文档介绍：智能小车设计报告
物理学与信息技术学院
詹晓佳杨艳王欢
2011年10月11日
智能小车设计报告
摘要:本设计中智能小车采用C8051F350单片机作为小车的检测和控制的核心,以L298驱动芯片作为电机驱动,驱动电机采用直流减速电机,电机控制方式为PWM控制,实现电动车的智能循迹、壁障、超车等功能。路面寻线分为跑道外边缘黑线检测和路面黑色转弯标记线检测,寻线方式采用反射式光电传感器。芯片通过判断循迹模块、探测模块返回的信息,产生不同占空比的PWM波,控制电机的转速和转向,从而完成小车在行车道的正常行驶、在转弯处的转弯以及在超车区的超车等动作。基于可靠的硬件设计和稳定的软件算法,实现小车的智能化。
关键字:C8051F350单片机 L298驱动 PWM控制循迹壁障超车
目录
目录 1
一、系统方案 2
设计目标 2
基本要求 2
发挥部分 3
方案选择 3
主控制模块选择 3
3
3
电机的选择 4
避障模块方案选择 4
总体方案描述 4
二、硬件电路设计 5
主控制模块 5
电机驱动模块 6
红外光电对管前进控制和检测路面标志部分 7
红外光电对管前进控制 8
红外光电对管检测路面标志部分 8
三、软件设计思路 8
总软件流程设计 8
9
四、系统测试方法与测试结果 10
测试条件与仪器 10
硬件测试 10
测试结果及分析 10
10
10
五、总结 10
六、附录 11
参考文献 11
实物图片 11
一、系统方案
设计目标
如下图1所示,甲车车头紧靠起点标志线,乙车车尾紧靠边界,本设计要求甲、乙两辆小车同时起动,先后通过起点标志线,在行车道同向而行,不能碰撞,在超车区控制超车,实现两车交替超车领跑功能,且要求行驶时间尽量短。
图1 小车跑道示意图
基本要求
(1)甲车和乙车分别从起点标志线开始,在行车道各正常行驶一圈。
(2)乙两车按图 1 所示位置同时起动,乙车通过超车标志线后在超车区内实现超车功能,并先于甲车到达终点标志线,即第一圈实现乙车超过甲车。
(3)乙两车在完成(2)时的行驶时间要尽可能的短。
发挥部分
(1)在完成基本要求(2)后,甲、乙两车继续行驶第二圈,要求甲车通过超车标志线后要实现超车功能,并先于乙车到达终点标志线,即第二圈完成甲车超过乙车,实现了交替领跑。甲、乙两车在第二圈行驶的时间要尽可能的短。
(2)甲、乙两车继续行驶第三圈和第四圈,并交替领跑;两车行驶的时间要尽可能短。
(3)在完成上述功能后,重新设定甲车起始位置(在离起点标志线前进方向 40cm 范围内任意设定),实现甲、乙两车四圈交替领跑功能,行驶时间要尽可能的短。
方案选择
实现以上功能,可有多种实现方案,下面对控制模块、电机驱动模块、循迹模块、探测模块的几种实现方式及其优缺点分别加以比较并选择。
主控制模块选择
方案一:采用FPGA或CPLD作为系统的控制器。可以实现比较复杂的逻辑功能,速度快、密度高、体积小、稳定性高,容易实现仿真、调试和功能扩展,但是此控制器成本高、引脚多、功耗大,性价比比较低。
方案二:采用MSP430系列单片机作为系统的控制器,算术运算功能强大,控制能力较强,软件编程灵活,因此自由度比较大,而且该系列单片机使用范围广,技术成熟,体积小,成本较低,容易实现仿真、调试和功能扩展。
方案三:采用C8051F350单片机作为小车的主控芯片,该单片机体积小、驱动能力强、可靠性高、功耗低、结构简单、具有语音处理、运算速度快等优点,节能且易于控制,编程简单。
综合以上三种方案,选择方案三。
方案一:采用热探测器,它的光谱响应是无选择性的,只受透光窗口光谱透射特性的限制,因此响应率较低、响应速度慢、机械强度低,可能使小车正确行驶产生较大误差。
方案二:采用反射式红外传感器TCRT500来进行探测。其抗干扰能力较强,体积小、灵敏度高、传输速度快,主要应用场合有电度表脉冲数据采样、传真机碎纸机纸张检测、障碍检测、黑白线检测。只要选择数量和探测距离合适的红外传感器,~15mm,正确固定便可以准确的判断出黑线的位置。
比较两个方案,方案二比较容易满足精确寻迹计要求,故选择方案二。
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