电子大赛设计电赛智能小车Word文档格式.docx
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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
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。
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
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。
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:
此方案实现较为复杂但能取得良好的效果。
5.避障模块
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。
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。
因超声波测距有其性能上的优势，所以选择方案二。
三、总体设计：
单片机
AT89C51
金属探测模块
障碍物
探测模块
路面检测模块
电动机驱动模块
光源
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DC6~36V,三线制，NPN,常闭，检测距离8mm,电流200mA;
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。
电机
LALB
00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。
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。
6、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MCUARM控制，可以方便的控制直流电机速度和方向。
7、寻光模块：
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。
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：
voidtimer0（）interrupt1/*T0中断服务程序*/
{
if（t<
zkbz）en1=1;
elseen1=0;
/*产生电机1的PWM信号*/
zkby）en2=1;
elseen2=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*/
}
voidxunji（void）
switch（a）
case0x06:
flag=0;
s1=0;
s2=1;
s3=0;
s4=1;
zkbz=65;
zkby=65;
break;
case0x02:
zkby=15;
case0x01:
zkbz=55;
zkby=5;
case0x04:
zkbz=15;
case0x08:
zkbz=5;
zkby=60;
case0x00:
flag=1;
zkbz=50;
zkby=50;
default:
}
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=1;
c=1;
d=d+1;
P0=table[d];
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—直走—右拐—直走。
voidConut（void）
{
time=TH1*256+TL1;
TH1=0;
TL1=0;
S=time*100;
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cm时候，金属探测失灵，应把传感器置于据金属片的高度上。
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S>
30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。
六、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：
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