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2003年全国大学生电子设计竞赛一等奖简易智能电动车_E题_ 校园电子 ２００３年全国大学生电子设计竞赛一等奖 简易智能电动车（Ｅ题） ?北京科技大学　　孟凡伟　蒋林明　孙学彬??辅导教师　　牟世堂 金 波 王尚军? 方案的选择与论证 根据题目要求，系统可以分为四个 基本模块，由四片八位单片机分别实现，一片８９Ｃ５２作为主机，三片８９Ｃ２０５１为从机，主从机之间用单片机通信联系，　如图 不平容易干扰反射，并且经常使用，白的 部分容易变黑干扰反射；另一种方法是按照光电编码盘的原理，在小车的主轴上套上一个布有均匀透光孔的圆盘，使用光电开关进行测速，由于我们的这辆小车的主轴上空间很小，所以这种方法也不容易实现。霍尔开关的电路简单，安装也很方便（只需将小磁铁均匀地贴在轮子上即可），但是由于小磁铁放置太多彼此之间会互相干扰，所以小磁铁的放置数量是有限的（只能１￣３片），同时由于小磁铁之间是互斥的，所以很难实现精确均匀分布，因此使用霍尔开关的精度比较低。 综合以上方案，接近开关价格比较昂贵，我们本着节约的原则没有采用。由 图１ 根据以往的实践经验我们特别加了一个 时钟模块以统一整个系统的时间，这样可以使整个系统统一行动，减少因为时间不统一而出错的几率，增强系统的稳定性。 ４．主控模块 主控模块是系统的核心，它担负着跟踪黑线、躲避障碍物、寻找光源的任务。 跟踪黑线的大致原理是：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸的反射系数不同，可根据接收到的反射光强判断是否在寻迹行驶。 方案一 采用直流不调制的反射式红外发射－接收器，经过电压比较器比较后送入单片机。电压比较器的介入有助于降低输入阻抗，并且将输出电压规范到两个标准值。可是我们实际做的效果并不理想。考虑不理想的原因主要是周围环境光线的干扰。 方案二 脉冲调制的反射式红外发射－接收器。考虑到环境光干扰主要是直流分量，如果采用带有交流分量的调制信号，则可大幅度减少外界干扰；另外，红外发射管的最大工作电流取决于平均电流，如果使用占空比小的调制信号，在平均电流不变的情况下，瞬时电流可以很大（５０～１００ｍＡ），这样也大大提高了信噪比。 基于上述考虑，我们采用第二种方案。 ５．躲避障碍物的选择 躲避障碍物有以下两种方案可供选择： 方案一 超声波测距。超声波传感器的原理是：首先它发射出一束超声波，超声波碰到物体反射回超声波传感器，ＣＰＵ记录下时间ｔ并通过公式Ｓ＝３４０×ｔ／２计算出小车同障碍物之间的距离，加以躲避。 方案二　　反射式红外线光电传感器。这种器件只能输出开关量，因为它只在 １所示。对各模块的实现，分别有以下一 些不同的方案。 １．测金属计算路程模块金属探测使用接近开关，对于路程的计算我们有以下两种方案： 方案一 在小汽车前后各放一个接近开关Ｊ１、Ｊ２，相距为Ｌ。设前端Ｊ１探测到金属片前端的时间是ｔ１，Ｊ２探测到金属片前端的时间是ｔ２，Ｊ１探测到金属片后端的时间是ｔ３，Ｊ２探测到金属片后端的时间是ｔ４。假设小车在直线段上是匀速行驶，则小车的速度为Ｌ／（ｔ２－ｔ１），铁板中线到起跑线的距离是［Ｌ×ｔ１＋Ｌ×（ｔ３－ｔ１）／２］／（ｔ２－ｔ１），由于小车启动时是加速运动，所以距离要根据实验测得的数据进行修正。 方案二 在小车的前端放置一个接近开关。通过光电传感器或霍尔开关使轮子每转一周产生若干个脉冲，单片机记下脉冲数和时间，再用实验的方法测出轮子的周长，就可以算出小车的平均速度，进而算出铁片中线到起点的距离。光电传感器可以通过两种方法得到脉冲数，一种方法是在一个车轮上涂上黑白相间的条纹，通过黑白对光线的反射强弱不同产生脉冲，缺点是轮子表面凹凸 于小车本身结构的原因，光电传感器不 方便安装，安装上的效果可能也不会太好，所以也没有采用。最终我们选择了霍尔开关的方案，考虑到本题对速度要求不是太高，我们在轮子上安装了１块小磁铁。 ２．电动机驱动调速模块 方案一 在电动机前段加电位器使之分压减少以降低转速；同时在前端并联一个电容可以使电动机缓慢加速，从而避免突然加速对系统的冲击，避免轮子打滑。这种方案的缺点是调节转速需要人工手动调节电位器，非常不方便；小车刹车时由于电容放电，刹车也很缓慢，不能及时刹车。 方案二 采用专用集成电路芯片Ｌ２９８驱动电机，用单片机控制Ｌ２９８的输入使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。电子开关的速度很快，稳定性也极强。缺点是小车