简易智能小车

系统可以分为四个

基本模块

一片８９Ｃ５２

作为主机

主从机之间用单片机通信联系

对各模块的实现１．测金属计算路程模块

金属探测使用接近开关

方案一 在小汽车前后各放一个接近开关Ｊ１

相距为Ｌ

Ｊ２探测到金属

片前端的时间是ｔ２

Ｊ２探测到金属片后端的时间

是ｔ４

则小车的速度为Ｌ／（ｔ２－ｔ１）

ｔ１＋Ｌ

由于小车启动时是加速运动方案二 在小车的前端放置一个接近开关

单片机

记下脉冲数和时间

就可以算出小车的平均

速度

光电传感器可以通过两种方法得到脉冲

数

通过黑白对光线的反射强

弱不同产生脉冲

并且经常使用

另一种方法是

按照光电编码盘的原理使

用光电开关进行测速

所以这种方法

也不容易实现安

装也很方便

所以小磁铁的放

置数量是有限的

所以很难实现

精确均匀分布

综合以上方案

我们本着节约的原则没有采用

光电传感器不

方便安装

所以也没有采用

考虑到本题对速度要求

不是太高

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

从

而避免突然加速对系统的冲击

这种方案的缺点是调节转速需

要人工手动调节电位器小

车刹车时由于电容放电不能及时刹车

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

电子开关的速度

很快缺点是小车启动

时车轮容

易打滑

我们选择第二

种

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

减少因为时

间不统一而出错的几率

４．主控模块

主控模块是系统的核心

躲避障碍物

跟踪黑线的大致原理是

由于黑线和白纸的反射

系数不同

方案一 采用直流不调制的反射式

红外发射经过电压比较器比较后送入单片机

并且将输出电压规

范到两个标准值

考虑不理想的原因主要是

周围环境光线的干扰

接收器

如果采用带有交流分量的调

制信号另

外

如果使用占空比小的调制信

号瞬时电流

可以很大

基于上述考虑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

超声波传感

器的原理是

超声波碰到物体反射回超声波传感器

ｔ／２

计算出小车同障碍物之间的距离

方案二 反射式红外线光电传感器

因为它只在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）

图

１

大于阀值距

离则输出高电平

确定一条比较精确的路

线

由于时间的限制虽然通用性比较差６．电源选择

方案一 所有器件采用单一电源

但是由于我们的小车有两台电机

而且ＰＷＭ驱动

的电动机电流波动较大

有毛刺等干扰

缺点十分明显

将电动机驱

动电源与单片机以及其周边电路完全隔

离这样做虽然

不如单电源方便灵活

提高了系统稳

定性

故采用方案二

１

都采用ＰＷＭ控

制技术

前轮电机采用ＰＷＭ调节小车

的转角

所以为了节省时间我

们直接采用这个电路来控制前轮

以保证

电动机启动瞬间的８Ａ电流要求

当Ｕ１

为高电平

Ｑ２

Ｑ４

当Ｕ１

为低电平

Ｑ２

Ｑ４

电动机反转

通过Ｄ１

起到了保护电动机的作用

这

样不仅增加了各系统模块之间的隔离度

我们采用电机控制专用芯片Ｌ２９８来控制后轮电机

可以用来

驱动２个直流电动机或步进电动机等感

性负载可

靠性高由

图３

可见

其输出脚

用来

连接电流检测电阻

４脚为电机驱动电源

Ｖｓ７１２脚输入标准ＴＴＬ逻辑电平信号

６

控制逻辑如图

３ｂ

允许驱动电压

Ｖｓ＝５０Ｖ

直流

允许输出电流Ｉｏ（ＭＡＸ）＝２Ａ

ｓ）允许功耗Ｐｔｏｔ＝２５Ｗ　（ＴＣＡＳＥ＝７５

峰值电流

可达３Ａ

则可以输出２Ａ的电流

这时

Ｌ２９８的外围电路和控制都比较简

单

以下几个因素是必须考虑的

　Ｌ２９８的允许采样电

压是

２．３Ｖ

　Ｌ２９８的允许电流和允许功率限制

驱

动电源电压为

Ｕ则上

述条件限制可以表示为

７．６￣７．８Ｖ

镍氢电池

１５．４Ｖ或Ｕ３

节电池串联

１５．４Ｖ令

Ｒｓ＝１

因

为实际电机电流不可能达到２Ａ２３．１Ｖ

必须强制ＩＭＡＸ

＜２．５／（Ｕ－２．５）＝１．２Ａ是比较稳妥的也

还可以正常工作

时芯片会烧毁

不论Ｒｓ＝１

ＩＭＡＸ都会比较大

以选择５Ｗ系列的电阻为

宜

图５为用Ｌ２９８驱动直流电机的整体电路图

脉宽输入

转动方向

）　路面黑线检测电路的设计与实

现

为了检测路面黑线

如图６所示

３

小车

经过铁片会分别给单片机一个下降沿和

一个上升沿脉冲

接近开关亦称无接触开关

它由振荡器和整形放大

器组成

当金属体接近

感应区时

从而吸

收了振荡器的能量由整

形放大转换成电信号

霍尔速度传感器的使用原理图如

图７

所示霍尔元件

产生

完成脉冲数到距离的转换

４

路程

电路如图８所示

５

其中６节

电池为前后电机和接近开关提供９Ｖ电

压

电路如图９所示

６

让单片

机记住这条路线

感光电路是两个光敏三极管

当两个光敏三极管的信

号同时为低时

这样就找到了光源

喇叭口与灯光成一个角

度

实现停车各个

模块在车上用机械方法固定

真正实现了硬件模块

化

在我们自己

的测试场地里有很多脚印

系统的软件设计

１．方案比较与分析

方案一 本系统可以采用单ＣＰＵ或两片ＣＰＵ

通过中断相连接

每片ＣＰＵ资源利用率比较高

多

个单片机为从机

这样结构比较复杂

由于在本题中我们使用了四种共１０

个传感器所以我们采用一个主机带三个从机的多机通信方式来

控制

使我们在控制上有很大的灵活性

以便进一步完善

小车功能

软件的总体设计思想

本软件系统设计运用分时多任务与

面向对象的编程思想

单片机控制电路主

要由一片８９Ｃ５２和三片８９Ｃ２０５１

组成

负责对

三片８９Ｃ２０５１控制与监视

０ｘ０２

其中负责时间发生与

任意大小延时监视

负责电机的正转反转调速

０ｘ０３

为辅助信息采集器（ＣＯＬＬＥＣＴＯＲ）

并分析反馈给主机

但考虑到小车寻迹信号