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智能小车（C题） 摘 要：本次整个系统的设计主要是以51系列单片机为控制核心，配合几种模块来实现小车行驶过程中对车道、里程、同向行驶小车及超车过程的检测并且做出相应的控制，以及还有小车在弯道时的车速快慢控制。边界黑线检测则采用了TCRT5000红外反射式开关传感器，距离检测选用编码器，车速的调节则采用具有双极型H桥型脉宽调制方式的电机驱动模块L289N，小车之间的通信则采用NRF24L01型无线数据传输模块和接近开关实现的避障模块。小车行驶全过程采用了人工模糊智能控制优化算法，实现了两车交替超车行驶的智能控制与检测。电源模块则采用了LM2575的开关电源供应小车供电，为减少不必要的能力损耗，额外增加了背光延时自动关闭功能，体现了节能的思维。 关键字：单片机 智能小车 无线数传 模糊控制 一、系统方案的选择与论证 根据题目要求，系统大致可以分为这么几个模块如图1-1所示。 图1-1 整体框图 1.电动机驱动调速模块 方案一：采用由达林顿管组成的双H桥式PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。 方案二：为提高系统效率、降低功耗，功放驱动电路采用脉宽调制方式（PWM）的集成电路L298N。它可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号，带有使能端，方便PWM调速，性能稳定。 通过方案的比较，选择方案二。 2.路面黑线探测模块 方案一：可见光发光二极管与光敏二极管组成的发射—接收电路。这种方案的缺点在于其他环境光源会对光敏二极管的工作产生很大干扰。 方案二：TCRT5000红外反射式开关传感器，可大幅度减少外界干扰。传感器采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，输出信号经施密特电路整形，稳定可靠。 基于上述的方案论证，可以采用方案二。 3.超车方案 方案一：根据速度得到小车行驶的距离，根据时间可以很好地控制小车超车时的位置。然而该方案对电压的要求较高，一旦电压下降，小车的速度也会下降导致小车实际行驶的距离会和预期的偏差较大。 方案二：通过检测小车行驶的距离来控制小车超车的位置，这样就不存在小车实际行驶的距离与预期的存在偏差。 因此选择方案二较好。 4 .距离检测 此设计在小车距离检测上采用编码盘元件，它直接把被测转角或直线位移转换成相应的代码，指示其绝对位置。这种测量方式没有积累误差。 二、系统的具体设计与实现 系统组成及原理框图如图2-1所示。分别从硬件和软件两个方面来具体分析。 图2-1 系统原理框图 1.系统的硬件设计 1）无线传送模块 本次的设计中选择NRF24L01型号的数传模块，它具有如下功能： (1) 2.4Ghz 全球开放ISM 频段免许可证使用，内置2.4Ghz 天线； (2) 最高工作速率2Mbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强； (3) 低功耗1.9 – 3.6V 工作，待机模式下状态为22uA；掉电模式下为900nA； (4) 模块可软件设地址，可直接接各种单片机使用，软件编程非常方便； NRF24L01有四种工作模式由PWR-UP register、PRIM-RX register和CE决定，详细见下表2-1。 (8) 内置专门稳压电路，使用各种电源包括DC/DC 开关电源均有很好的通信效果； NRF24L01有四种工作模式分别为收发模式、配置模式、空闲模式、关机模式。工作模式由PWR-UP register、PRIM-RX register和CE决定，详细见下表2-1。 表2-1 NRF24L01工作模式图 模式 PWR-UP PRIM-RX CE FIFO寄存器状态 接收模式 1 1 1 - 发送模式 1 0 1 数据在TX FIFO寄存器中 发送模式 1 0 1→0 停留在发送模式，直至数据发送完 待机模式-Ⅱ 1 0 1 TX FIFO为空 待机模式-Ⅰ 1 - 0 无数据传输 掉电模式 0 - - - 2）避障模块 为防止小车出现意外而相撞，两车之间加入了避障功能，本设计选择了E18-D80NK型号的避障模块，具有探测的距离远，受可见光干扰小，价格便宜，易于装配，使用方便等特点。当两车相距的距离接近到模块设定好的值时，后面的小车马上收到停止的指令，使得小车尽快停止，避免两车相撞。 3）路面黑线检测模块 为了检测路面黑线，在车底的前面装了6个反射式红外感器，最外面两对用来检测边界宽2cm的黑线，以防止小车超出边界线；中间一对是用来检测拐弯标志线和超车标志区的宽1cm黑线。寻迹原理图如2-2所示。 图2-2寻迹电路原理图 4）电机控制模块 基于双极型H桥型脉宽调制方式（PWM）的集成电路L298N ，原理图如图2-3所示。 图2-3 L298N原