单片机-自动往返小车.doc

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目录
1、设计任务…………………………………………………………………………3
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2、方案论证与选择………………………………………………………………4
、系统总体框图…………………………………………………………………4
、各模块硬件选择………………………………………………………………4
、控制模块………………………………………………………………………4
、外部传感器模块………………………………………………………………5
、电机驱动模块………………………………………………………………….5
、电源模块…………………………………………………………………………5
、显示模块…………………………………………………………..……………5
3、系统硬件原理与实现………………………………………………………………….6
、系统总体电路图…………………………………………………………………….6
、系统各模块设计介绍……………………………………………………………..7
、单片机控制模块………………………………………………………………….7
、外部传感器模块………………………………………………………………….8
、电机驱动模块……………………………………………………………………8
、LCD液晶显示模块………………………………………………….9
4、统软件设计…………………………………………………………………………….10
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5、设计数据测量……………………………………………………………………………19
1、设计任务
设计并制作一个能自动往返于起跑线与终点线间的小汽车。允许用玩具汽车改装,但不能用人工遥控(包括有线和无线遥控)。
,表面贴有白纸,两侧有挡板,挡板与地面垂直,其高度不低于20cm。在跑道的B、C、D、E、F、G各点处画有2cm宽的黑线,各段的长度如图1所示。

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车辆从起跑线出发(出发前,车体不得超出起跑线),到达终点线后停留10秒,然后自动返回起跑线(允许倒车返回)。往返一次的时间应力求最短(从合上汽车电源开关开始计时)。
到达终点线和返回起跑线时,停车位置离起跑线和终点线偏差应最小(以车辆中心点与终点线或起跑线中心线之间距离作为偏差的测量值)。
D~E间为限速区,车辆往返均要求以低速通过,通过时间不得少于4秒,但不允许在限速区内停车。

自动记录、显示一次往返时间(记录显示装置要求安装在车上)。
自动记录、显示行驶距离(记录显示装置要求安装在车上)。
其它特色与创新。
2、方案论证与选择
、系统总体框图
选定自动往返小车的题目后,我们决定购买一台符合尺寸要求的玩具小车,直接利用上面的直流电机的方法实现要求,由此节省自行安装和调试小车动力部分的时间。
根据设计任务要求,最终确定的系统设计框图如下:
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系统分为单片机控制模块、外部传感器模块、电机驱动模块、电源模块和LCD液晶显示模块。
、各模块硬件选择
、控制模块
控制模块负责接收传感器,控制液晶显示模块和PWM控制输出。主流方案是采用FPGA芯片或者单片机。采用可编程逻辑器件FPGA作为控制器。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。还可以采用Atmel公司的AT89S52单片机作为主控制器AT89S52是一个低功耗,高性能的51内核的CMOS8位单片机,片内含8k空间的可反复擦些1000次的Flash只读存储器,具有256bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个IO口,2个16位可编程定时计数器。考虑到本系统不需要复杂的逻辑功能,对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑我们选择较为成熟的方案2。
、外部传感器模块
这里有三个地方需要用到传感器,分别是检测黑线,检测车速,检测障碍物,我们分别用TCRT5000检测黑线与检测障碍物,用霍尔元件检测车速。TCRT5000具有紧凑的结构发光灯和检测器安排在同一方向上,利用红外光谱发射对象存在另一个对象上,操作的波长大约是950毫米,调理电路简单,工作性能稳定;利用霍尔效应,在车轮的内侧装上二条细磁铁,把霍耳传感器同样装在车轮的内侧,测量霍尔传感器的输出就可以知道车轮转过的圈数,工作原理比较简单易懂。
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、电机驱动模块
这里我们有两种方案,一种是采用分立元件构成驱动电路;另一种是采用专用芯片L298N。虽然分立元件构成电机驱动电路,结构简单,价格低廉,在实际应用中应用广泛。但是这种电路工作性能不够稳定;而L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片,它相应频率高,一片L298N可以分别控制两个直流电机,而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动,操作方便,稳定性好,性能优良。所以最后决定选用专用芯片L298N作为电机驱动模块。
、电源模块
电源模块作用时把外部电压降为5V,供给单片机和传感器使用。
、显示模块
这里我们有两种方案,一种是采用LCD1602液晶屏;另一种是采用8位数码管进行显示。采用LCD1602液晶屏,该液晶屏可以两行显示数字、字母,显示清晰;采用8位数码管进行显示,数码管只能显示数字。考虑到我们需要指示当前数值是小车行驶时间还是距离,因此决定采用能显示更多内容的LCD作为显示模块的主要硬件。
3、系统硬件设计与实现
、系统总体电路图
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89C52单片机
P0接LCD液晶显示屏的7到14数据端口
P2口分别接电机驱动模块的A1,A2,B1,B2,C1,C2,D1,D2
P1口的P10接LCD液晶显示屏的数据命令选择端,P11接LCD液晶显示屏的读写选择端,P12接LCD液晶显示屏的使能端;
P13到P16分别接电机驱动模块的电机a的使能控制端pwma,电机b的使能控制端pwmb,电机c的使能控制端pwmc,电机d的使能控制端pwmd;
P17接寻迹传感器的OUT端,用来检测黑线;
INT0接左边壁障模块的输出端。
INT1接右边壁障模块的输出端。
T0端接霍尔元件的输出端,设置T0为计数模块,根据计数值算出路程。
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、系统各模块设计介绍
、单片机控制模块
模块电路图如下:
单片机在系统中起控制中心的作用,其内部代码见软件设计部分。
、外部传感器模块(寻迹电路)
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