智能小车软件设计部分.docVIP

摘要： 智能小车是各类电子竞赛的经典题目。本项目在现有的玩具小车的基础上加装各类传感器及 微处理器，实现对路况的识别及小车的控制，并最终实现智能小车电路板的开发设计，完成一套 完整的自设计智能小车体系。本论文主要叙述 1.）智能玩具小车控制板的电机驱动模块的原理 图设计及调试。电机驱动控制模块是整个控制板的核心内容，主要涉及到电机方向控制单元和速 度控制单元两大部分。方向控制单元负责小车电机的正转、反转和停止三态控制，速度控制单元 是扩展单元，是为了适应不同的场合需求而设置的。 2.）着重讨论智能小车辅助设备的原理与 运用，包括摄像头设备（ET21X111），霍尔传感器（A3144），光电对管（TCRT5000），LCD 液 晶屏幕（RT1602C）等。3.）本文主要论述智能玩具小车控制板的无线通信模块的原理图设计及 调试。无线通信模块是智能玩具小车得以实现智能化的重要因素，电脑通过架设在场地上的摄像 头，处理得到的数据，同时把控制小车的指令通过无线通信模块传送给小车，达到控制小车的目 的。4.）智能玩具小车控制的总后台，即电脑的图象处理程序。图象处理是整个控制的核心内容， 主要涉及到小车方向控制和速度控制两大部，它首先判断小车和目标的相对位置，然后通过无限 芯片发送不同的指令来控制小车的行动路线。 关键词： 智能玩具小车，电机驱动模块，方向控制，速度控制，摄像头，霍尔传感器，光电对管，LCD 液晶屏幕，无线通信，图象处理 1. 系统总述 1.1 系统组成 图 1.1.1 智能玩具小车系统组成示意图 单片机 路线/转速检测 电动机驱动 路况检测 无线传输 LCD 显示 电脑处理 5 2. 系统的主要功能 2.1 单片机子系统 通过无线传输设备接收电脑输出的命令并执行；连接电动机进行简单转速控制运算；进行小 范围内路线自动控制；输出当前状态至 LCD 显示。本系统采用 ATS9852 芯片。 2.2 电动机驱动子系统 采用两步进电机，接收来自单片机信号，通过电机前后转动组合实现小车前向、后向以及左 右运动。 2.3 路线/转速检测子系统 利用光电对管对小车进行自动路线纠正；利用霍尔传感器进行小车速度检测并反馈到单片机 内进行小范围内速度调控。 2.4 LCD 显示子系统 从单片机获取当前小车动态数据以数字形式在 LCD 屏幕显示，方便实时监控小车状态并检测 调试。本系统采用 RC1602C LCD 屏幕显示。 2.5 无线传输子系统 接收来自电脑处理所得的命令并发送到单片机。本系统采用 ET13X330/ET3X340 无限发送接 收模块。 2.6 电脑处理子系统 接收摄像头路况图像并进行处理，将处理后命令通过无线模块发送至单片机执行。 2.7 路况检测子系统 利用连接到电脑上的摄像头进行路况摄像，所得图像经电脑处理成为小车控制命令。本系统 采用 ET21X111 摄像头。 6 3. 主系统的硬件设计 3.1 主要功能及设计目标 将电动机驱动电路以及单片 7 机控制电路整合在同一电路中，实现单片机对小车的基本操 作，包括前后运动以及左右转向。 3.2 电路设计方案 图 3.2.1 电路设计方案图 7 4. 电动机驱动电路的设计 4.1 H 桥电路简介 下面详细地介绍一下 H 桥的工作原理： 众所周知 H 桥有四个臂分别为 B1、B2、B3、B4，分 别对应图 4.1.1 中的 Q2、Q3、Q7、Q8。四个臂分为两组 Q2、Q3 和 Q7、Q8，每一组的两个臂都 是同时导通，同时关断的。如果让 Q2、Q3 导通 Q7、Q8 关断，电流会流经 Q3、负载、Q2 组成的 回路，加在负载 Load 两端的电压左正右负，如图 4.1.2 所示，此时电机正转；如果让 Q7、Q8 导通 Q2、Q3 关断，电流会流经 Q8、负载、Q7 组成的回路，加在负载 Load 两端的电压为左负右 正，此时电机反转，对应图 4.1.3 所示。另外如果让 Q2、Q3 关断 Q7、Q8 也关断，负载 Load 两 端悬空，此时电机停转。这样就实现了电机的正转、反转、停止三态控制。 图 4.1.1 图 4.1.2 由于 Q2、Q3，Q7、Q8 的导通和关断是通过 Q1、Q6 控制，而 Q1、Q6 的导通和关断又是通过 MOT1（IOB10）、MOT2（IOB11）控制的，所以电机的状态还是通过 I/O 端口来控制的。表 2.1 描述了 IOB10 和 IOB11 所控制电机运行状态与端口数据的对应关系 注意：由 H 桥的工作