电子设计大赛智能小车设计报告

简易智能电动车学校：辽宁工程技术大学小组成员：日期：2011年8月4日i摘要本设计以STC89C52单片机为控制核心。经光敏电阻和红外对射完成循迹，寻光以及躲避障碍物，测距的检测，经比较器LM393进入单片机。单片机通过内部程序完成对小车的控制。关键字：控制；检测；红外对射；智能小车；TheabstractThisdesigntoSTC89C52microcontrollerascontrolcore.ThephotoconductiveresistanceandinfraredDuiShecompletefollowmark,lightandevadesobstaclesforthedetectionofcomparison,theLM393intothemicrocontroller.Theinternalprocessofsinglechipthroughcompletecontrolofthecar.Keyword:control;Detection;InfraredDuiShe;Intelligentcar;ii目录1方案论证与比较..................................................................................................................................12各模块的选择方案..............................................................................................................................12.1电源模块选择方案.......................................................................................................................12.2系统控制模块方案.......................................................................................................................22.3红外对射模块方案.......................................................................................................................22.4恒流源模块....................................................................................................................................22.5比较器转换模块...........................................................................................................................23系统硬件设计......................................................................................................................................33.1电源电路设计...............................................................................................................................33.2恒流源电路设计...........................................................................................................................43.3电机驱动模块................................................................................................................................53.4循迹检测设计...............................................................................................................................53.5测距检测设计................................................................................................................................63.6避障检测设计................................................................................................................................74系统软件设计......................................................................................................................................75系统调试..............................................................................................................................................96结论....................................................................................................................................................107参考文献............................................................................................................................................11第1页共11页11方案论证与比较方案一：用一片STC89C52单片机作为核心，控制整个小车，并在红外循迹，红外寻光，红外避障等模块。方案二：用两片STC89C52单片机作为主控芯片，其中一片控制红外循迹，红外寻光，红外避障等模块检测，另一片检测红外测距模块。在符合开关灯时间、明暗程度和交通状况时，灯打开，并且第一片单片机能单独控制每盏灯。以上两种都能完成题目要求，但是第二种方案能使两片单片机分别工作，避免了一片单片机工作程序太大而容量不足的缺点，且能达到节能的效果，故选择第二种方案。2各模块的选择方案2.1电源模块选择方案方案一：采用电池作为电源直接输入直流后，用多个稳压器稳压得到理想的不同幅值直流电源。这种方法获取电源方便，且电源输出电流能力大。缺点是：直流电流放电受到自身影响大，放电时间受限不能长时间工作，而且价格昂贵，不符合节能的实际电路特征要求。方案二：采用变压器将220V电压变压后，经整流桥整流滤波，再经三端稳压器稳压后等到直流电源。这种电路实现简单灵活，且能输出多种直流电源，满足了电路的要求。鉴于以上分析，本设计采用第二种方案。第2页共11页22.2系统控制模块方案选择STC89C52单片机进行系统的控制。该单片机具有IAP功能，支持在线下载，且内部集成了EEPROM，STC98C52是我们比较熟悉的一种常用的单片机，指令系统和AT89C52兼容，价格便宜，较容易购买。2.3红外对射模块方案方案一：应用软件中的中断和定时器来设计软件控制，但是编写这种程序复杂且精度较低，调试很困难，占用资源也较多，断电后时钟会停止运行，供电后时间显示出现错误。方案二：采用红外对射检测，电路简单，精度高，只要将检测到的高低电平数据读取送到单片机即可，占用资源少，供电后时间显示不会出现错误。鉴于以上的比较分析，采用第二种方案。2.4恒流源模块有运算放大器LM324和大功率三极管构成的恒流电路，将将电流转换成电压参数进行控制，具有控制方便，线性好的特点，使用的元件也都是很普遍的，易于实现，经实验，效果非常好，是本系统的一大特点。2.5比较器转换模块采用多个LM393进行D/A转换，这种芯片输出电压可以达到基准电压的两倍，并且转换速度快，低功耗，性价比非常高，能满足独立控制的要求。第3页共11页33系统硬件设计如图3.1.1所示系统主要包含电源设计、恒流源设计、D/A转换、路面检测设计，光源检测设计，显示模块设计，电动机驱动设计和金属检测设计。控制器模块金属探测模块路面检测模块障碍物探测模块光源探测模块路程测量模块电动机驱动模块显示模块图3.1.1系统结构3.1电源电路设计如图3.1.2所示，220V交流电压源经过变压器变压、桥式整流、滤波、三端稳压后，输出+12V，-12V，和+5V，-5V稳压供给系统电路。第4页共11页4图3.1.2电源电路3.2恒流源电路设计电路由三部分组成：集成运算放大器、缓冲电路和取样电路，如图3.2.1所示。此恒流源电路带负载能力非常强，且线性很好了。有TLC5615D/A转换器输出的电压经过电阻1R和2R分压后在输入到集成运算放大器的3号引脚，由集成运放特性可知，OIVV,流过电阻3R的电流0VI/3R,即流过LED的电流1VI/3R。此恒流源电路结构简单，但性能非常优秀。图3.2.1恒流源电路第5页共11页53.3电机驱动模块采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。L2983.4循迹检测设计用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。第6页共11页6Q12N3904D1LED0560R8470KR9VCC5VCC5GNDGND光318421U1AVCC5GNDS点10KR103.3kR2810kR29VCC5图3.6.1红外反射光电传感器循迹检测电路3.5测距检测设计采用红外透射光电传感器进行交通状况的检测，在小车车轴上安装一码盘，小车行驶过程中，码盘不断阻挡红外透射光电传感器，从而产生高低电平并传送到单片机上，经过软件控制达到对路程的检测。I/O口R1820R2470k+5VD1发射D2接收R310kR410k32184U1:ALM393R53k第7页共11页73.6避障检测设计如图3.7.1所示，小车下端引出红外对射管通过电压比较器引回单片机，通过高低电平来检测灯是否出跑道。I/O口R1510R220k+5VD1发射D2接收R310kR410k32184U1:ALM393R53k图3.7.1