科技博览会—智能小车.doc

智能小车设计报告 物理学与信息技术学院 詹晓佳 杨艳 王欢 2011年10月11日 智能小车设计报告 摘 要 ：本设计中智能小车采用C8051F350单片机作为小车的检测和控制的核心，以L298驱动芯片作为电机驱动，驱动电机采用直流减速电机，电机控制方式为PWM控制，实现电动车的智能循迹、壁障、超车等功能。路面寻线分为跑道外边缘黑线检测和路面黑色转弯标记线检测，寻线方式采用反射式光电传感器。芯片通过判断循迹模块、探测模块返回的信息，产生不同占空比的PWM波，控制电机的转速和转向，从而完成小车在行车道的正常行驶、在转弯处的转弯以及在超车区的超车等动作。基于可靠的硬件设计和稳定的软件算法，实现小车的智能化。 关键字：C8051F350单片机 L298驱动 PWM控制 循迹 壁障 超车 目 录 目 录 1 一、系统方案 2 1.1 设计目标 2 1.1.1 基本要求 2 1.1.2 发挥部分 3 1.2 方案选择 3 1.2.1 主控制模块选择 3 1.2.2循迹模块方案的选择与比较 3 1.2.3电机驱动模块方案的选择与比较 3 1.2.4 电机的选择 4 1.2.5 避障模块方案选择 4 1.3 总体方案描述 4 二、硬件电路设计 5 2.1 主控制模块 5 2.2 电机驱动模块 6 2.3 红外光电对管前进控制和检测路面标志部分 7 2.3.1 红外光电对管前进控制 8 2.3.2 红外光电对管检测路面标志部分 8 三、软件设计思路 8 3.1 总软件流程设计 8 3.2红外光电对管前进控制和检测路面标志程序设计 9 四、系统测试方法与测试结果 10 4.1 测试条件与仪器 10 4.2 硬件测试 10 4.3 测试结果及分析 10 4.3.1测试结果 10 4.3.2结果分析 10 五、总结 10 六、附录 11 参考文献 11 实物图片 11 一、系统方案 1.1 设计目标 如下图1所示，甲车车头紧靠起点标志线,乙车车尾紧靠边界，本设计要求甲、乙两辆小车同时起动，先后通过起点标志线，在行车道同向而行，不能碰撞，在超车区控制超车，实现两车交替超车领跑功能，且要求行驶时间尽量短。 图1 小车跑道示意图 1.1.1 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）乙两车按图 1 所示位置同时起动，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）乙两车在完成(2)时的行驶时间要尽可能的短。 1.1.2 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要实现超车功能，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短。 （3）在完成上述功能后，重新设定甲车起始位置（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 方案选择 实现以上功能，可有多种实现方案，下面对控制模块、电机驱动模块、循迹模块、探测模块的几种实现方式及其优缺点分别加以比较并选择。 1.2.1 主控制模块选择 方案一：采用FPGA或CPLD作为系统的控制器。可以实现比较复杂的逻辑功能，速度快、密度高、体积小、稳定性高，容易实现仿真、调试和功能扩展，但是此控制器成本高、引脚多、功耗大，性价比比较低。 方案二：采用MSP430系列单片机作为系统的控制器，算术运算功能强大，控制能力较强，软件编程灵活，因此自由度比较大，而且该系列单片机使用范围广，技术成熟，体积小，成本较低，容易实现仿真、调试和功能扩展。 方案三：采用C8051F350单片机作为小车的主控芯片，该单片机体积小、驱动能力强、可靠性高、功耗低、结构简单、具有语音处理、运算速度快等优点，节能且易于控制，编程简单。 综合以上三种方案，选择方案三。 1.2.2循迹模块方案的选择与比较 方案一：采用热探测器，它的光谱响应是无选择性的，只受透光窗口光谱透射特性的限制，因此响应率较低、响应速度慢、机械强度低，可能使小车正确行驶产生较大误差。 方案二：采用反射式红外传感器TCRT500来进行探测。其抗干扰能力较强，体积小、灵敏度高、传输速度快，主要应用场合有电度表脉冲数据采样、传真机碎纸机纸张检测、障碍检测、黑白线检测。只要选择数量和探测距离合适的红外传感器，检测范围3.5mm~15mm，正确固定便可以准确的判断出黑线的位置。 比较两个方案，方案二比较容易满足精确寻迹计要求，故选择方案二。 1.2.3电机驱动模块方案的选择与比