电子大赛 设计 电赛智能小车

简易智能小车作品类别：第五类引言本系统采用AT89S52作为主控制芯片，整合控制器模块，金属 探测模块，障碍物探测模块，路面检测模块，光源探测模块，电机驱 动模块，实现小车自动寻路，金属探测，避障和寻光入库。电路结构 简单，可靠性能高，无论在结构和技术上都具有较好的科学性，在无 人区引导探测金属矿源方面具有一定的应用前景。方案设计一、设计要求：1. 电动车从起跑线出发，沿引导线到达B点。在“直道区”铺 设的白纸下沿引导线埋有13块薄铁片。电动车检测到薄铁片时需 立即发出声光指示信息，并实时存储、显示在“直道区”检测到的薄 铁片数目。2. 电动车到达B点以后进入“弯道区”，沿圆弧引导线到达C点要求电动车到达C点检处停车5秒，停车期间发出断续的声光信息。3. 电动车通过障碍区，在光源的引导下，进入车库。引导线铁片简易路程图二、方案选择：1. 电机驱动方案的选择与论证方案一：使用继电器对电机进行开关控制和调制。但缺点很明显，这种电路不能和单片机直接连接，因为它返回“0”时，并没有 接到地上，所以单片机并不能识别，反而都会的还是0,其次继电器 响应慢而且机械结构容易坏。方案二：使用三极管或者达林顿管，结合单片机输出PWM信号实现调速 的目的，此方案易于实施，但若控制电机转动方向较为 困难工作不是很稳定。方案三：使用PWM控制芯片来实现对电机的控制，控制就是对 脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制， 来等效地获得所需要波形。2. 路面寻线模块方案一：采用光敏传感器，根据白色背景和黑线反光程度的 不同来判断传感器是否位于黑线上。方案二：采用反射式红外传感器来进行探测。只要选择数量和 探测距离合适的红外传感器，可以准确的判断出黑线的位置。方案选择：采用方案二。方案一受环境光的影响太大，效果不 佳。而红外光不易受到环境光的干扰。3. 金属检测模块采用金属接近开关来检测铁片，当金属接近时，高频磁场在金 属中产生了涡流，使得LC谐振回路的震荡幅度下降到阈值电压，开 关输出信号。4. 寻光模块方案一：采用单一的光敏电阻，利用其在不同的光强下阻值不 同，确定小车的转向，保证其朝着光源最强的角度前进，这样做电路 实现简单，但是精度不易控制。方案二：采用多个光敏电阻，在小车车头排列成为半圆状结构。 根据矢量合成原理，按照各个传感器测量光强的不同，确定小车相对于光的位。方案选择:采用方案二。此方案实现较为复杂但能取得良好的效 果。5. 避障模块方案一：采用一体化红外接收头，在38KHz附近，接收头的灵 敏度不同。依次在38KHz发射频段不同的红外线，在距离障碍物一 定距离时测出障碍物。方案二：采用超声波测距的方法，利用超声波传感器，监视测 量发射脉冲和接受脉冲的时间差，计算超声波和物体之间的距离。可 以将避障和寻光模块一起排列为环状结构。方案选择：因超声波测距有其性能上的优势，所以选择方案二。二、总体设计:电动机驱动模块四、单元电路设计:1控制器模块：本设计采用Atmel公司的AT89C51作为系统控制器的单片机方 案，AT89C51主要用于控制实现电动车速度控制、循迹行驶、金属探 测、金属数目数码管显示、躲避障碍物及探测光源寻光入库的功能。（AT89C51电路图）2金属探测模块：工作电压直流DC636V,三线制，NPN,常闭，检测距离8mm,电流200mA;电子模块配件店ll蓝色+5棕色5.1K黑色接单片机I/O 口接线方式:3电机驱动模块:电机的驱动芯片选用L298N作为驱动芯片。工作稳定电机驱动信号由单片机提供，信号经过光耦隔离后，传至PWM控制芯片L298N，通过L298N的输出脚与两个电机相连。H2876斗32+5-+ 1210121VSSIN2IN3vsIN4OUT1OUT2EN AOUT3EN BOUT4GNDISEN AISENBU25L298N1314-54+ 122-=r H2H5电机LALB00不转01前转10后转11不转4循迹模块:当小车在白色地面行驶时，装在车下的红外发射管发射红外 线信号，经白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信号， 输出端将输出低电平；当小车行驶到黑线时，红外线信号被黑色吸 收后，将输出高电平，从而实现了通过红线检测信号的功能。将检 测到的信号送到单片机的I/O 口，当I/O 口检测到的信号为高电 平时，表明红外光被地上的黑线吸收了，表明小车处在黑色的引线 上；同理，当I/O 口检测到的信号为低电平时，表明小车行驶在白 色地面上。反射式红外传感器ST188采用高发射功率红外广 电 二极管和高灵敏度光电晶体管组成。检测距离可调整范围为4 15mm；采用非接触检测方式LED （由左侧的白色方块表示）和探 测器装（在右侧）。虚线表示光线从发射器LED中发出并反射回 探测器；探测器检测到的光强大小取决于物体表面的反射率，而这 一光强就是传感器的输出值。如图所示，选通信号（高电平）经 过三极管扩流后送到传感器的K脚，如果检测到黑线，传感器C 脚输出高电平；否则输出为低电平。为了提高控制精度，要求传感器排列紧密，越紧越好。但传感器排 列紧密，传感器发射管的光线可能会从地面反射进入临近传感器的 接收管。所以不能同时开启这些传感器。反射式红外传感器工作原理I_I J_IT1H4-TCRT5000 I OZXJIIr TCRT5000: = I1 =-5、避障模块：超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接受回波的时间差t,然后求出距离S=Ct/2,式中的C为超声波波速。3.3V6、电机驱动模块：本L298N驱动模块，采用ST公司原装全新的L298N芯片, 采用SMT工艺稳定性高，采用高质量铝电解电容，使电路稳定工作。 可以直接驱动两路3-35V直流电机，并提供了 5V输出接口 （输入最低只要6V）,可以给5V单片机电路系统供电（低纹波系数）,支持3.3V MCU ARM控制，可以方便的控制直流电机速度和方向。JII1012_1156111 2 3 4 TNTNTNTNseiismgA sensmeB GND_eiiableA eiiableBL298N0UT1OUT2OUT3OUT4TB16vccvccJ5D9 VCCOOTAlldlor40OVTA2OLTODOV7B21*CON.CON37寻、光模亠CON7IJ2丿OUTB2634B光源探测电路如下图所示，VT5为光敏三极管，三极管VT4、VT6构成达林顿管，三极管VT8是为了提高电路的负载能力，其中R1为可变电阻（0-5K）,可调节光源探测灵敏度。单片机可直接对VT8输出信号进行判断。GND VCCE C E C E C9013五、软件设计：1、循迹算法：如果某时刻检测到黑线偏左，就要向左转弯；如果检测到黑线偏右，就要向右转。为了克服惯性，防止小车左右摆冲出黑线，采用PWM波控制小车速度，来使其平稳运动。部分程序如下:void timerO() interrupt 1 /* TO 中断服务程序 */if(tvzkbz) enl=l; else en1=0; /* 产生电机 1 的 PWM 信号 */ if(tvzkby) en2=1; else en2=0;/* 产生电机 1 的 PWM 信号 */ t+;if(t=100) t=0; /* 1个PWM信号由100次中断产生*/ void xunji(void)switch(a)case 0x06:flag=0;s1=0;s2=1;s3=0;s4=1;zkbz=65;zkby=65;break;case 0x02:flag=0;s1=0;s2=1;s3=0;s4=1;zkbz=65;zkby=15;break;case 0x01:flag=0;s1=0;s2=1;s3=0;s4=1;zkbz=55;zkby=5;break;case 0x04:flag=0;s1=0;s2=1;s3=0;s4=1;zkbz=15;zkby=65;break;case 0x08:flag=0;s1=0;s2=1;s3=0;s4=1;zkbz=5;zkby=60;break;case 0x00:flag=1;s1=0;s2=1;s3=0;s4=1;zkbz=50;zkby=50;break; default:break;2、金属探测:当探测到金属片时，管脚返回低电平0,数码管加一。程序如下:if ( b=0) c=0;Delaynms(160); b=l;c=l;d=d+1;P0=tabled;3、超声波避障:当小车4个红外探测器探测到黑线后，5s计时后进入避障阶段，当前方有障碍物时，小车做如下动作：左拐一直走一右拐一直走。部分程序如下：void Conut(void)time=THl*256+TLl;TH1=O;TL1=0;S=time*1.87/100;算出来是 CM 11。0592M 晶振if(flag=1)超出测量flag=0;s1=0;s2=1;s3=0;s4=1; elseif(S=32)zkbz=80;zkby=80;s1=0;s2=1;s3=0;s4=1;elsezkbz=60;zkby=60;s1=0;s2=1;s3=1;s4=1;Delaynms(1000);zkbz=60;zkby=75;s1=0;s2=1;s3=0;s4=1;Delaynms(1000);zkbz=60;zkby=60;s1=0;s2=1;s3=0;s4=1;Delaynms(1500);s1=1;s2=1;s3=0;s4=1;Delaynms(2000);s1=0;s2=1;s3=0;s4=1;Delaynms(1500);e=e+1;if(e=2) e=0;4、寻光入库：小车避障后进入寻光入库阶段，由寻光电路工作，寻找光源。部分程序如下:void quguang(void)switch(f)case 0x40:sl=0;s2=l;s3=0;s4=l;zkbz=65;zkby=65;break; /* 直走 */ case 0x80:s1=0;s2=1;s3=0;s4=1;zkbz=65;zkby=15;break; /* 左拐 */ case 0x20:s1=0;s2=1;s3=0;s4=1;zkbz=15;zkby=65;Delaynms(100);break;/* 右拐 */case 0xC0:s1=0;s2=1;s3=0;s4=1;zkbz=55;zkby=15;break;/* 小右拐*/case 0x60:s1=0;s2=1;s3=0;s4=1;zkbz=15;zkby=55;break;/* 小左拐*/case 0x00:s1=0;s2=1;s3=0;s4=1;zkbz=65;zkby=15;break;/* 左拐 */default:break;Delaynms(10);六、整体测试：1循迹：循迹时，小车转弯时候老冲出黑线，通过调节PWM波调节小车速度，当个PWM信号由100次中断产生时，调节直线时，小车 左右速度65,转弯时候65、15，小车平稳运动。2金属探测:金属探测时，当金属片据传感器大于0.5 cm时候，金属探测失灵，应把传感器置于据金属片0.5cm的高度上。3.超声波避障：当规避动作在小于据障碍物距离S=15cm时，小车将不能完全避开障碍物，所以，应设定S30时，小车才能完全规避。4寻光入库：通过调节R1,来调节寻光电路灵敏度，来避开自然光的影 响，R1过大时候易收到自然光干扰，R1过小时候易击穿三极管。七、结论：经过以上调试，小车能实现循迹、金属探测、避障、寻光入库的 功能，但是由于电源电压不恒定和万向轮的影响，小车在避障时候， 不太稳定，每次转向程度偏差较大。总体上来说，小车实现了预定功能，在整个设计过程中，我们组也遇到了很多困难，比如说小车运行不稳定，程序不够简洁明了，寻 光干扰较大等问题，但在全体小组成员的努力下，终于完成了整个小 车项目，经核算，小车花费不到200元。附小车图: