全国大学生电子设计竞赛论文模板.docx

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全国大学生电子设计竞赛论文模板

2011年全国大学生电子设计竞赛

XXXXXXXXXXXXX（X题）

【XX组】

2011年9月3日

摘要

随着智能控制技术与检测传感器技术的飞速发展，智能机器人将在以后的工业生产的家庭生活中得到广泛的应用。

本系统相当于一个简单的智能机器人，设计者可以通过软件编程实现它的行进、循迹、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示，无需人工干预。

因此，智能电动小车，具有现场编程的特性，是机器人的一种。

本系统采用了AVR系列单片机中的Atmega128作为智能小车的检测和控制的核心，采用模块化的设计方案，运用按键输入模块，光电传感器模块、速度检测模块，实现小车在行驶中自动寻迹、行走直线等问题，并将测量数据传送至单片机进行处理。

电机驱动模块采用电机驱动芯片LM298对电机进行控制。

这种方案能实现对电动小车的运动状态进行实时控制，控制灵活可靠，精度高，可满足系统的各项要求。

目录

1系统方案1

1.1XXXX的论证与选择1

1.2XXXX的论证与选择1

1.3控制系统的论证与选择1

2系统理论分析与计算1

2.1XXXX的分析1

2.1.1XXX1

2.1.2XXX1

2.1.3XXX1

2.2XXXX的计算1

2.2.1XXX1

2.2.2XXX1

2.2.3XXX1

2.3XXXX的计算2

2.3.1XXX2

2.3.2XXX2

2.3.3XXX2

3电路与程序设计2

3.1电路的设计2

3.1.1系统总体框图2

3.1.2XXXX子系统框图与电路原理图2

3.1.3XXXX子系统框图与电路原理图2

3.1.4电源2

3.2程序的设计2

3.2.1程序功能描述与设计思路2

3.2.2程序流程图3

4测试方案与测试结果3

4.1测试方案3

4.2测试条件与仪器3

4.3测试结果及分析3

4.3.1测试结果（数据）3

4.3.2测试分析与结论4

附录1：

电路原理图5

附录2：

源程序6

XXXXXXXX（X题）

【XX组】

1系统方案

本系统主要由无线通信模块、超声波模块、红外对射模块、电子罗盘模块、电机驱动模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。

1.1XXXX的论证与选择

本系统采用AVR单片机作为整机的控制单元，将红外对射管，码盘和槽型光耦，外部键盘等数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动小车的智能化控制。

在本系统中,红外对射管检测黑线,然后将信号传送到单片机系统进行处理,使小车沿轨道自主行走；采用由LM298组成的驱动电路控制电机的转向,实现电动小车的正反向行驶，快慢速行驶及转弯；采用LED实时显示小车行驶的时间；在进行直线路段的行走时根据左右两个码盘所传到单片机的数据进行速度的测量；外部的键盘来控制小车AB段行走的时间和路程。

本系统比较灵活,采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，具有高度的智能化，人性化，一定程度体现了智能，能满足系统的要求。

1.2XXXX的论证与选择

方案一：

XXX。

XXXX

方案二：

XXX。

XXXX

方案三：

XXX。

XXXX

综合以上三种方案，选择方案三。

1.3控制系统的论证与选择

方案一：

XXX。

XXXX

方案二：

XXX。

XXXX

综合考虑采用XXXXX。

1.3控制系统的论证与选择

方案一：

XXX。

XXXX

方案二：

XXX。

XXXX

综合考虑采用XXXXX。

2系统理论分析与计算

2.1XXXX的分析

2.1.1XXX

XXXX

2.1.2XXX

XXXX

2.1.3XXX

XXXX

2.2XXXX的计算

2.2.1XXX

XXXX

2.2.2XXX

XXXX

2.2.3XXX

XXXX

2.3XXXX的计算

2.3.1XXX

XXXX

2.3.2XXX

XXXX

2.3.3XXX

XXXX

3电路与程序设计

3.1电路的设计

3.1.1系统总体框图

系统总体框图如图X所示，XXXXXX

图X系统总体框图

3.1.2电源模块子系统框图与电路原理图

1、电源模块系统框图

电源模块为系统其它各个模块提供所需要的电源。

设计中，除了需要考虑电压范围和电流容量等基本参数之外，还要在电源转换效率、降低噪声、防止干扰和电路简单等方面进行优化。

可靠的电源方案是整个硬件电路稳定可靠运行的基础。

电源电路图如图2-2所示。

图2-2电源电路图

LM2596是3A输出降压开关型集成稳压芯片，它内含固定频率振荡器（150KHZ），和基准稳压器（1.23v），并具有完善的保护电路：

电流限制、热关断电路等。

利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。

提供有：

3.3V、5V、12V及可调（-ADJ）等多个电压档次产品。

3、XXX子程序流程图

4、XXX子程序流程图

图XXXXX子系统框图

2、XXXXX子系统电路

图XXXXX子系统电路

3.1.3XXXX子系统框图与电路原理图

1、XXXX子系统框图

图XXXXX子系统框图

2、XXXXX子系统电路

图XXXXX子系统电路

2.3红外循迹模块

红外发射/接受管检测方式，以后简称红外检测方式。

通过红外发光管发射红外线光照射黑线循迹线，这些循迹线与中心线具有不同的反射强度，利用红外线接收管可以检测到这些信息。

通过合理安排红外发射/接收管的空间位置可以检测车体前方道路相对车体的位置。

红外发射/接收管的一般安放在车体的前端，可以安装一排，也可以前后安装两排。

在小车某一个红外接收管在接收到和接收不到红外光的时候，输出的电压是不同的。

输出电压通过电压比较器LM339比较，输出高低电平控制小车前进和后退。

当接收到红外光时，LM339负相输入端VIN-为低电平，而比较器的参考电压VREF大于VIN-，此时根据比较器的特性可以得知比较器的输出端VOUT为高电平。

反之，当接收不到红外光时，LM339负相输入端VIN+为高电平，而比较器的参考电压VREF小于VIN+，此时根据比较器的特性可以得知比较器的输出端VOUT为低电平。

参考电压VREF还有调整红外发射/接收管精度的功能，这样就可以调节循迹板距离地面的高度。

LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：

失调电压小，典型值为2mV；电源电压范围宽，单电源为2—36V，双电源电压为±1V—±18V；对比较信号源的内阻限制较宽；共模范围很大，0—（Ucc-1.5V）Vo；差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压。

循迹板中接收管是黑色的，黑色可以降低附近强大红外光的影响，使红外接收管灵敏度下降甚至饱和。

本设计采用PA的8个I/O口来对红外对射管进行检测，用定时器0每10ms读取PA口的状态，根据不同的状态来判断车体的位置，从而进行两轮车速的设定。

图2-3循迹原理图

2.4电机测速模块

本设计使用了对射的红外传感器。

当发射端和接收端没有被挡住，接收到红外光线时，信号输出为低电平。

当出现遮挡，接收不到光线时，信号输出为高电平。

其信号处理同循迹传感器一样，都需要使用上拉电阻，将传感器的发射和接收端口骑在光电编码盘上并固定住。

在安装的码盘的时候，使得编码盘转动时刚好可以反复遮挡住红外光线。

这样在小车车轮转动过程中，传感器可以输出与编码盘速度相关联的脉冲量。

同样，利用利用单片机的外部中断6和中断7对速度进行计算—捕捉两个脉冲之间的时间差。

电路图如图2-4所示。

图2-4电机测速电路图

2.5电机驱动模块

小车驱动电机一般利用现成的玩具小车上的配套直流电机。

考虑到小车必须能够前进、倒退、停止，并能灵活转向，在左右两轮各装一个电机分别进行驱动。

当左轮电机转速高于右轮电机转速时小车向右转，反之则向左转。

为了能控制车轮的转速，可以采取PWM调速法，即由AVR单片机的PB5，PB6，PB7，PE5四个I/O通过10位相位修正模式输出一系列频率固定的方波，再通过功率放大来驱动电机，在单片机中编程改变输出方波的占空比就可以改变加到电机上的平均电压，从而可以改变电机的转速。

左右轮两个电机转速的配合就可以实现小车的前进、倒退、转弯等功能。

L298是比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298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可接受标准TTL逻辑电平信号VSS。

VSS可接4.5～7V电压，4脚VS接电源电压，VS电压范围为+2.5～46V。

输出电流可达2.5A，可驱动电感性负载。

电路图如图2-5所示。

图2-5电机驱动电路图

3.1.4电源

电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。

为整个系统提供

5V或者

12V电压，确保电路的正常稳定工作。

这部分电路比较简单，都采用三端稳压管实现，故不作详述。

3.2程序的设计

3.2.1程序功能描述与设计思路

1、程序功能描述

根据题目要求软件部分主要实现键盘的设置和显示。

1）键盘实现功能：

设置频率值、频段、电压值以及设置输出信号类型。

2）显示部分：

显示电压值、频段、步进值、信号类型、频率。

2、程序设计思路

3.2.2程序流程图

1、主程序流程图

2、XXX子程序流程图

4测试方案与测试结果

4.1测试方案

1、硬件测试

2、软件仿真测试

3、硬件软件联调

4.2测试条件与仪器

测试条件：

检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。

测试仪器：

高精度的数字毫伏表，模拟示波器，数字示波器，数字万用表，指针式万用表。

4.3测试结果及分析

4.3.1测试结果（数据）

2V档信号测试结果好下表所示：

（单位/V）

信号值

0.2050

0.2100

0.2045

0.4026

1.007

1.542

1.669

1.999

显示

0.2051

0.2100

0.2044

0.4026

1.006

1.542

1.669

1.999

4.3.2测试分析与结论

根据上述测试数据，XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX，由此可以得出以下结论：

1、

2、

3、

综上所述，本设计达到设计要求。

附录1：

电路原理图

附录2：

源程序