2011年全国大学生电子设计竞赛智能小车报告资料.doc

电子设计竞赛报告 题目：智能小车(C题) 摘要：智能控制（intelligent controls）在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。1.系统方案选择与论证 4 1.1题目设计要求 4 1.2系统基本方案 4 1.2.1单片机最小系统 5 1.2.2电源模块方案的选择与论证 5 1.2.3电机驱动模块方案的选择与论证 5 1.2.4传感器模块方案的设计与论证 5 1.2.5无线通信模块方案的设计与论证 6 2.系统的硬件电路设计 7 2.1单片机最小系统模块设计 7 2.2电源模块设计 8 2.3电机驱动模块设计 9 2.4传感器模块设计 10 2.4.1红外避障传感器 10 2.4.2超声波传感器 11 2.5无线通信模块设计 11 3．系统的软件程序设计 13 3.1电机控制程序设计 13 3.2 黑线检测程序设计 14 3.3超声波检测程序设计 14 3.4无线通信程序设计 14 4．小车测试仪器及方法 15 4.1测试仪器 15 4.2测试方法 15 5．总结 16 参考文献 17 附录 18 1.系统方案选择与论证 1.1题目设计要求 A.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）甲、乙两车按图1所示位置同时启动，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）甲乙两车在完成（2）时的行驶时间要尽可能的短。 B.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的短。 （3）在完成上述功能后，重新设定甲车其实位置（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。 1.2系统基本方案 根据题目要求，我们设计的智能小车由单片机最小系统、电源模块、电机驱动模块、传感器模块、无线通信模块及基础小车等部分组成。 图1.2系统模块 1.2.1单片机最小系统 以STC12C5608AD单片机为核心的控制电路，它的主要任务就是在小车的行驶过程中通过红外传感器实时地检测外部信号，将得到的数据进行处理从而来控制小车正确行驶。 1.2.2电源模块方案的选择与论证 方案一：采用普通1.5v干电池对单片机系统及电机供电。优点是成本小，缺点是使用寿命短，效率低，可靠性差。 方案二：采用两节3.6v锂电池，对电机供电，经过7805降压、稳压后给单片机系统供电。优点是使用寿命长，效率高，缺点是成本较高。 综合上述两种方案，由于比赛时小车行驶时间较长，耗电量大，所以决定采用方案二。 1.2.3电机驱动模块方案的选择与论证 方案一：采用继电器对电机的开∕关进行控制，通过开关的切换对电机的转速进行控制。此方案的优点是电路结构简单，缺点是响应时间慢，使用寿命短，可靠性差。 方案二：采用H型PWM电路。通过单片机使功率元件工作在占空比可调的开关状态，来精确控制电机的转速。此方案的优点是效率较高，可以较容易地实现小车的速度和转向的调整，响应时间快，稳定性好。 综合考虑两种方案，为了更精确控制小车的速度与转向，我们决定采用第二种H型PWM驱动电路。 1.2.4传感器模块方案的设计与论证 方案一：采用TRCT5000光电对射管，然后自己焊接光电检测电路。优点是成本低，检测距离可调。缺点是可靠性低。 图1.2.4光电检测电路 方案二：采用红外避障传感器，优点是可靠性高，检测距离可调，受可见光干扰小，易于装配，使用方便。缺点是车速较快时可能错过标志线，使小车不能及时调整姿态而冲出赛道。 综合考虑上述方案，为了更准确检测光电信号，减少干扰，我们决定采用第二种方案。 1.2.5无线通信模块方案的设计与论证 方案一：采用315M超外差无线收发模块。此模块的优点是成本低廉，频率稳定，接收灵敏度高。但缺点是静态时会输出短暂针状干扰杂波，用单片机进行数据传输时要采取软件滤波；功耗较大。 方案二：采用CC1101无线收发模块。芯片低电压（1.8V～3.6V）供电，并且功耗较低、灵敏度高，数据传输率高。 综合考虑上述两种方案，为了提高数据传输的可靠性，减小模块功耗，我们采用方案二。 2.系统的硬件电路设计 2.1单片机最小系统模块设计 单片机是整个智能小车系统的核心部分，是小车能否按照题目要求行驶的重要保证。此系统所选用的单片机是STC12C5608AD。此单片机最小系统有以下几部分：时钟电路、复位电路。 图2.1.1单片机最小系统 a. 时钟电路 时