智能小车设计总结文档格式.docx
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4
1.2.3寻迹模块
2・2.4；
/•光模块
3.2.5声音控制模块
5
1.2.6电机驱动模块
2、系统硬件总体设计框图
3.单元模块设计
3.1红外避障电路的设计--
3.2铁片检测电路的设计
6
3.3黑带检测电路的设计
7
3.4寻光电路的设计
8
3.5电机驱动电路的设计
9
3.6声音控制电路的设计
4、系统软件设计
g
5、实际测试
——10
5.1测试设备
10
5.2测试结果
10
5.3其它功能测量
11
6.测试结果分析
7、设计总结
8、参考文献
9.附：
部分源程序代码
16
1、总体设计方案的选择与论证
1.1主体方案的论证与比较
方案一:
采用各类数字电路来组成小车的控制系统，对外围避障信号，黑带检测信号,铁片检测信号，各路趋光信号进行处理。
本方案电路复杂，灵活性不高,效率低,不利于小车智能化的扩展,对各路信号处理比较困难。
方案二：
采用ATM89s52单片机来作为整机的控制单元。
红外线探头采用市面上通用的发射管与及接收头，经过单片机调制后发射。
铁片检测采用电感式接近开关LJ18A3-8-Z/BX检测，黑带采用光敏二极管对光源信号采集,再经过ADC0809转化为数字信号送到单片机系统处理。
此系统比较灵活，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，能很好地满足题目的要求。
比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好,能达到题目的设计要求，因此采用方案二来实现。
1.2各模块方案选择
1.2.1避障方案选择
方案一：
采用超声波避障，超声波受环境影响较大，电路复杂，而且地面对超声波的反射，会影响系统对障碍物的判断。
4方案二:
采用红外线避障，利用单片机来产生38KHZ信号对红外线发射管进行调制发射，发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调，输出TTL电平。
外界对红外信号的干扰比较小,且易于1.2.2检测铁片方案选择
采用电涡流原理自制的传感器，取才方便/旦难以调试,输出信号也不可火，成功率比较低，难以准确输出传感信息。
采用市面易购的电感式接近开关，本系统采用市面比较通用LJ18A3-8—Z/BX来完成铁片检测的任务。
虽然电感式接近开关占的体积大，对本是可以接受，且输出信号较可*，稳定性好，受外界的干扰小，故采用方案二。
1.2.3黑带检测方案选择
采用发光二极管发光,用光敏二极管接收。
由于光敏二极管受可见光的影响较大，稳定性差。
a方案二:
利用红外线发射管发射红外线,红外线二极管进行接收。
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。
本方案也易于实现，比较可*,因此采用方案二。
1.2.4寻找光源功能电路选择
在小车前面装上几个光电开关,通过不同方向射来的光使光电开关工作，从而对小车行驶方向进行控制，根据光电开关特性，只有当光达到一定强度时才能够导通，因此带有一定的局限性。
方案二:
在小车前面装上参数一致的光敏二极管或者光敏电阻，再通过A/D转换电路转换成数字量送入单片机，单片机再对读入的儿路数据进行存储、比较，然后发出命令对外围进*作。
对方案一、二进行比较，方案二硬件稍为复杂，但能够对不同强度的光进行采集以及比较，*作灵活，所以采用方案二。
1.2.5声音控制电路选择
采用模拟电路直接搭建，电路主要由柱极体传感器和普通的三极管构成的声控电路，电路设计简单，成本低,功耗低，结构简单，调试方便，能直接获得高低电平为单片机所用，为硬件制作节省时间，但信号采集不够灵敏。
采用555芯片构造时基集成电路，电路主要由555芯片，晶体管放大器等构成，以555芯片集成构造双稳态电路进行前后状态的改变，信号采集更为精确，但是调试难度相对高，成本和功耗也稍逊,且还没有现存元件。
综上，经比较验证，根据题目要求和基于实际情况，声控电路只要是启动和停止智能小车，方案一本身是与小车相兼容的，性能也比较好，且比较符合我们实际情况，故我们采用方案一。
1.2.6智能车驱动电路方案选择
采用分立元件组成的平衡式驱动电路，这种电路可以由单片机直接对其进行大作，但由于分立元件占用的空间比较大，还要配上两个继电器，考虑到小车的空间问题，此方案不够理想。
合方案二:
因为小车电机装有减速齿轮组，考虑不需调速功能，采用市面易购的电机驱动芯片L298N,该芯片是利用TTL电平进行控制，对电机的*作方便，通过改变芯片控制端的输入电平，即可以对电机进行正反转*作，很方便单片机的*作，亦能满足直流减速电机的要求。
因此采用方案二。
也、系统硬件总体设计框图
电机驱动
图1智能乍运行基本原理图框图A说明：
避障部分采用红
外线发射和接受原理。
铁片检测采用电感式接近开关U18A3-8・Z/BX检测，产生的高低电平信号经过处理后，完成相应的记录数目，驱动蜂鸣器发声。
黑带寻迹依*安装在车底部左右两个光敏二极管对管来对地面反射光感应。
寻光设计在小车前端安装3路（左、中、右）光敏电阻对光源信号采集,模拟信号经过ADC0809转化为数字信号送到MCU处理。
记程通过在车轮上安装小磁块，再用霍尔管感应产生计数脉冲。
记时由软件实现，显示采用普通七段LED。
此系统比较灵活，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。
3、单元模块设计
3.1红外避障电路
采用红外线避障方法，利用一管发射另一管接收，接收管对外界红外线的接收强弱来判断障碍物的远近，由于红外线受外界可见光的影响较大，因此用250Hz的信号对38KHz的载波进行调制，这样减少外界的一些干扰。
接收管输出TTL电平，有利于单片机对信号的处理。
采用红外线发射与接收原理。
利用单片机产生38KHz信号对红外线发射管进行调制发射，发射距离远近由RW调节,本设计调节为10CM左右。
发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来,红外线接收管对反射回来信号进行解调，输出TTL电平。
利用单片机的中断系统，在遇障碍物时控制电机并使小车转弯。
由于只采用了一组红外线收发对管,在避障转弯方向上，程序采用遇障碍物往左拐方式。
如果要求小车正确判断左转还是右转，需在小车侧边加多一组对管。
外界对红外信号的干扰比较小，性价比
高。
o调试时主要是调制发射频率为接收头能接收的频率，采用单片机程序解决。
发射信号强弱的调节，由可调精密电阻调节。
红外线发射接受电路原理图如图2所示。
图2红外避障电路。
3.2检测铁片电路
铁片检测采用电感式接近开关UI8A3—8・Z/BX检测,产生的高低电平信号经过处理后，完成相应的记录数目，驱动蜂鸣器发声。
铁片检测电路如图3所示。
图3铁片检测电路
3.3黑带检测电路
黑带检测电路如图4所示:
上图只是黑线一侧的检测电路，另一侧检测电路也是一样的，通过将传感器检测的信号转换成高低电平输出，不同的输出状态组合可以实现不同运动，如下表所示：
P1.0
P1.1
运动
停止
1
左转
右转
前进
3.4寻光电路
寻光电路如图5所示:
5VVCC
图5寻光电路
3.5电机驱动电路
L298驱动两台直流减速电机的电路。
引脚6,9可用于PWM控制。
如果机器人项目只要求直行前进，则可将5,10和7,12两对引脚分别接高电平和低电平，仅用单片机的两个端口给出PWM信号控制6,11即可实现直行、转弯、加减速等动作。
驱动电路如图6所示：
+L2V
tC4TC5
lOOpF0.1rF
DI~D8=11EQS06
图6电机驱动电路
3.6声音控制电路
如图6所示为声捽模块电路，采用声音的
图6声控电路图
电路主要由检音器（驻极体传感器），晶体管放大器和LM358等构成，采用模拟搭建。
当声敏传感器MIC有声音信号时,Cl电容采集信号，经过三极管Q1将其放大，此时LM358输出高电平;
当声敏传感器MIC没有检测到声音信号时,LM358输出低电平。
4、系统软件设计
Y
图7程序设计框图
5.实际测试
5.1测试设备
模拟跑道:
带直线和半圆弧引导线，地上铺有若干宽15cm长不定的薄铁板，道路中间设有障碍物、终点设有车库。
秒表:
精度0.01s
卷尺：
精度0.001m
5.2测试结果
5.2.1。
基本要求
题目要求一：
小车按引导线到达B点，在直道区测量金属薄片的数量立即发出声光信号，并实时存储、显示在“直道区”所测到的薄铁片数目。
实际测量结果：
小车准确沿引导线行驶，到达B点后准确的测量出薄铁片的数目，同时显示出正确的结果。
题目要求二：
电动车到达B点以后进入“弯道区”，沿圆弧引导线到达C点,在C点停车5秒钟，停车期间发出断续的声光信号。
实际测量结果:
小车准确沿圆弧引导线到达C点，并在C点准确停车5秒钟,发出声光信号。
题目要求三：
电动车在光源的诱导之下，通过障碍区到达车库，电动车必须在两个障碍物之间通过且不得与其接触。
电动车顺利绕过障碍物到达车库。
题目要求四：
电动车到达车库后立即停车，全程时间小于90秒。
直道通行时间
圆弧道通行时间
到达车库时间
第一次
26.58s
50.69s
96.82s
第二次
28.52s
52.36s
90.55s
第三次
27.33s
51.22s
106.88s
电动车行走的时间基本上在90s左右。
5.2.2发挥部分：
电动车在“直道区”在行驶过程中，存储并显示每个薄铁片（中心线）至起跑线间的距离。
测试结果：
设定有两片金属薄片，且其离起跑线的距离分别为60cm和180cm,先把测量结果显示如下：
测量次数
薄铁片数量（片）
第一块距起跑线距离（cm）
第二块距起跑线距离（cm）
2
60.8
178.9
61.3
180.5
60.2
179.6
停车后能准确显示电动车的全程行驶时间。
测量结果：
到达车库停车后液晶板准确显示行驶的全程时间。
5.2.3嗔他功能的测量结果：
1.准确显示全程走过的路程；
2.当停车位置不准时先倒车然后纠正停靠位置。
6.测试结果分析
由上述测量结果可以
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