小車的模塊不多，在功耗方面也相對少。第二，小車的所有模塊中，傳感器模塊數(shù)量的都比較多，且單個(gè)某種傳感器模塊的功耗也相對比較少，所以總體的功耗相對比較少。第三基于L298芯片的PWM系統(tǒng)，方便了電機(jī)的控制，一定程度上減少小車行駛路程

7、，挺高電機(jī)使用效率，從而功耗也相對減少。3 單元電路設(shè)計(jì)與計(jì)算3.2 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組成大致有以下幾部分：STC51單片機(jī)光電開關(guān)ST188傳感器L298驅(qū)動電路電機(jī)小車電源3.1 模塊電路圖圖3.1-紅外傳感器電路圖3.2-L298電機(jī)驅(qū)動電路4 程序設(shè)計(jì)4.1 小車交替超車領(lǐng)跑設(shè)計(jì)流程如下：4.2 小車在行車道內(nèi)正常行駛一圈設(shè)計(jì)流程如下：4.3 巡線設(shè)計(jì)流程如下：其中圖4.1的S1，S2，S3為紅外傳感器在小車上的位置,流程圖中遇黑線為1，反之白線為0。圖4.1ST188在車上位置4.34 超車設(shè)計(jì)流程如下：圖4.2光電開關(guān)在車上位置其中圖4.1的S4，S5為光電開關(guān)在小車上的位置,流程圖

8、中遇到障礙物為0，反之沒有障礙物為1。5 系統(tǒng)測試5.1 測試設(shè)備跑道、秒表。5.2 基本要求題目要求1：小車從七點(diǎn)出發(fā)沿熏這黑線在行車道內(nèi)行駛一圈至終點(diǎn)。實(shí)際測量結(jié)果：小車可以準(zhǔn)確無誤的到達(dá)終點(diǎn)。題目要求2、3：甲、乙兩車按題目要求位置同時(shí)起動，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)乙車超過甲車并記錄行駛時(shí)間。數(shù)據(jù)如下表1 表1 小車完成超車的時(shí)間次數(shù)第一次第二次第三次第四次時(shí)間最后平均時(shí)間 t=5.4 測試結(jié)果分析由上述測量結(jié)果可以看出智能小車系統(tǒng)很好的完成了題目要求的基本要求和發(fā)揮部分內(nèi)容。全程時(shí)間的測試具有較低的誤差，在尋跡的過程中基本上達(dá)到了不脫離引車道的良好效果，成功超車，進(jìn)行準(zhǔn)確的停車。6 結(jié)論本系統(tǒng)利用多個(gè)紅外傳感器，保證小車能夠穩(wěn)定的在行車道內(nèi)行駛，利用L298作為電機(jī)的驅(qū)動，達(dá)到了小車行駛過程調(diào)節(jié)速度，轉(zhuǎn)向的要求，利用光電開關(guān)，解決了小車在超車區(qū)超車的問題。整體電路設(shè)計(jì)合理，采用了模擬仿真技術(shù)繪圖，高精度儀器制作，功能電路實(shí)現(xiàn)良好，系統(tǒng)性能優(yōu)良、穩(wěn)定，較好的達(dá)到了題目要求的各項(xiàng)基本要求，較好的完成了智能小車系統(tǒng)。7 參考文獻(xiàn)1 萬福