2011全国大学生电子设计竞赛智能小车(2)

当前方探头连续5次检测到标志线时，则程序跳转到超车部分，并通知前车减速。

在进入超车区时，使用超声波测距模块检测后车与前车距离，当达到安全超车距离时进行超车。超车结束后通知后车加速，以便用最短时间跑完全程。

2.2.2 通信方法

通信部分使用NRF24L01无线通信模块，使用LPC2138内部SPI接口进行两车之间的通信。自行规定通信协议，例如：

若接收到的数据为0x00，则为后车到达转弯标志线，通知前车减速的信号。

表 2.2.2-1 具体通信协议表

三、硬件设计

3.1红外循线电路

图3.1-1 红外循线模块电路图

红外收发管是由两部分组成，一端发射光束，一端接收。接收回的光线多少由反射物体表面性质决定。发射管使用脉冲调制，以实现最大限度的节能。若地面为均匀的浅颜色则接收端输出的信号与调制脉冲频率相等。若地面为黑色则保持低电平。将这些脉冲信号传给单片机，实现对黑线的检测。

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3.2 电源模块

电源由两节锂电池串联而成，单节锂电池额定电压为3.7V，串联后可达7.5V。将经7806稳压后的6V电压供给电机，经7805稳压后输出的5V电压供给红外电路，经LM1117稳压后的3.3V电压供给单片机。

3.3电机驱动电路

电机驱动模块的电路图如下：

图 3.3-1 电机驱动模块电路图

通过红外传感器检测的信号调节电机转动方向及时间，大概情况如下图：

图3.3-2 电机转动与检测信号的关系

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3.4方向和车速的控制

3.4.1 方向控制

小车的车轮是由直流电机带动的，电机1和电机2并联，电机3和电机4并联。电机分部情况如图：

图3.4-1 小车驱动电机分布图

小车转动方向的控制如下：

前进：电机1、2、3、4 均向前转动

左转：电机1和电机2停止；电机3和电机4向前转动 右转：电机3和电机4停止；电机1和电机2向前转动

原地左转：电机1和电机2向后转动；电机3和电机4向前转动 原地右转：电机1和电机2向前转动；电机3和电机4向后转动

3.4.2 速度测量与控制

测速部分使用光电码盘实现，

小车行驶速度控制是通过软件实现的。小车正常行驶时一直保持在高速状态，只在超车过程中涉及改变速度，被超越的小车进入超车区后减速行驶，另一个车继续保持高速，这样才能保证整个行驶过程所用时间最短。

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3.5 超声波测距模块

超声波测距模块可提供2cm – 450cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达到3mm；模块包括超声波发射器，接收器与控制电路，模块大致图形如下：

发射端接收端

图 3.5-1 超声波测距模块

四、系统软件的设计

4.1 循线路线修正

路线修正贯穿于整个程序进程中，为避免小车跑出轨道。修正程序如下：

while(flag) //循迹 部分 检测到黑线 转弯 并退出 { if((IO0PIN&zuojc)==0) //如果左边传感器发出触线信号 { turnright(); //则稍向右转 delay(1); //延时 qianjin(); //继续前进 } if((IO0PIN&youjc)==0) //如果右边传感器发出触线信号 { turnleft(); //则稍向右转 delay(1); //延时 qianjin(); //继续前进 } }

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4.2 减速程序

采用降低占空比来调节行驶速度，子程序如下：

void PWMbo(uint8 x) { uint8 a,y; for(a=20;a>0;a--) { qianjin();delay_ns(x); stop();delay_ns(100-x); } }

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4.2 超声波与无线收发模块工作情况框图

图 4.2-1 超声波模块程序框图 4.2 程序框图

软件流程框如下：

图 4.2-2 无线收发模块程序框图

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图4.3-3 程序流程图

五、参考文献

[1] 周立功 . ARM嵌入式系统基础教程 . 北京：北京航空航天大学出版社

[2] 全国大学生电子设计竞赛组委会 . 全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编[M] . 北京：北京理工大学出版社

[3] 耿德根等 . AVR 高速嵌入式单片机原理与应用 . 北京：北京航空航天大学