智能小车论文

智能小车（C题）

摘要:以STC89C52单片机为控制器利用TCRT5000红外对管分别进行内外车道循迹及路面标记识别、L298N电机驱动芯片驱动直流电机进行PWM调制实现小车电机的调速、转弯、超车。

关键字：STC89C52；TCRT5000；L298N；PWM

目录

引言 ………………………………………………………………3

第一章 方案设计与论证………………………………………….3

1.1 车体设计………………………………………………………3

1.2 主控系统……………………………………………………..3

1.3 电机…………………………………………………………..3

1.4 电机驱动……………………………………… …………….4

1.5 循迹模块……………………………………………………..4

1.6 保持车距设计………………………………………………..4

1.7 超车设计…………………………………………………… .5

第二章 硬件设计……………………………………………… …5

2.1 总体设计………………………………………………… ….5

2.2 控制器电路……………………………………………… ….5

2.3 电机驱动…………………………………………………… .6

2.4 循迹电路………………………………………………… ….6

第三章 软件设计……………………………………… ………..7

3.1 智能小车程序流程………………………………… ……….7

第四章 制作安装调试………………………………… ………..8

4.1 制作安装…………………………………………… ……….8

4.2 问题解决与程序调试……………………………… ……….8

4.3 使用的工具及数据表格…………………………… ……….8 结束语……………………………………………………… …….8 参考文献………………………………………………… ……….8

引言：

根据题目要求，甲乙小车同时起动，先后通过各个标志线同向行驶，在超车区实现超车，行驶时间尽可能短，就必须对两辆小车速度进行严格控制，并且因为小车赛道宽度长度及各种标志线有要求所以小车在进行运行时就得做到转弯超车灵敏度高，避免速度不同步出现撞车现象以及小车进入超车区和驶出超车速度的调节，我们根据题目要求设计制作如下方案。

第一章 方案设计与论证

1.1 车体设计

方案1：

自己制作电动车。经过考虑，若自己制作电动车，可以根据题目实际需要进行制作，达到理想效果，但制作工序复杂，耗费大量时间，可靠性不好，在如此紧迫的赛程里，我们只能选择放弃此方案。

方案2：

使用已有车模改装。在已有车模的基础上进行改装，省去了制作电动车的大量时间，且可靠性高，用塑料做的车架，易改装，比铁制小车更轻便、美观，达到减轻车体重量及提高小车速度的目的。综合考虑，我们选择此方案。

1.2主控系统 方案一：

AVR单片机是高速嵌入式单片机多累加器型，数据处理速度快。AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行，中断响应速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断。其次，AVR单片机耗能低，I/O口功能强,具有A/D转换等电路有功能强大的定时器/计数器及通讯接口，定时/计数器T/C有8位和16位,可用作比较器。计数器外部中断和PWM(也可用作D/A)用于控制输出，某些型号的AVR单片机有3～4个PWM，是作电机无级调速的理想器件。但由于比较陌生本方案不作选择。

方案二：

STC89C52是一种低电压、高性能的COMS 8位单片机，片内8K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短，且价格比较低廉，市场供应充足且足够本设计存储需要，I/O口控制简单。从价格方面考虑，我们选择方案二。

1.3电机

方案一：直流电机

直流电机的控制简单，只需给电机的两根控制线加上适当的电压即可使电机转动起来，电压越高则电机转速越高（电机耐压范围内）。对于直流电机的速度调节，可以采用改变电压的方法，也可采用PWM调速方法。PWM调速就是使加在

直流电机两端的电压为方波形式，通过改变方波的占空比实现对电机转速的调节。

方案二：步进电机

步进电机角度可以精确的定位，实现小车前进路程和位置的精确定位。本来很适合本次小车车速的精确控制及转弯超车的目的虽然采用步进电机等诸多优点，但步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。本设计需要运行时间尽可能短，所以我们放弃了本方案。综上所述，我们选择方案一。

1.4 电机驱动

方案一：

采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。它相应频率比较高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，带有控制使能端。且可用PWM进行调速，用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良，工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。 方案二：

采用H型全桥式驱动电路，由分立元件构成电机驱动电路，很方便的实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动,其结构简单，价格低廉，但是性能不稳定，所以我们放弃用分立元件H桥作为驱动电路。综上所述，我们选择方案一。

1.5 循迹模块

方案一：

采用TCRT5000反射式红外发射—接收对管，检测路面的黑色引导线。当发出的红外线照到白线上时，光线被反射，接收管接收到光线的照射，输出为低电平；当发出的红外线照到黑线上时，光线被吸收，接收管接收不到光线，输出高电平。且红外对管对黑线的识别率较高，且不易受外界光线的影响，能可靠的实现线路检测，适用于本设计的实行。

方案二：

光敏电阻实现对黑线引导线的识别。此方案电路结构简单，成本较低，但光敏电阻极易受外界光线的影响，容易造成误判，使小车失去控制。所以我们放弃本方案。综上所述，我们选择方案一。

1.6 保持车距设计

方案一：

激光测距主要用于远程，如测月球到地球距离，或远距离无障碍测距，而且成本要比用超声波大，光速为3×10^8M/S，而一般市场上的单片机最高频率在十几至几十兆，（本人接触的ARM最大30M）如果测量的距离在十米左右，那么假设单片机别的都不做只是计数，出射光将在大约0.033us后返回，要求单片机CLK为1/0.033MHz，也就是说30M时钟频率的单片机刚发出出射激光的命令，光就已

经在它的下个CLK脉冲来到了，更别提计数了，即使使用频率很高的单片机或其他器件如FPGA等在精度上将不能满足需要（通常在收发间隔中得到的计数脉冲越多精度越高）。

方案二：

通过红外对管TCRT5000循迹找超车路面标注将信号送进单片机，单片机再对L298N驱动芯片进行PMW调制占空比调节电机速度保持小车车距，避免撞车现象。综合考虑选择方案二。

1.7 超车设计

方案一:

要实现两辆小车的协调超车需要进行通信联机，无线网络速度快精度高，但硬件软件设计复杂，短时间很难实现。

方案二：

采用红外对管TCRT5000寻找超车标志后沿内线跑，进行PMW电机调速进入超车区后在进行PWM调速等待超车的车，达到超车目的，最后PWM调速驶出超车区。综上所述，我们选择方案二。

第二章 硬件设计

2．1 总体设计

图 1 系统框图

2.2 控制器电路

采用STC89C52单片机构成单片机最小系统将I/O用排针引出，作为本设计控制器主电路。

图2 单片机最小系统原理图

2.3 电机驱动

L298N做直流电机驱动，利用光电耦合器进行光电隔离增强板子抗干扰能力并且电机可以通过接线柱选取5V、12V供电，达到对速度的不同要求。

图3 电机驱动原理图

2.4 循迹电路

TCRT5000红外对管灵敏度高具有很好的黑白反射，对黑线进行寻线经过LM324电压比较，输出高低电平传输给单片机，单片机判断作出相应动作，从而达到寻线目的。

图4 循迹原理图

第三章 软件设计

3.1 智能小车程序流程

图 5 寻外线程序流程图

图 6 寻内线程序流程图

第四章 制作安装调试

4.1制作安装

根据硬件设计方案设计原理图、PCB图，利用热转印、三氯化铁腐铜法制作PCB板，焊接好PCB板进行检查通电测试，将PCB板进行规划布局安装到小车底盘，连接好各I/O口与电机驱动模块、红外对管循迹模块的连线；将程序烧进单片机，通电在小车跑道上进行运行。

4.2 问题解决方案与程序调试

1. 甲小车在跑道上按照寻内线跑的时候容易出现抛离车道及无法正常转弯现象首先重新调节了红外对管离地面的高度，并对红外对管的灵敏度进行慢慢调节，能够进行寻线，但还是不够稳定，经讨论采用红外对管紧紧卡线的方法进行灵敏度调节，最终达到寻内线的效果，在超车区小车很难进入超车道内线和驶出超车道，利用红外对管寻到超车标志线后PMW调速进行一步步的实验，最终达到小车超车效果。

2.乙小车在跑道上按照寻外线跑的时候也采用紧紧卡线的办法进行寻线，但每到直角转弯的时候发生抛离，经分析采用PWM调制小车速度走切线的方法进行转弯，效果明显。

3.甲乙两辆小车要进行交替超车所以小车的距离要进行控制，在进入超车标记后进行PWM调速，采用让车方案。

结束语

本次设计，我们达到了题目的基本要求，小车能够各自跑完一圈后再进行第二圈的超车，但是由于没有充分的准备小车无法完成发挥部分的进行交替超车，不能在两车之间建立通信。不过第一次参加全国电子竞赛的我们感觉这次的经历对我们以后的成长会是一个很大的帮助，学到了许多课本以外的知识，由于学习知识的缺乏，出现问题难以快速解决。增长知识面，掌握各种电路的原理及应用成为我们首先要学习的。