精品-单片机智能小车控制.ppt

智能小车控制 设计目的 熟练掌握单片机程序设计与调试方法； 掌握智能小车控制原理； 掌握光电开关、超声模组的工作原理及使用方法； 掌握电子产品组装、制作与调试技术。 设计内容 1．利用提供的小车套件组装一辆小车，设计循迹线路并组装循迹传感器和避障装置； 2．设计小车电机驱动板、寻迹模块、避障模块电路，绘制电路原理图并制作PCB电路板； 3．组装小车硬件部分：包括小车底盘、控制电机、循迹模块、超声波模块、控制板、电源等； 4．编写单片机控制程序、使其完成如下功能： 1）基本功能：小车能够在设计的线路上完成寻迹功能； 2）拓展功能：在循迹线路上设置障碍物，小车遇到障碍物能够自动绕道行驶，完成避障功能； 电源模块 方案1： 采用6节1.5V干电池供电，电压达到9V给直流电机供电，然后用7805降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。 方案2：采用3节4.2V可充电式锂电池串联共12.6V给直流电机供电，经过7809的电压变换后给直流电机供电，然后用7805降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。 方案3：采用12V蓄电池降压后为直流电机供电，再将其降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。 稳压模块 方案1： 采用两片7809将电压稳压至9V后给直流电机供电，然后采用一片7805将电压稳至5V，给单片机系统和其他芯片供电。 方案2：采用两片7809将电压稳压至9V后给直流电机供电，然后采用2576将电压稳至5V。2576的输出电流最大可至3A。 寻迹传感器模块 方案1：用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。 方案2：用红外发射管和接收管制作光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过3cm。 方案3：用RPR220型光电对管。RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。当发光二极管发出的光反射回来时，三极管导通输出低电平。 电机模块 方案1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。 方案2：采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生较大扭力。 电机驱动模块 方案1：采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。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。 方案2：对于直流电机用分立元件构成驱动电路。由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。 小车控制模块 采用左右两轮分别驱动，后万向轮转向的方案。左右轮分别用两个转速和力矩基本相同的直流电机进行驱动，车体尾部装一个万向轮。这样，当两个直流电机转向相反同时转速相同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松的实现小车坐标不变的90度和180度的转弯。 在安装时我们保证两个驱动电机同轴。当小车前进时，左右两驱动轮与后万向轮形成了三点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳，可以避免出现后轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心的偏移，后万向轮起支撑作用。 将单片机控制模块、驱动模块、电源等模块固定在小车上部，信号采集模块安装在小车前部的底部，离地面约1厘米。 光电传感器（一） NPN常开型光电传感器，检测距离为0-3厘米。 主要用于检测，短距离或近距离物体的存在或运动状态；作用类似于接近开关，但检测物体材质不局限于金属，亦可为不透明的非金属。 工作电压：5V 工作电流：10mA 信号输出：TTL电平 接线图：输出外加上拉电阻 特点：输出信号稳定，不受可见光影响，寿命长 光电传感器（二） 集发射与接收于一体的NPN型光电传感器。检测距离可以根据要求进行调节。该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合。 电气特性： 尺寸：  U:5VDC 直径:17MM  I:100mA 传感器长度: