文档介绍：摘要
随着汽车电子和智能控制技术的发展,智能车已成为自动控制领域的一个研究热点。此次实验完成了智能寻迹小车的基本功能,实现了小车地面黑线非接触寻迹行走,可以在空地上自由行走,可由程序实现了左转弯和右转弯。本系统采用了微处理器(单片机SPACE061A)实现小车的精确控制;信号检测部分采用红外对管;执行部分采用四相八拍反应式步进电机,驱动电路采用ULN2803芯片。
目录
摘要………………………………………………………………第2页
题目要求…………………………………………………………第2页
软硬件设计方案…………………………………………………第2页至第3页
各部分电路的作用及电路实现原理分析………………………第3页至第4页
软件设计原理及流程图…………………………………………第5页至第10页
PCB电路图………………………………………………………第10页及附页
实验结果…………………………………………………………第10页
参考文献…………………………………………………………第10页
题目要求
基本功能:(1)在地面上用黑胶带粘成一个任意封闭曲线,智能小车找到线路后,能够自行沿着曲线行走而无需人工干预。
扩展功能:(1)自动停车(2)停车的同时播放语音提示
软硬件设计方案
(一)硬件设计方案:
控制部分包括:数据处理、控制模块,路面检测模块:
(1)数据处理、控制模块:该模块主要由CPU来实现,用于接收来自转速检测模块及路面检测模块的数据,经过相应的算法处理后发出一定的信号来控制小车的运动方向、速度等;并且,可利用其片内计数器为小车行驶计时,以及为其他电路模块提供时钟等。
(2)路面检测模块:探测路面的大致原理是:光线照射到路面并反射,由于黑线和白线可根据接收到的反射光强弱判断是否达到黑线。本实验采用的是红外对管检测。
图1 红外对管内部结构图图2红外对管外部模型
步进电机及驱动电路:在此采用的是四相八拍反应式步进电机。步进电机需要一个驱动电路,采用ULN2803
作单片机、控制器与步进电机的接口,并由之提供步进电机的驱动。
软件设计方案:主要包括数据采集模块和电机控制模块,而其中的电机控制模块又是小车能够实现的关键所在。主要要实现初始化和寻迹功能。采用基于unsPIDE软件实现电路的程序编写。
各电路模块的作用及电路实现原理分析
电源部分:本模块为整个电路提供稳定的输入电压,通过变压器将220V市电转换成12V为驱动模块提供稳定电源,同时将得到的12V电源通过5V的稳压管D9其转换为5V电源输出,二极管Dw用于显示电源模块是否正常工作,RS用于保护D9,Cj1使12V电源更平稳,Cj、CW2使5V电源更平稳。
光电检测电路:本实验需要使用光电检测电路分别在小车的左、中、右,现在以右边的电路为例做电路介绍:如图所示:当发射端发射出红外线后,若其下方为白色区域,则红外线全部反射,接收端导通低电平,通过比较器之后,引脚1输出高电平,此时发光二极管LED处于截止状态不发光,且高电平信号通过PIOB2口传输到主芯片SPACE061A。反之,当传感器下方是黑色区域时,其处于截止状态,引脚2为高电平,通过比较器之后为低电平,此时LED因导通而发光且低电平通过PIOB2口传送给主芯片。连接引脚3的电路起调节作用,因为光电传感器距离地面的高度不同,需调节可变电阻R33控制其灵敏度,而电容C13起滤波作用。
步进电机工作原理:在此采用的是四相八拍反应式步进电机,其典型结构图如图3所示。它共有5个接线端,其中1个为12V电源输入端,其它4个为控制端,接线方式如图4所示。当A绕组接通脉冲电流时,在磁力作用下使A相的定、转子对齐,相邻的B相和D相的定、转子小齿错开。若换成B相通电,则磁力使B相定、转子小齿对齐,而与B相相邻的A、C相的定、转子小齿又错开,从而使得步进电机转过一个步距角。若按A→B→C→D→A……规律循环通电,则步进电机按一定的方向转动。若通电顺序改为A→D→C→B→A……,则电机反向转动。这种方式称为四相单四拍。在实现上,只需要按一定的时钟周期(,对应频率不高于800Hz)往这4个控制端循环输出一组固定的控制字即可,如图5所示。当反转控制字输出顺序(6、7、3、B、9、D、C、E)或改变接线顺序(控制端4、控制端3、控制端2、控制端1),就可以使转动反向。因为左右轮的安装是向的,所以要使小车前进,左右步进电机的转动必须反向。欲使小车左转,只需要使左轮停止而右轮前进转动即可;反之,欲使小车右转,则只需要使右轮停止而左轮前进转动即可。当输出一个固定的控制字时,因4个控制端输出波形之间不具有相位差,步进电机将停止转动。
图3 反应式步进电机结构图图4 步进