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智能小车可行性设计报告一、题目分析：我们对题目进行了充分的分析和思考，将得出下列目标、任务、及指标。1、目标：设计制作一个智能小车，能够具有寻线、金属检测、避障、寻光入库、行程计时等基本功能。而我们这次训练的目是强化自已的技术，所以我们要在完成基本任务的同时尽可能地实现更多功能。比如行走简单迷宫功能。2、任务：（1）小车能沿着黑色纸带行走（包括沿曲线黑带行走）；（2）能避开摆设固定区域内不定位置的障碍物；（3）寻光源入库功能；（4）路程计算、行程计时；3、指标：（1）在行走的过程中，如检测到车底部放有的金属片,小车能发出声光信号,并计算出此金属片的中心距起点的距离。（2）顺利绕过障碍物，不与其相碰撞，尽可能不刮擦障碍物。（3）顺利入库，车体停放于车库黑线内。（4）总耗时不得超过90S，并尽可能减少耗时，如90S内不能完成任务，则立即停止行走。二、方案选择：1、黑带导航模块：本模块我们选用三对红外光管和红外光敏管构成，这比用发光二极管和光敏二极管构成的检测电路的灵敏度要高，而且降低了可见光的干拢。2、金属探测模块：此模块我们采用振荡器和声光报警电路组成。振荡器我们用感应开关集成电路TDA0161D、电感和电容等组成。声光报警电路用CD4011与非门集成电路、发光二极管、蜂鸣器等组成。电感用漆包线绕制，工序简单。此电路采用两块集成块，电路简单，反应灵敏。3、小车驱动模块：（1）用功率效率较高的BTL形式电路构成，本电路主要用四个三极管的优先择的导通，来控制小车的车轮前进与后退。（2）用专门的驱动集成芯片（L293D）。两方案相比：方案（2）采用集成芯片，电路连接简单，能够输出更大的驱动能量。所以最后我们选取方案（2）。4、小车车体选择：（1）舵机转向的结构型小车（2）差动运动结构型小车两方案相比，前者需要转向驱动，电路较复杂些，而差动结构型小车运动最为灵敏，转弯灵敏，控制性能较好。我们选用后者。5、避障模块模块：（1）超声波避障（2）用红外一体化接收头和555振荡电路组成的检测避障电路。两方案比较，后者中红外光采用调解后的红光，这样增强了其抗干扰能力。红外一体接收头有成品模块，可以直接使用，电路简单，工作可靠，使用方便。因此我们采用后一种方案。6、寻光模块：（1）双光敏管差值检测寻光（2）光敏管阵列检测寻光两方案比较：前者用两个光敏管，当光源在中间时，两个光敏管输出相同，否则它们的输出就会存在差值，根据差值来调整。而后者我们采用7个光敏二极管组成阵列进行检测。在光敏二极管外面加上一个光罩，使得一个光敏二极管只对一个小角度内的强光源敏感。这样就可以避免外界光源的干扰，更加准确地寻光。后者检测较为精确些，我们选择后者。7、显示模块：本模块我们选用LCD显示，其显示信息7比数码管显示信息要多，控制容易，不用占用控制模块的大量资源来动态扫描或者用较复杂的电路来保持。8、距离与速度的测量：（1）光电测量方法（2）磁钢和霍尔传感器两个方案比较，前者需要在车轮上安装盘码，利用红外一体化接受头进行测量，测量的精确度较高，且制作简单。而后者，在车轮上安装磁钢，利用霍尔传感器进行测量，但制作较为复杂，因此我们采用前者。9、电源模块：我们采用小车上自带的9.6V的氢电池组，可以用来给机提供电力，经稳压后还可以给系统提供电源。我们还会设计一个外接电源插口，在实验与室内时能用室电经过变压器变压成10V左右来提拱电源，以达到少用电池，环保的目标。10、主控模块：主控模块选用我们常用的AT89C52单片机。并加上两片74LS245八总线收发器芯片作为并行口的扩展。三、硬件设计：1、黑带导航模块：本模块我们选用五对红外光管和红外光敏管组成导航电路，其原理图如下图所示：DS1LED0Q1PhotoNPNQ32N39045kR2ResAdj21KR1Res2P1.6VCCQ29013VCC1KR3Res2heidai_dh02、金属探测模块：此模块我们采用振荡器和声光报警电路组成。电路工作原理：123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:10-Nov-2008SheetofFile:C:\WINDOWS\Desktop\智能小车\智能小车模块电路\金探测器模块.DDBDrawnBy:R310KR1R51KR63kR21KC6800PC26800PL+VCCC+AdjDEDHPOutAdjFILTDA0161DIC1C310P121311U4D4011123U1A4011564U2B40118910U3C4011R433KDLEDC40.01uBL+9VJSTC该振荡电路由电感L、电容C1、感应开关集成电路IC1（TDA0161D）和有关外围元件组成。声光报警电路由四个与非门集成电路IC2和发光二极管VL、蜂鸣器BL等组成。在电感L未检测到金属物时，振荡器电路振荡工作，其损耗较小，IC1的6脚输出低电平，声光报警电路不工作。当电感L检测到金属物时，振荡器腔停振，IC1的6脚由电平变为高电平，与非门集成电路IC2内部与非门D1和D2均输出低电平，使发光二极管VL点亮，同时还使由D3、D4和电阻R4、电容C4组成的音频振荡工作，经V放大后，驱动蜂鸣器BL发出报警声，提示使用者探测到金属物。TDA0161D感应开关集成电路CD4011与非门集成电路9013三极管发光二极管碳膜电阻：3个1K、1个10K、1个33K、1个3K、1个瓷介电容：2个6800P、1个10P、1个0.01μ电感：自制,漆包线φ0.18mm，磁心：φ16mm，长度28mm.电感L与电容C组成谐振回路，其谐振频率为：3、小车驱动模块：电路如下图示。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:11-Nov-2008SheetofFile:C:\WINDOWS\Desktop\智能小车\智能小车模块电路\Backupof电源模块电路.DDBDrawnBy:1EN1A21A12EN2A12A2SEN1SEN2VccVs1Y11Y22Y12Y2GND123456789101112131415+-C?CAPC?CAPMVccVsVsGNDGNDGNDINGNDOUTC?ELECTRO1C?ELECTRO1C?ELECTRO1VsVccGNDD?DIODED?DIODED?DIODED?DIODEGNDGND12VL2987805+-MVsGNDD?DIODED?DIODED?DIODED?DIODE4、避障模块：此模块我们用红外一体化接收头和555振荡电路组成。电路工作原理：123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:17-Nov-2008SheetofFile:E:\ss\智能小车模块电路\避障模块.DdbDrawnBy:R1185KR280KR31KC10.1μC20.01μTRIG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND1U?NE555RP10KRP5K9014VCCVCCGNDOUT56K1K1K9014100μ+5VBZ_0发射电路有NE555等元器件组成，NE555振荡电路产生脉冲，通过RP1来调整红外光的载波频率，再通过RP2来调整发光管的强度，从而达到调整检测距离的目的。接收电路采用红外一体化接收头，当前方某一距离有障碍物阻挡时，接收头接收到反射的调制红外光，输出对应的低电平，从而辨别障碍物的存在。红外一体化接收头NE555集成块碳膜电阻：1个185K、1个80K、1个56K、3个1K可调电阻：1个(0~10K)，1个(0~5K)瓷片电容2个(50v0.1u)，电解电容1个（50V100μ）9014三极管2个5、寻光模块：此模块由光敏二极管和比较器等元件组成。其电路工作原理如下：123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:15-Nov-2008SheetofFile:C:\WINDOWS\Desktop\智能小车\智能小车模块电路\寻光模块电路.DDBDrawnBy:R?200KD?LED+5VOUTAR?OPAMPR?2K当D1接受到强光信号时，通过比较器，电路输出高电平；当D1接受当弱光信号时，电路输出低电平。可以通过通过可调电阻来调节强弱光的临界值。元器件选择：光敏二极管20K碳膜电阻1个，可调电阻（0~5K）1个比较器LM3116、显示模块：用液晶6102显示小车的行走时间、路程和金属片的中心点与起点的距离。7、距离与平均速度的测量：其中平均速度是用单片机所计路程除于时间得到。路程测量是由单片机计录小车行走时车轮上等分的黑白相间的斑马线的个数来得到。8、电源模块：此模块由稳压电源和L298集成驱动电路组成。其工作原理如下：123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:11-Nov-2008SheetofFile:C:\WINDOWS\Desktop\智能小车\智能小车模块电路\Backupof电源模块电路.DDBDrawnBy:1EN1A21A12EN2A12A2SEN1SEN2VccVs1Y11Y22Y12Y2GND123456789101112131415+-C?CAPC?CAPMVccVsVsGNDGNDGNDINGNDOUTC?ELECTRO1C?ELECTRO1C?ELECTRO1VsVccGNDD?DIODED?DIODED?DIODED?DIODEGNDGND12VL2987805+-MVsGNDD?DIODED?DIODED?DIODED?DIODE由外面输入12V电源，经7805稳压三极管稳压，输出稳定的5V电源供给L298驱动集成块工作，通过L298驱动来控制电机。元器件选择：主要是LM7805集成驱动电路L298齿轮减速电机2个2个0.1μ瓷片电容2个50V10μ电解电容1个50V6.4μ电解电容9、主控模块：主控模块选用我们常用的AT89C52单片机。并加上两片74LS245八总线收发器芯片作为并行口的扩展。EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U18052A02A13A24A35A46A57A68A79B018B117B216B315B414B513B612B711E19DIR1U?74ALS245A02A13A24A35A46A57A68A79B018B117B216B315B414B513B612B711E19DIR1U?74ALS24512345678161514131211109RP1RESPACK4+VCCXGTOPXG_6XG_5XG_4XG_3XG_2XG_1XG_0LCDD7LCDD6LCDD5LCDD4LCDD3LCDD2LCDD1LCDD0LCDRSLCDRWLCDEBZ_0BZ_1BZ_2BZ_3BZ_4黑带导行_0黑带导行_1黑带导行_2黑带导行_3黑带导行_4金属探测路程计数_L路程计数_R驱车使能A驱车使能B驱车控制A2驱车控制A1驱车控制B1驱车控制B2Y?CRYSTALC230C330C1100uR110k+VCCS1SW-PB四、软件设计：1、黑带导行算法设计：设计中传感器的布局如下图示：图中每个小窗口表示一对红外传感器。它们的编号分别是-2、-1、0、1、2。在初始状态时，0号传感器在黑带的引导下随黑带向前行走，此时其传回信号为低电平信号。如行走时0传感器突然传回高电平信号，则启动传感扫描。（1）（2）（3）（4）如扫描结果是1或2图，表示小车微偏离黑带向左，则将小车右轮暂停行走，让左轮继续行走一小断，使得