项目五：智能小车的设计-ppt

-1单片机小系统设计与应用项目五：智能小车的设计柳州职业技术学院LiuzhouVocational&TechnicalCollage-2项目内容一、智能小车的设计任务书二、智能小车硬件系统方框图三、智能小车硬件电路方案认证与选择五、调试过程分析四、智能小车软件系统程序设计-3一、智能小车的设计任务书（一）项目设计任务（二）项目设计要求（三）项目完成要求（四）项目评分标准-1.使小车能沿着黑线行走。2.能用声音控制小车启动。3.遇到障碍物时能左转或右转。4.能够显示小车行走的时间5.能够显示小车走过的路程。（一）项目设计任务：以单片机为核心器件，设计一台智能小车。（二）项目设计要求：（三）项目完成要求：1.画出硬件电路图并说明电路的工作原理。2.画出程序设计流程图。3.编写和调试各模块源程序。4.完成整个项目源程序的综合调试。一、智能小车的设计任务书-5（四）项目评分标准：评分项目评分指标配分评分项目设计态度积极查找资料，上课专心听讲，不抄袭、复制他人的程序及报告，按时完成老师布置的任务10设计与总结报告正确画出项目设计硬件电路图10正确画出软件系统程序设计流程图10调试结果分析及使用操作说明5具体功能实现能使小车能沿着黑线行走10能用声音控制小车启动10能使小车检测到障碍物时左转或右转5能够显示小车行走的时间10能够显示小车走过的路程5完成整个项目程序联调5答辩评分自述部分10回答部分10-6一、硬件系统方框图二、硬件方案论证与选择三、软件系统程序设计四、调试过程分析五、项目设计总结智能小车的设计过程分析-7二、智能小车硬件系统方框图显示电路微控制器声音检测电路路程检测电路巡迹电路直流电机驱动电路障碍物检测电路-81.微控制器的选择智能小车硬件电路方案论证与选择内容2.直流电机驱动电路元件选择方案3.巡迹电路元件选择方案4.声音检测电路方案5.显示电路的选择6.路程检测电路的选择7.避障电路方案-9三、智能小车硬件电路方案论证与选择1.微控制器的选择微控制器是系统控制的中心部件，负责控制与协调各种传感器的监测工作。控制器的类型很多，主要有：c.单片机微控制器a.FPGA微控制器b.ARM微处理器由于单片机算术运算功能强，软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低，体积小，技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。本系统中，采用STC89C52RC单片机作为整个系统的控制器。-10AVR单片机三星单片机凌阳单片机51系列单片机单片机微控制器单片机微控制器的选型-112.直流电机驱动电路元件选择方案直流电机驱动电路分立元件L298NLG9110IR2110TA7257P-12（1）用分立元件构成的智能小车电机驱动电路Q4D882Q3D882Q1B772Q2B772Q59014Q69014GND+6VR3150R4150ML+ML-L+L-C1CAPQ10D882Q9D882Q7B772Q8B772Q119014Q122N2222GND+6VR5150R6150MR+MR-R+R-C6CAPR8RES2R7RES2R10RES2R9RES234U8B74LS0456U8C74LS0498U8D74LS041110U8E74LS04PWM输入信号-13•分立元件电机驱动电路工作原理分析：当左侧电机需要前进时，L-端保持为“1”，电机的转动速度由L+端的占空比决定;当左侧电机需要后退时，L+端保持为“1”，电机的转动速度由L-端的占空比决定；当右侧电机需要前进时，R-端保持为“1”，电机的转动速度由R+端的占空比决定;当右侧电机需要后退时，R+端保持为“1”，电机的转动速度由R-端的占空比决定。-14LG9110是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片IC之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。该芯片有两个TTL／CMOS兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，它具有较大的电流驱动能力，每通道能通过750～800mA的持续电流，峰值电流能力可达1.5～2.0A；同时它具有较低的输出饱和压降与静态电流；内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管的使用上安全可靠。LG9110被广泛应用于玩具汽车电机驱动、自动阀门电机驱动、电磁门锁驱动等电路上（2）用集成电机驱动芯片LG9110构成电机驱动电路-15LG9110外形及引脚分布-16LG9110的电气特性和逻辑关系LG9110的输入输出波形-17LG9110的控制电路-18L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。L298N电机驱动芯片外形及封装（3）用L298N电机驱动芯片构成电机驱动电路-19L298N电机驱动芯片内部结构-20L298N可接受标准TTL逻辑电平信号，VSS可接4．5～7V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46V。输出电流可达2．5A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。L298N电机驱动芯片引脚说明-21In3，In4的逻辑控制表与上表相同。由上表可知EnA为低电平时，输入电平对电机控制不起作用，当EnA为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。L298N逻辑功能控制表-22L298N构成的电机驱动电路原理图-23a.VDD越大电机A,B速度越快，VDD所接电池盒或者直流电源最好不要超过12V，否则比较容易烧毁。b.控制时请尽量避免电机在短时间频繁正反转，这样也容易烧毁接电机A接电机B接电池盒正极7.2-12V接电池盒负极L298N构成的电机驱动电路模块接法-24接单片机2个IO口(用于控制电机A)接单片机2个IO口(用于控制电机B)本板自带的5V直流电压输出,可以给单片机和传感器板供电，注意正负级都要接ENAENB一般不去接任何输入信号。除非您对L298N芯片非常熟悉EA1的2个短路帽不要去拔掉它7805稳压管控制，不要拔它。拔除则没有+5V输出，不工作。-25IR2110采用HVIC和闩锁抗干扰CMOS制造工艺，DIP14脚封装。具有独立的低端和高端输入通道；悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达500V，dv/dt=±50V/ns，15V下静态功耗仅116mW；输出的电源端（脚3,即功率器件的栅极驱动电压）电压范围10～20V；逻辑电源电压范围（脚9）5～15V，可方便地与TTL，CMOS电平相匹配，而且逻辑电源地和功率地之间允许有±5V的偏移量；工作频率高，可达500kHz；开通、关断延迟小，分别为120ns和94ns；输出峰值电流为2A。IR2110的内部功能框图如图1所示。由三个部分组成：逻辑输入，电平平移及输出保护。如上所述IR2110的特点，可以为装置的设计带来许多方便。尤其是高端悬浮自举电源的成功设计，可以大大减少驱动电源的数目，三相桥式变换器，仅用一组电源即可。（4）用IR2110电机驱动芯片构成电机驱动电路-26PDIP封装的IR2110引脚IR2110电机驱动芯片的外形及引脚-27引脚序号符号功能1LO下桥臂驱动输出2COM下桥臂电源地3VCC下桥臂电源6VS上桥臂浮动电源参考地7VB上桥臂浮动电源8HO上桥臂驱动输出11VDD逻辑电源12BIN相位上桥臂驱动器的逻辑输入13SDIR2110片选控制端，低电平有效14LIN相位下桥臂驱动器的逻辑输入15VSS逻辑地4、5、9、10、16NC空脚IR2110电机驱动芯片引脚说.明-28集成芯片IR2110电机驱动电路IR2110输入输出波形-29操作电压范围6V～18V。输出平均电流可达1.5A，峰值电流可达4.5A。内部设计有电流过载保护装置和过热保护电路。工作电路电压引脚与电动机电源电压引脚相对独立，故可用于伺服控制。（5）用直流电动机控制芯片TA7257P构成电机驱动电路TA7257P的功能特性：TA7257P为全桥式结构的直流电动机旋转控制器，具有正转、反转、停止及刹车功能。TA7257P适合工业上的应用，如磁带盘、影片盘等机械运转装置的控制。-30TA7257P的外形、内部结构、引脚说明-TA7257P的4种工作模式由两个输入信号的状态组合决定，见下表。工作模式IN1IN2OUT1OUT2刹车11LL正转/反转01LH反转/正转10HL停止00高阻抗TA7257P的工作模式确定TA7257P的4种工作模式-下图为实际应用电路，说明如下：R、C的数值由电动机固有的常数及电路寄生值决定，正常使用时R=33Ω，C=0.1μF。如刹车太松，可在输出端与GND之间连接二极管，如D1、D2。若输出端反电动势太强，可能导致芯片内部的二极管烧毁，可在输出端与VCC之间外加二极管，如D3、D4。TA7257P构成的电机驱动电路-333.巡迹电路元件选择方案巡迹是指小车在白色地板上循黑线行走，通常采用的方案有：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。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。方案1：利用光敏电阻组成光敏探测器。-34颜色传感器对颜色具有较高分辨率，能较准确区分各种颜色，但它易受外界光的干扰并且价格昂贵，在此处只为区分黑白色，没有必要使用。方案2：采用颜色传感器。方案3：采用红外探测法实现。红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点。在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在电动小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，电动小车上的接收管接收不到红外光。单片机根据是否收到反射回来的红外光来确定黑线的位置，从而控制小车的行走路线。采用红外线发射，外面可见光对接收信号的影响较小，再用射极输出器对信号进行隔离。-35红外探测法常采用的元件是反射式红外线光电传感器。它的特点是尺寸小、使用方便、工作状态受温度影响小。它的外围电路简单且工作可靠。经过比较分析，从经济性和可靠性选择方案3作为巡迹检测电路的方案。反射式红外光电传感器ST188CNY70RPR220ST188TCR5000反射式红外线光电传感器主要类型有：-36光敏电阻ST188TCR5000CNY70RPR220常用反射式红外线光电传感器的外形-37-38c.光滤波器：唯一仅让波长为红外线附近光谱通过的滤光透镜，可用来加强光敏晶体管的抗噪声能力﹝红外线以外不可见与可见光的干扰﹞。红外线光反射器型CNY70是小车在导引线﹝电工胶带﹞上的感测组件，CNY70的内部结构如下图所示，其中包含红外线发光二极管、光敏晶体管，以及光滤波器，其功能分别如下：a.红外线发光二极管：类似发光二极管﹝LED﹞的功能，当PN两端加上顺向偏压时可发出波长为800nm的红外线可见光。b.光敏晶体管：为一个对红外线波长具敏感反应的光侦测组件，当光敏晶体管受红外线照射时为低阻抗，而未受光照射时则呈高阻抗。-39CNY70的内部结构、引脚图-40U1CNY70U2CNY70U3CNY7012U4A458434U4B458456U4C4584RP120KRP220KRP320KR1300R2300R3300R410KR510KR610KR7