多功能小车.doc

多功能智能搬运循迹小车 摘要：本设计以实现电动车搬运铁片的智能化为目的，利用单片机MSP430G2553作为小车的控制核心；采用PWM驱动芯片控制电机动作；车身前后布置了多个红外反射式光电传感器用于对黑色边界线的检测，辅助小车定位，同时利用红外进行避障；此外还安装了舵机摆杆，接近开关检测铁片、红外反射式光电传感器和电磁铁组成的模块实现了对铁片的检测、颜色识别和搬运功能。加之独特的软件算法，实现了对小车行进路线及铁片搬运的精确控制。另外，设计中我们设计了电池低电量报警模块，整个系统功能全面，能完成题目的各项指标。 关键词：智能小车、搬运铁片、金属检测、电磁铁 目录 一、方案论证与选择 3 1.试题分析 3 2.车体的选择 3 3.电机的选择 3 4.摆杆电机的选择 3 5.电机驱动方式的选择 3 6.地面黑线检测和铁片颜色检测模块 4 7. 搬运工具选择 4 8.寻找铁片和避障方案 4 二、系统具体设计与实现 5 三、各单元电路的设计 5 1.电机驱动模块 5 2.红外模块 6 3.金属检测模块 6 4.电磁铁模块 7 5.声光报警模块 7 四、系统软件设计分析 7 五、系统测试 8 1.测试方法 8 2.测试结果与分析 8 六、总结分析 8 七、参考文献 8 方案论证与选择 1.试题分析 本题要求利用多种传感器协调配合，设计一辆具有一定适应能力的自动智能搬运小车。小车能在有一定范围内的场地探测到金属并根据金属片的颜色，在规定的时间内，能成功避开障碍物将其搬运到不同的货物储存区。根据题目要求，设计应有电机驱动，控制模块，场地黑边线检测模块，避障模块，金属探测与颜色识别模块，电源模块，电磁铁模块，电源模块，显示模块，声光提示模块及单片机控制模块。由于本设计属于移动性高精度实时控制系统，因此模块必须具有高精度，稳定性强，多种传感器综合控制，智能控制等诸多性能要求。 2.车体的选择 方案一：用玩具小车，选用其车体的主体结构再加以改造，在玩具商店很容易买到。但其驱动能力较差并且其转弯效果均不理想。 方案二：自制简易小车，车体的大小与外型完全由我们决定且驱动电机选择型号可以选择，但在短时间内装配一简易小车很有难度。 3.电机的选择 方案一：采用直流电机。其中直流电机使用方便，价格便宜，但运动精度较低，难以实现精确的位置控制。如用直流电机调整输液瓶的高度，将难以控制其精确位置，系统稳定性较差，较难达到题目的要求。 方案二：采用步进电机。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。方案：采用步进电机。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。297驱动器加L298N组成的步进电机控制电路,该电路具有以下优点：使用元件少，组件的损耗低，可靠性高体积小，软件开发简单，并且单片机硬件费用大大减少。L297与L298配合使用控制双极步进电机工作电流可达2.5A， L297的特性是只需要时钟、方向和模式输入信号。相位是由内部产生的，因此可减轻单片机和程序设计的负担。 方案三：采用东芝细分芯片THB7128。它内部集成了细分、电流调节、CMOS功率放大等电路，配合简单的外围电路即可实现高性能、多细分、大电流的驱动电路。振动低、噪声小、 图1 系统具体设计与实现 本设计以单片机作为检测和控制核心。采用红外光电传感器检测路面黑线及障碍物，使用金属传感器检测金属铁片，利用PWM技术动态控制电动机的转动方向和转速。通过软件编程实现行进、绕障、的精确控制以及检测数据的存储、显示。我们通过对电路的优化组合，最大限度的利用单片机的全部资源。 图2 系统方框图 各单元电路的设计 1.电机驱动模块 该步进电机驱动控制是由L297和L298双芯片组成的混合式步进电机驱动控制电路，L297芯片只需要时钟、方向和模式输入信号，相位由内部产生，因此可减少单片机和软件设计上的困难。其内的PWM斩波器电路可在开关模式下调节步进电机绕组中的电流。而L298芯片则是一种高压、大电流双H桥式驱动器。该驱动电路可使步进电机运行平稳可靠,提高了步进和定位准确度,较好地控制发热现象 图2 2.红外模块 寻迹电路采用