循迹小车设计方案简述
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
循迹小车设计方案
Hale Waihona Puke Baidu第一部分：方案论证
1.小车主体设计方案
自己设计制造小车主体结构，能够按照布局设计思路来完成小车主体结构的 调整，保证电路部分和机械部分的全面协调。可以合理地安放传感器，成本低廉。
2.电源设计方案
选用 7805 作为整个电源电路的核心，除供给电机的电源外，其次将 12V 电 压转换为供整个单片机控制电路的 5V 电流。
2.小车传感器分布
小车循迹的保证是传感器反映回正确的信息，所以传感器的合理排布是小 车能够圆满完成任务的基本保证，经过反复的调试和实验，得出的最佳传感器分 布图如图中所示。
第三部分：小车电路部分
1.电源： 电源共分为两部分，一部分是外部电源 12V，只要供电机的正常运作，第二
部分是用 LM7805 稳压管将 12V 电压至 5V 电压供整个单片机及其外围电路的正常 工作电流。LM7805 是一片最经典的三端线性稳压芯片，具有较好的线性稳压效 果，外围电路十分简单，所以在本次设计中选为逻辑供电稳压芯片。为了得到理 想的电压，在输出端用大的滤波电容和小电容并联的方式进行整波。经测试，完 全符合电气性能以及各项指标。电路图如下图所示。
5.单片机最小系统：
6.液晶显示：
液晶由单片机控制，实时显示小车行驶的时间和路程，由于其内部集成了显 示处理模块，所以外围电路十分简单。电路图如下：
7.串口电路： 采用 MAX232E 专用芯片作 RS232/TTL 电平转换。实现 PC 机与单片
机的数据传输。 第三部分：循迹小车整体硬件电路图如下：
赛道只有黑白两种颜色，小车只要能区分黑白两色就可以采集到准确的路面 信息。所以在这里我们选择光电传感器作为信息采集元件。
5.显示模块设计方案
12864 液晶显示，液晶显示驱动简单，易于控制，功耗小，且显示信息量大， 可以直观地观测到小车的位置及速度信息。
第二部分:循迹小车的硬件设计
一：机械设计
小车机械部分设计有以下几个要求：符合机械力学性能，能够很好地完成各 机械动作；易于组装拆卸以便于维护维修；方便扩展布局，面向以后学习研究的 扩展开发；总体布局有一定的电气隔离性能，尽量减少互相干扰；美观大方。
2.驱动： 驱动部分采用的是 L298 芯片，该芯片是专门的双全桥步进电机驱动芯片，
也可以作为两个直流电机的驱动。该芯片有较强的的驱动能力，可驱动 2A 的步 进电机或两个 1A 的直流电机。
芯片上的的 ENA 与 ENB 为高电平时有效，只有当 ENA 与 ENB 为高电平时， 电机才旋转，否则电机不转，这里的电平指的是 TTL 电平。ENA 为 IN1 和 IN2 的 使能端，ENB 为 IN3 和 IN4 的使能端。当 ENA=1，IN1=1 INT2=0 时电机 1 正转， ENA=1，IN1=0 IN2=1 电机 1 反转。同理，当 ENB=1，IN1=3 INT4=0 电机 2 正转， ENB=1，IN3=0 IN4=1 电机 2 反转。OUT1、OUT2 接电机 1，OUT3、OUT4 接电机 2。 L298 的应用电路图如下所示
3.电机驱动设计方案
使用双电机驱动芯片 L298 经测试性能可以满足小车的电机控制要求，而且 外围电路比较简单，稳定性较好，驱动能力够强。能够很好的保证两电机的同步。
4.传感器设计方案
使用光电传感器来采集路面信息，使用红外传感器最大的优点就是结构简 明，实现方便，成本低廉，免去了繁复的图像处理工作，反应灵敏，响应时间低， 便于近距离路面情况的检测。但红外传感器的缺点是，它所获取的信息是不完全 的，只能对路面情况作简单的黑白判别，检测距离有限，而且容易受到诸多扰动 的影响，抗干扰能力较差，背景光源，器件之间的差异，传感器高度位置的差异 等都将对其造成干扰。
1.小车个模块分布
小车的总体布局应以尽量减少互相干扰为原则，兼顾美观整齐。基于这两点， 通过调试，在小车底板下面只安放了两个直流电机，防止电机磁对电气信号的干 扰。小车的后面安放电源，有利于电流的方向一致以较少对信号的影响。电机驱 动紧挨着电源部分，同在小车的尾部，这样有利于大电流的直接输送，减少干扰。 车头部分放置传感器以及 LM339，这样和别的电流通路基本隔离，有利于信号的 稳定。单片机置于车的中央且用铜柱将其支起来，于电机、电源等干扰源远离， 很好地保证单片机的稳定可靠地运行。
3.信号采集系统
小车共放置四个光电传感器来采集路面信息和小车行驶的路程，采集到的信 号通过 P1 口传给单片机，循迹传感器采集到的信息经 LM339 放大整形后后 传送给单片机，最终达到控制小车循迹的目的。
因每个光电传感器的信号处理过程相同，其电路图如下：
4.蜂蜜器：
蜂鸣器用于小车位置指示，用三极管驱动，由单片机 P2.0 口控制，小车到 站后，单片机给蜂鸣器一个方波信号，蜂鸣器鸣叫提示。电路图如下
Hale Waihona Puke Baidu第一部分：方案论证
1.小车主体设计方案
自己设计制造小车主体结构，能够按照布局设计思路来完成小车主体结构的 调整，保证电路部分和机械部分的全面协调。可以合理地安放传感器，成本低廉。
2.电源设计方案
选用 7805 作为整个电源电路的核心，除供给电机的电源外，其次将 12V 电 压转换为供整个单片机控制电路的 5V 电流。
2.小车传感器分布
小车循迹的保证是传感器反映回正确的信息，所以传感器的合理排布是小 车能够圆满完成任务的基本保证，经过反复的调试和实验，得出的最佳传感器分 布图如图中所示。
第三部分：小车电路部分
1.电源： 电源共分为两部分，一部分是外部电源 12V，只要供电机的正常运作，第二
部分是用 LM7805 稳压管将 12V 电压至 5V 电压供整个单片机及其外围电路的正常 工作电流。LM7805 是一片最经典的三端线性稳压芯片，具有较好的线性稳压效 果，外围电路十分简单，所以在本次设计中选为逻辑供电稳压芯片。为了得到理 想的电压，在输出端用大的滤波电容和小电容并联的方式进行整波。经测试，完 全符合电气性能以及各项指标。电路图如下图所示。
5.单片机最小系统：
6.液晶显示：
液晶由单片机控制，实时显示小车行驶的时间和路程，由于其内部集成了显 示处理模块，所以外围电路十分简单。电路图如下：
7.串口电路： 采用 MAX232E 专用芯片作 RS232/TTL 电平转换。实现 PC 机与单片
机的数据传输。 第三部分：循迹小车整体硬件电路图如下：
赛道只有黑白两种颜色，小车只要能区分黑白两色就可以采集到准确的路面 信息。所以在这里我们选择光电传感器作为信息采集元件。
5.显示模块设计方案
12864 液晶显示，液晶显示驱动简单，易于控制，功耗小，且显示信息量大， 可以直观地观测到小车的位置及速度信息。
第二部分:循迹小车的硬件设计
一：机械设计
小车机械部分设计有以下几个要求：符合机械力学性能，能够很好地完成各 机械动作；易于组装拆卸以便于维护维修；方便扩展布局，面向以后学习研究的 扩展开发；总体布局有一定的电气隔离性能，尽量减少互相干扰；美观大方。
2.驱动： 驱动部分采用的是 L298 芯片，该芯片是专门的双全桥步进电机驱动芯片，
也可以作为两个直流电机的驱动。该芯片有较强的的驱动能力，可驱动 2A 的步 进电机或两个 1A 的直流电机。
芯片上的的 ENA 与 ENB 为高电平时有效，只有当 ENA 与 ENB 为高电平时， 电机才旋转，否则电机不转，这里的电平指的是 TTL 电平。ENA 为 IN1 和 IN2 的 使能端，ENB 为 IN3 和 IN4 的使能端。当 ENA=1，IN1=1 INT2=0 时电机 1 正转， ENA=1，IN1=0 IN2=1 电机 1 反转。同理，当 ENB=1，IN1=3 INT4=0 电机 2 正转， ENB=1，IN3=0 IN4=1 电机 2 反转。OUT1、OUT2 接电机 1，OUT3、OUT4 接电机 2。 L298 的应用电路图如下所示
3.电机驱动设计方案
使用双电机驱动芯片 L298 经测试性能可以满足小车的电机控制要求，而且 外围电路比较简单，稳定性较好，驱动能力够强。能够很好的保证两电机的同步。
4.传感器设计方案
使用光电传感器来采集路面信息，使用红外传感器最大的优点就是结构简 明，实现方便，成本低廉，免去了繁复的图像处理工作，反应灵敏，响应时间低， 便于近距离路面情况的检测。但红外传感器的缺点是，它所获取的信息是不完全 的，只能对路面情况作简单的黑白判别，检测距离有限，而且容易受到诸多扰动 的影响，抗干扰能力较差，背景光源，器件之间的差异，传感器高度位置的差异 等都将对其造成干扰。
1.小车个模块分布
小车的总体布局应以尽量减少互相干扰为原则，兼顾美观整齐。基于这两点， 通过调试，在小车底板下面只安放了两个直流电机，防止电机磁对电气信号的干 扰。小车的后面安放电源，有利于电流的方向一致以较少对信号的影响。电机驱 动紧挨着电源部分，同在小车的尾部，这样有利于大电流的直接输送，减少干扰。 车头部分放置传感器以及 LM339，这样和别的电流通路基本隔离，有利于信号的 稳定。单片机置于车的中央且用铜柱将其支起来，于电机、电源等干扰源远离， 很好地保证单片机的稳定可靠地运行。
3.信号采集系统
小车共放置四个光电传感器来采集路面信息和小车行驶的路程，采集到的信 号通过 P1 口传给单片机，循迹传感器采集到的信息经 LM339 放大整形后后 传送给单片机，最终达到控制小车循迹的目的。
因每个光电传感器的信号处理过程相同，其电路图如下：
4.蜂蜜器：
蜂鸣器用于小车位置指示，用三极管驱动，由单片机 P2.0 口控制，小车到 站后，单片机给蜂鸣器一个方波信号，蜂鸣器鸣叫提示。电路图如下