整套自动往返电动小车设计及实施方案课件.pptxVIP

任务 Ø 设计任务：设计制作一个自动往返于起跑线与终 点之间的电动小车 Ø 实际目的：1.测试学生在单片机应用方面 的水平；2测试学生在电子电路设计与制作方面的 应用能力；3测试学生的实际动手能力等。 谢兵华制作 1 基本要求： 1. 车辆从起跑线出发 (出发前，车体不得超出起跑线) ，到达终点先后停留 10s，然后自动返回起跑线 (允许倒车返回) 。往返一次的时间应力求最 短 (从合上电源开关开始计时) 。 2. 到达终点线和返回起跑线时，停车位置离起跑线和终点线偏差应最小 (以 车辆中心点与终点线或起跑线中心之间距离作为偏差的测量值) 。 但不允许在限速区内停车。 4. 自动记录、显示一次往返时间 (记录显示装置要求安装在车上) 。 5. 自动记录、先是行驶距离 (记录显示装置要求安装在车上) 。 10/17/2023 谢兵华 制作 2 3. D-E之间为限速去，车辆往返均要求以低俗通过，通过时间不得少于8s， 设计的要求 一、电动小车系统设计方案 自动往返电动小车系统方框图如图1所示。采用单片机 作为自动往返电动小车的检测和控制核心。根据题目要求， 系统可以划分为几个基本模块，如图 1所示。 谢兵华制作 3 1. 电动机驱动调速模块 方案一:采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的 目的。 但是电阻网络只能实现有级调速， 而数字电阻的元器件价格比较昂贵。 更主 要的问题在于一般电动机的电阻很小， 但电流很大;分压不仅会降低效率， 而 且实现很困难。 方案二:采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车 的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时 间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。 方案三:采用由达林顿管组成的H型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。 这种电路由于工作 在管子的饱和截止模式下， 效率非常高;H型电路保证了可以简单地实现转速 和方向的控制;电子开关的速度很快， 稳定性也极强， 是一种广泛采用的PWM 调速技术。 基于上述理论分析，拟选择方案三。 2. 路面黑线探测模块 探测路面黑线的大致原理是: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弱判断是否到达黑线。 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， 一旦外界光 亮条件改变， 很可能造成误判和漏判;虽然采取超高亮发光管可以降低一定的 干扰， 但这又将增加额外的功率损耗。 方案二:不调制的反射式红外发射-接收器。 由于采用红外管代替普通可见 光管， 可以降低环境光源干扰;但如果直接用直流电压对管子进行供电， 限于 10/17/2023 谢兵华 制作 4 管子的平均功率要求， 工作电流只能在1OM左右， 仍然容易受到干扰。 方案三: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，拟采用方案三。 3. 车轮检速及路程计算模块 方案一:采用霍尔集成片。该器件内部由三片霍尔金属板组成， 当磁铁正 对金属板时， 由于霍尔效应，金属板发生横向导通， 因此可以在车轮上安装 磁片，而将霍尔集成片安装在固定轴上，通过对脉冲的计数进行车速测量。 方案二:受鼠标的工作原理启发，采用断续式光电开关。 由于该开关是沟 槽结构，可以将其置于固定轴上，再在车轮上均匀地固定多个遮光条，让其 恰好通过沟槽，产生一个个脉冲。通过脉冲的计数，对速度进行测量。 以上两种都是比较可行的转速测量方案。尤其是霍尔元件，在工业土得 到广泛采用。但是在本题中，小车的车轮较小，方案一的磁片密集安装十分 困难，容易产生相互干扰。相反，方案二适用于精度较高的场合，可以车轮 上加较多的遮光条来满足脉冲计数的精度要求， 因此拟采用