创新设计与实践报告自动寻迹小车

创新设计与实践

实训题目：基于S08单片机的自动寻迹小车设计

专业班级：自动化

学生：

学号：

指导教师：王威

设计地点：

2010年 12 月 20 日

创新设计与实训任务书

绪论

1．1 设计背景

为加强大学生实践、创新能力和团队精神的培养，促进高等教育教学改革，受教育部高等教育司委托(教高司函[2005]201 号文，附件1)，由教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会（以下简称自动化分教指委）主办全国大学生智能汽车竞赛。该竞赛以“立足培养、重在参与、鼓励探索、追求卓越”为指导思想，是以智能汽车为竞赛平台的多学科专业交叉的创意性科技竞赛，是面向全国大学生的一种具有探索性的工程实践活动，旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神。

该竞赛分竞速赛与创意赛两类比赛。竞速赛是在规定的模型汽车平台上，使用飞思卡尔半导体公司的8 位、16 位微控制器作为核心控制模块，通过增加道路传感器、电机驱动电路以及编写相应软件，制作一部能够自主识别道路的模型汽车，按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。创意赛在统一比赛平台上，充分发挥参赛队伍想象力，以特定任务为创意目标，完成研制作品，由竞赛专家组观摩作品现场展示、质疑、现场观众投票等环节，最终决定比赛名次。该竞赛涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科知识。该竞赛以飞思卡尔半导体公司为协办方，已成功举办了五届，曾得到了原教

育部副部长吴启迪教授、原高教司尧学司长及理工处领导、飞思卡尔公司与各高校师生的高度评价，已发展成全国26 个省（自治区）、直辖市的300 余所高校广泛参与的全国大学生智能汽车竞赛。第三、四、五届连续被教育部批准列入国家教学质量与教学改革工程资助项目之一（附件2，教高函[2010]13 号）。飞思卡尔公司在2010 年8 月26 与国家教育部国际合作交流司签署了关于“高等学校人才培养战略合作协议”，此协议将继续赞助全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛。

1．2 设计的意义

智能车竞赛与教育部已举办的数学建模、电子设计、机械设计、结构设计4大专业竞赛不同，是以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的科技创意性比赛。引导和激励学生实事、刻苦钻研、勇于创新、多出成果、提高素质，发现和培养一批在学术科技上有作为、有潜力的优秀人才。

1．3 设计所需的设备

采用组委会提供的标准赛车底盘（赛车MATIZ，配备标准驱动电机RS-380SH、

转向舵机和可充电蓄电池）；单片机FREESCALE的8位单片机MC9S08AW60开发评估

板；传感器采用红外反射式对管及触发电路；电机驱动采用基于33886芯片的

H-Bridge驱动电路。

车模介绍

◆车模：G768

◆电机：RS380-ST/3545，

◆舵机：FUTABA3010

2 总体设计

2.1 小车系统可分为6个部分：

◆电源管理：稳定电压，使系统电压稳定在要求的电压围◆光电传感器：检测路径，校正小车在跑道上的位置

◆车速传感：实时检测小车当前的速度

◆参数选择：根据小车当前的状态，确定算法的参数

◆驱动电机：根据小车的速度、位置，增减速度

◆转向电机：控制小车的方向

2.2 跑道

小车跑道宽度50CM，中间黑线20mm，小车从出发去出发，跑完一圈后，在起始线后1米围自动停下来。

3 硬件电路设计

3.1 传感器的选择

光电式传感器是利用光电器件把光信号转换成电信号的装置。光电式传感器工作时，先将被测量转换为光量的变化，然后通过光电器件再把光量的变化转换为相应的电量变化，从而实现非电量的测量。光电式传感器的核心（敏感元件）是光电器件，光电器件的基础是光电效应。本设计采用采用A/D转换的光电对管红外光耦传感器，当发光二极管由A→B导通时，会发出红外线，经小车跑道散

电动机的测速有很多方法，常见的有测速发电机测速、霍尔传感器测速、编码器测速、光电码盘测速等。测速发电机测速适合大型电机的测速。霍尔传感器测速的方法具有抗干扰能力强，准确可靠地特点，但是测速分度较低，结构也比较复杂。编码器测速，不但使用方便，运行可靠稳定而且分辨率高，也是目前智能车大赛中普遍使用的测速装置，但是价格有点高。我们将着重介绍光电码盘测速，这种测速方法比较简单、容易操作，而且编码器也是基于光电码盘测速的原理。

接下来的是电路部分，需要用到槽型光耦，槽型光耦的外形成一个“凹”字型，一边是个红外发射管另一边是接收管，它们都被塑料壳包起来，中间留了一条很细的窄缝，没有障碍物时接收管能接受到红外线，有东西挡住中间时接收管就接收不到了。在选择槽型光耦时中间缝越细小说明管子性能越好。

从右图电路中可以看出没有遮

挡时，发射管发出的光线直接被接收

管接收，接收管导通集电极电位为低

电平，当光线被遮挡时，接收管接受

不到光线，处于截止状态，集电极为

高电平，后面串了个CD40106BC施密

特触发器的作用是对信号整形，遮光

物体进入和离开时都有一个过程，这

就使得信号变化也有一个过程，不是规则的方波，不能直接提供给MCU，加上施密特触发器以后，通过阀值触发，就变成规则的电平信号了。将方波信号送入测

A

B

C

D

VCC1K

VCC

OUT1

码盘

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