基于ATmega128的智能小车.docx

1、基于ATmega128的智能小车 摘要本设计是基于ATmega128最小系统，能够实现自动追光、寻迹、避障和停车等功能的智能小车。整个系统由驱动，寻光寻迹、避障和金属检测等模块组成。本小车系统采用L298多功能驱动板；利用红外对管的收发和红外避障传感器分别实现寻迹和避障功能；通过光敏电阻的特性实现寻光功能；利用接近开关的特殊功能完成对金属物体的探测；系统还使用12864液晶对小车行驶时的时间距离等参数的进行显示。最后经过系统测试，各项指标均达到设计要求。关键词：自动寻迹；金属探测；红外避障；自动寻光1、系统总体设计设计并制作一个智能电动车，根据题目要求该小车具有寻迹，寻光，避障，检测金属，声光

2、报警和显示等多种功能。系统原理图如下图1 系统原理图2、系统方案论证和比较本小车系统可以实现很多功能寻迹、寻光、避障、金属探测等，但对于本系统来说，最难的部分是寻光和避障模块，因为前半段寻迹部分小车都有引导线，但后半部分寻光避障部分完全靠小车自己，实现起来较困难，因此在接下来的方案论证中将围绕这两点重点介绍分析。2.1 避障模块避障模块是用来判断小车前方是否有障碍物并确定小车与障碍物之间的距离、障碍物的位置。为了确保小车在行驶过程中避免撞到障碍物,系统需要利用传感器检测出障碍物与小车之间的距离，使小车做出正确的动作,避免与障碍物相撞。避障模块有以下几种方案方案一：用红外发射与接收管自制光电对管

3、传感器。红外发射管发出的红外光照射到前面的障碍物，则反射回来，接收管将障碍物反射回来的信号反馈给单片机，使小车作出相应变化。方案二：采用激光传感器，工作原理与方案一基本一样，但激光传感器的制作比较精细。灵敏度高。方案三：采用红外避障传感器。它是集发射与接受于一体的光电传感器，发射光经过调制后发出，接收头对反射光进行解调输出，有效的避免可见光的干扰。利用障碍物对光束反射，从而判断前方是否有障碍物。综上所述：方案一由于是自制的，稳定性较差、抗干扰性不强，故不选用方案一；方案二由激光传感器制作比较精细使其价格过高，且处理过程复杂，所以不符合我们的要求；方案三，采用红外避障传感器体积小，抗干扰能力强、

4、能实时监测且具有短路保护能力。所以我么选用方案三。2.2 寻光模块寻光模块的作用是将路面的光信号转化为单片机可以接受的电信号。为此，本模块利用灵敏度高的光敏电阻组成的电路作为接收端。当光照强度不同时，光敏电阻阻值不同，电路输出不同的电压值。单片机接收信号有如下两种方式。方案一：经过电压比较器之后,输出电压变成高低两种电平，再将输出高低电压输入单片机，单片机根据高低电平执行相应程序。方案二：用A/D 转换电路采集光敏电阻电路输出电压并将其转化为数字量，再将其输入单片机，单片机在执行相应程序。有上述可知，方案一输入单片机的只有两种值，光照强度的识别度不高，但简单易行，但用A/D 转换电路采集就大不

5、相同。它能识别很小的光照强度的变化，他的识别度高，灵敏度高，但实施起来难度较大，根据自身实际情况。选用方案一。3、理论分析和参数计算在本小车系统中最基础的部分是寻迹和寻光。因此在理论分析和参数计算这部分将围绕这两点展开。3.1 寻迹原理 （这只是原理介绍，没有电路图，电路图另有分析） 本小车通过5个红外对管的循环检测来进行寻迹。控制其循环发出检测指令，使装在车下的红外对管的发射管持续发射红外线信号。当有检测到黑线，则发射管发射的光被黑线全部被吸收，接收管没有收到任何信号，检测模块输出端输出高电平1，小车便会做出相应的操作。同理当没有检测到黑线，红外对管发射管发射的光到白纸光反射到接收端，检测模

6、块输出端输出低电平0。小车执行其他操作。本系统采用5个TCRT5000红外对管用来接收地面的标识信息，而且本系统尽量将板子做长，让传感器的板子能比车轮更早的检测到路面的状况。保证车子有足够的时间作出相应调整。3.2 寻光分析寻光部分主要由高灵敏度的光敏电阻和比较器LM324组成，具体电路示意图如下所示：图2 寻光示意图由上图可知，V2电压的计算公式 （1）从上式中可知R6不变，有光照时R1变小，则V2变大；无光照R1变大，则V2变小。1)有光照情况光敏电阻R1变小，V2变大,假设V2=4.6V,V3电压为4VV2V3 反向端大于同向端,根据比较器原理可知Vout输出低电平0给单片机识别。2)无

7、光照情况光敏电阻R1变大，V2变小,假设V2=3.2V,V3电压不变还是4VV2V3 同向端大于反向端,根据比较器原理可知Vout输出高电平1给单片机识别。4、电路与软件设计4.1 电路设计就本小车系统，最主要的电路设计是电机驱动模快、寻迹和寻光电路，那么在接下来的电路设计模块将围绕这几点展开。4.1.1 驱动模块本次小车电机驱动选用的是L298驱动模块，该模块采用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单片机系统供电（低纹波系数），可以方便的控制直流电机速度和方向。4.1.2 寻迹电路寻迹电路主要由红

8、外对管TCRT5000和比较器LM324组成，具体电路图如下所示：图3 寻迹电路图从图中我们可知，检测到黑线没接收到反射光了，比较器LM324反向端电压为5V，比较器同向端=3V，反向端大于同向端则Vout输出0；没有检测到黑线接收到反射光了，比较器LM324反向端电压为0V，比较器同向端=3V，反向端小于同向端则Vout输出0。4.1.3 寻光电路寻光部分主要由高灵敏度的光敏电阻和比较器LM324组成，具体电路图如下所示：图4 寻光电路图从上电路图可知，通过感知不同的光照强度是光敏电阻组值发生变化，进而使得V2发生变化，最后再通过比较器和V3比较，从而输出0和1给单片机识别，单片机经过一系列

9、处理后控制小车做出相应操作。4.1.4 避障模块采用红外避障传感器，利用被障碍物对发射光束的遮挡，从而判断前方是否有障碍物，从而让小车作出相应状态调整，避开障碍物。4.1.5 金属探测及测速模块根据题目要求需要测距和金属探测，故本系统采用用码盘测速仪测量小车行驶的距离，并用接近开关进行金属探测。4.2软件设计本次校车的软件设计分为两个阶段，前半段的寻迹和后半段的寻光避障。前半段的寻迹部分主要是通过检测黑线沿着黑线前进，检测沿途的金属进行声光报警并记录下数目。后半段寻光避障部分是通过检测光照强度来实现小车运动，并在前进过程中通过检测障碍物从而避开障碍物。具体软件流程图如下所示： 图5 寻迹软件流

10、程图 图6 寻光软件流程图五、系统测试及数据分析5.1 测试条件与仪器测试条件：自制跑道、智能小车、金属硬币。测试仪器：万用表、米尺、秒表5.2 测试方法与测试结果（1）测试方法：将小车按照要求放在起点标志线处，启动开关，让小车运动前进到达终点，并记录时间。（2）测试结果主要测试表如下所示：表1 时间测试表小车显示时间(s)秒表记录时间(s)第一次3029完成情况完成表2 距离测试表（有引导线部分）小车显示距离（cm） 米尺测量实际距离（cm）误差第一个硬币1051031.94%第二个硬币1471432.80%第三个硬币2312233.59%第四个硬币5124896.67%从上述两表中可知，本

11、小车在规定时间内完成了比赛并记录下了硬币到起点的路程。5、总结本设计是基于ATmega128最小系统，能够实现自动追光、寻迹、避障和停车等功能的智能小车。小车还使用12864液晶对小车行驶时的时间距离等参数的进行显示。最后经过系统测试，各项指标均达到设计要求。参考文献1 李银花.电子线路设计指导.(第五版)M.北京:航空航天大学出版社.2005.62 朱力恒.电子技术实验教程.(第五版)M.北京:北京电子工业出版社.2003.73 康华光. 电子技术基础.(第五版)M.上海:高等教育出版社.2003.44 王志纲. 现代电子线路.(第五版)M.北京:清华大学出版社.2003.7附录附录一：电路

12、图图7 比较器LM324图8 红外对管TCRT5000附录二：实物图图9 实物图附录三：部分程序void main (void) motor_init(); zd_init(); init(); timer0_init(); while(1) /* SearchLight(); mmm0=PINA; mmm0=mmm0&0x1f; /1 1111 if(mmm0=0x00) Stop(); */ SearchTrace(); /寻迹函数 if(moneynum=4) DisplayNum2(moneynum); moneynum=0; PortCStop(); break; while(1) ShieldAvoidance(); /蔽障函数 SearchLight(); /寻光函数 mmm0=PINA; mmm0=mmm0&0x1f; /1 1111 if(mmm0=0x00) Stop(); delayms(1000); TurnBack(400,400); delayms(1000); while(1) Stop();