暑假社会实践报告.docx

暑假社会实践报告.docx

《暑假社会实践报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《暑假社会实践报告.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

暑假社会实践报告

大学生社会实践

实践报告

报告题目：

作者姓名：

学院

专业班级：

实践时间

坦克打靶

【摘要】本系统设计核心采用MSP430单片机，通过光敏电阻在不同光照下产生的电压值不同比较实现大范围的光源定位，再用一个“黑匣子”实现光源精确定位，巡线部分采用RPR220红外对管，变化的电压信号通过单片机AD采样后判别出黑线的位置，单片机发出正确的指令控制电机运动，从而实现小车的巡线功能。

经过测试，整套系统基本能够满足题目要求。

【关键词】MSP430单片机巡线寻光动态跟踪

Abstract：

ThecoreofthissystemdesignusingMSP430microcontrollerbyphotosensitiveindifferentlightproducesavoltagevaluesaredifferentcomparedtotherealizationofthelightsourceispositionedtomobileinspectionpartadoptsRPR220infraredonthetube,changingthevoltagesignalpassesthroughasingleADafteridentifyblacklinesampling,microcontrollermadethecorrectinstructioncontrolmotorforcarinspectionfunction.Afterthetest,wholesetsystembasiccansatisfythetopicrequest.

Keywords：

MSP430microcontrollerPatrolthelineSeekthelightDynamictrack

全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的大学生学科竞赛之一，它有助于高等学校实施素质教育，培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风；有助于学生工程实践素质的培养、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力；有助于吸引、鼓励广大青年学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才的脱颖而出创造条件。

其特点是与高等学校相关专业的课程体系和课程内容改革密切结合，以推动其课程教学、教学改革和实验室建设工作。

竞赛的特色是与理论联系实际学风建设紧密结合，竞赛内容既有理论设计，又有实际制作，以全面检验和加强参赛学生的理论基础和实践创新能力。

对于即将步入大三的我们，在理论方面已经掌握了一些专业相关的知识，但是缺少实践，不能很好的将理论与实践结合起来。

此次电子设计大赛给我们提供了一个很好的实践机会。

一、方案设计与论证

（一）主控芯片方案比较

在整个系统中需要一个主控芯片采集和处理信号，主要考虑一下三个方案：

方案一：

FPGA

FPGA资源丰富，可以实现灵活的控制，但是功耗大，性价比低。

方案二：

ATmega系列单片机

ATmega系列单片机具有较低的功耗，速度很快，处理能力较强。

方案三：

MSP430

MSP430拥有单片机业界最低的功耗，资源丰富，具有强大的计运算处理能力。

综合以上方案，考虑到系统需要低功耗、强大的数据处理能力和高精度AD，故选择方案三。

（二）小车驱动电机方案比较

方案一：

采用步进电机

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，具有精度高易调控的特点。

但是步进电机的力矩会随转速的升高而下降，调速潜力不大。

并且低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动。

方案二：

采用减速电机+码盘

速电机是减速器与电机联体，相对于步进电机具有高效率、传递力矩大、可靠性高等显著优点。

码盘可以精确测量电机的转速，实现闭环控制，考虑到小车需要巡线，因此小车的移动速度不需要非常快，而且整个车体的重量较重，同时考虑到巡线精度，因此采用本方案，便于控制小车的速度。

（三）炮台电机方案比较

方案一：

舵机

舵机控制简单，角度精确，通过改变PWM波的占空比，就可旋转不同的角度，但是舵机的转速较慢，带负载能力差，抗干扰能力弱，容易抖舵

方案二：

码盘伺服电机

可以实现位置，速度和力矩的闭环控制，同时克服了步进电机失步的问题，在低速下运行平稳，适合题目要求的高速响应时间的要求。

此外伺服电机的对速度控制准确。

可以提高炮台移动的精确度。

（四）巡线方案比较

方案一：

采用红外对管分压电路配合多路比较器，输出端输出为高低电平，单片机普通端口通过检测高低电平就可以判断出黑线位置，控制简单，但是巡线的精度不够高，硬件电路较复杂。

故放弃本方案。

方案二：

采用RPR220红外对管分压电路，不同的光强产生的电压值不同，将这些电压信号送给单片机进行AD处理，利用质心算法判断出黑线的位置，这种方法控制精度高，响应速度快，但对单片机的处理运算量比较大。

综合本次题目，需要很高的精度和响应速度，同时考虑到MSP430单片机的强大运算处理能力，AD不会对MSP430产生很大负担，因此本设计选用方案二。

（五）寻光方案比较

方案一：

采用三个光敏电阻并排放置，左右的两个光敏电阻桨采集的信号交给单片机AD处理，大体上判断出光源的位置，中间的光敏电阻用来判断光源的位置。

这种方式寻光部分电路简单，单片机的运算量较少，程序简单，可以粗略的判断出光源方向，但是寻光的精度不能保证。

方案一示意图

方案二：

采用检测多个光敏电阻两端电压的方式。

将多个光敏电阻并排放入一个黑盒子中，在黑盒子的正前方开一个圆孔，光恰好能够透过圆孔照到一个光敏电阻上，它的两端的电压值就会与其它的光敏电阻的电压值不同，通过单片机AD处理，经过软件滤波算法，在利用质心算法计算出光源的位置，这种方案能够精确的判断出光源的位置。

但是检测的范围较小。

方案二示意图

方案三：

结合方案一和方案二中的优点，设计两个独立的寻光模块，通过合作实现光源的精确定位。

本设计采用方案三。

二、理论分析与计算

（一）巡线理论

红外探测法：

即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。

本设计通过两个CD4051对8个RPR220红外对管进行逐个扫描，获得接收管的电压值，并通过设定阈值和质心算法来取得黑线相对于小车的位置。

（二）PID控制理论

PID是比例,积分,微分的缩写。

它是本系统实现闭环控制的核心。

比例调节作用：

是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。

比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。

积分调节作用：

是使系统消除稳态误差,提高无差度。

因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出常值。

积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。

反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。

微分调节作用：

微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。

因此,可以改善系统的动态性能。

在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。

微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。

（三）滤波算法

由于采光部分模块的信号有周期性干扰，因此设计中加入了软件滤波，本设计采用了递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法），把连续取N个采样值看成一个队列，每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据，把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果 。

经过计算和实践经验的对比，我们将N的值选取为5。

这种滤波对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，具有很好的效果。

三、电路与软件设计

总系统框图：

图1系统框图

（一）硬件电路设计

1.巡线部分电路：

巡线部分采用16个RPR220红外对管，根据红外对管在有黑线和无黑线时光敏三极管两端的电压值发生变化，这种不同的电压信号交给单片机AD处理后，在经质心算法可得到黑线的位置，。

图2巡线电路

2.寻光部分电路：

如图3，主要由两个光敏电阻、一个滑动变阻器和一个运放构成，在正常光照情况下，两个光敏电阻的阻值相同，通过改变滑动变阻器的阻值使运放的两个输入端电压相同，当光照不均匀时，运放输出端的电压发生翻转，以此粗略检测光源位置

图3寻光电路

3.声光报警电路：

如图4，这部分电路设计采用最常用的555芯片，构成多谐振荡器，通过改变电阻R2阻值，能够产生频率任意可调的方波，用来模拟炮声。

图4声光报警电路

4.驱动电路：

如图5所示，该驱动电路采用内部集成两个电桥电路的L298N芯片的驱动。

芯片L298N是驱动二相和四相步进电机的专用芯片。

每一组PWM波用来控制一个电机的速度，而另外两个I/O口可以控制电机的正反转，与分立元件相比，集成器件具有相当多的优点，控制方便，一个芯片内包含有8个功率管，这样简化了电路的复杂性，如图所示OUT1、OUT2控制电机B的方向，输入的BPWM控制B电机的速度；OUT3、OUT4控制A电机的方向，输入的APWM控制A电机的速度。

稳定性高，发热小，能够很好的满足系统的要求。

图5驱动电路

5．电源部分电路：

电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。

整个系统提供5V和3.3V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。

（二）软件部分设计：

软件系统主要由红外巡线模块，2个寻光模块和驱动模块组成，系统运行后，巡线板不断将信号返回单片机，经过AD处理和质心算法后确定出黑线的位置，单片机控制驱动模块控制小车运动状态，同时第一个寻光模块也将小车左右两边的光强信号返回单片机，粗略判断出光源的位置，炮台及时调整方向，此时第二个寻光模块将检测到光强的微小变化，从而进一步精确光源位置，实现动态跟踪光源。

图6巡线流程图

图7寻光打靶流程图

四、竞赛总结

经过几天几夜的拼搏，通过团队合作，终于按时完成这个系统，系统中采用了TI公司的新型MSP430单片机，利用了其超低功耗，资源丰富的性能。

可能设计中存在一些问题，所以取得的结果不是很理想，但是相信经过这次科技竞赛，我们大家都受益匪浅。

这几天的比赛，不但增强了我们的实践能力和协作精神，更重要的是让我们认识到理论联系实际的重要性，让我们找到了自己学习上的不足，明白了自己以后的学习生活方向，更积累了相当丰富的经验，为我们的人生增添了精彩的一笔。

五、参考文献

[1]胡大可.MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用.北京航空航天大学出版社.2000

[2]孙晓波李双全王海英.自动控制原理.科学出版社.2006

[3]高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程.电子工业出版社，2007.05