2011全国大学生电子设计竞赛智能小车

2011全国大学生电子设计竞赛

全国大学生电子大赛论文

智能小车

2011全国大学生电子设计竞赛

目录

摘要 .................................................... 3 Abstract ................................................. 3 一、系统方案论证与选择 .................................... 3 1.1 主控制芯片的选择 ...................................... 3 1.2 电机的选择 ........................................... 4 1.3 电机驱动芯片的选择 .................................... 5 1.4 电源的选择方案 ........................................ 5 1.5 路面标志线检测模块的设计 ............................... 5 1.6 超声波测距模块的选择 .................................. 6 二、总体方案描述.......................................... 6 2.1 系统各部分功能概述 .................................... 6 2.2 理论分析与计算 ........................................ 7 三、硬件设计 ............................................. 7 3.1 红外循线电路.......................................... 7 3.2 电源模块 ............................................. 7 3.3电机驱动电路 .......................................... 8 3.4 方向和车速的控制 ...................................... 9 3.4.1方向控制 ............................................ 9 3.4.2 车速测量与控制 ...................................... 9 3.5 超声波测距模块 ........................................10 四、系统软件的设计 ........................................10 4.1 循线路线修正..........................................10 4.2 超声波与无线收发模块工作情况框图 ........................11 4.3 程序总框图 ...........................................11 五、参考文献 .............................................12

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摘要

该智能小车在分析了小车控制系统的结构和特点基础上，结合现代控制技术、微机技术、无线收发技术以及嵌以入式技术ARM处理器为代表微电子技术设计了智能小车控制系统。该系统由数据采集模块、数据处理与控制模块、执行模块四部分组成。本系统采用ARM7典型芯片LPC218作为主控制芯片；利用无线收发技术实现两车之间的通信联系；应用红外检测技术感应轨道标志通过控制车轮转速实现了车辆方向的精确控制；每辆车配有两个直流有刷电机，它们可以为车辆提供足够大驱动力，便于乙车在超车范围内超过甲车。该系统重点设计了控制部件，可灵活准确的实现车辆行驶、加速、超车、转向的功能，完成了题目要求。

Abstract

After have analyzed the structure and characteristics of the car ,combined with modern control technology, microcomputer technology，wireless transmit and receive technology as well as microelectronic technology we design this intelligent car. This system include four parts : data collect module ,data process and control module and perform part . This system employ LPS2138 as the core control chip ；use wireless transmit and receive technology realize the communication between the two car; use the infrared detect technology to sense the mark of the pathway we can control direction of the car accurately by controlling the speed of the wheel; every car is offered two step motor , they can offer enough drive strength which is good for the second car two overpass the first car . This system mainly design the control module, it can make the car run at normal speed, speed up and overpass the other car and turn to the other direction come true ,which are required .

一、系统方案论证与选择

1.1 主控制芯片的选择

主控制电路为整个系统的核心部件。它担负着整个系统处理数据、产生并传递控制指令的目的，因此主控制芯片的选择至关重要。主控制芯片选择时应重点考虑以下4个指标：

a）指令执行快速，调节灵敏度高 b）程序存储空间大，指令丰富

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c）指令修改方便 d）操作简单。

方案一：选用传统的STC89C51系列产品做主控制芯片

51单片机是目前应用最广泛的单片机。它具有价格便宜，性价比高、功能较多的特点，但是它采用的是复杂指令集CISC，指令执行周期时间长运算速度慢。此外，其片内资源少，存储容量小，难以实现存储大体积的程序和实现快速精确的反应控制。不采纳该方案。 方案二：使用AVR做主控制芯片

AVR是工控高速单片机，它在51的基础上扩充了大量的寄存器和引脚功能且几乎每个引脚都有第二功能。但功耗大，不可位操作，编程相对麻烦。 方案三：选用LPC2138作为主控制芯片

LPC2138是基于ARM7-TDMI-S的低功耗32位处理器，支持强大的处理速度和寻址能力，具有高性能、低功耗、低电压性能稳定、操作简便的特点。 鉴于系统对于精度、速度以及灵敏度的要求，对各种芯片综合比较之后选定LPC2138作为主控制芯片。

1.2 电机的选择

选择电机时首先要考虑电机的控制精度和调节的灵敏度，根据题目要求，整个赛道为非规则形状，在各个拐角处小车必须及时调整各个车轮的转动速度以实现转向，因此必须要求电机的调控灵敏度要高；其次应该考虑电机的稳定性，电机必须平稳地运行才可保证车辆能正常运行。 方案一：使用直流电机

特点是速度快，驱动电路简单。 能承受频繁冲击负载，过载能力强。可实现频繁快速制动以及逆向旋转。温度低，可靠性好，价格低，变速平稳，几乎无振动感觉。

方案二：使用步进电机

步进电机的特点是可以通过控制步进电机的步数精确计算出行进距离。车道形状多变，而步进电机的力矩比较小，容易产生失步。

综上，为达到系统各方面的要求，实现快速、精确控制的目的，选择使用直流电机。

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1.3 电机驱动芯片的选择

方案一：使用H桥电路驱动

达林顿H桥电路涉及的元器件简单，设计方便，然而其通断率受元器件响应速率的影响，且电流有一定的限制。 方案二：使用L298N

L298N片内含两个H桥电路，能提供最大4A的驱动电流，且此芯片专门为电机驱动设计，工作性能稳定。

因此。系统采用L298N电机驱动芯片来满足小车行驶时所需的大电流。

1.4 电源的选择方案

方案一：采用两个电源供电

电机驱动电路与单片机系统电路采用两个电源供电，消除了电机驱动造成的干扰，但增加了小车的重量，且不够方便。 方案二：采用单一电源供电

由于LPC2138工作在3.3V，红外发射接收传感器工作在5V，而电机驱动电路工作在6V，可以将两节锂电池串联，经过7805、7806和LM1117-3.3 稳压后供给系统，采用光耦合器将电机驱动电路与控制电路电气隔离以及电平转换。这样可以消除电机驱动电路对控制电路造成的干扰，提高了系统的稳定性。 因此，采用方案二。

1.5 路面标志线检测模块的设计

方案一 …… 此处隐藏：3416字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……