自动识别路径小车

自动识别路径的智能小车设计报告

来源:kaoshi365 作者:kaoshi365 日期:2009年11月12日访问次数: 625次论文关键字：智能小车电机驱动L298 自动循迹传感器算法

论文摘要：本系统采用存储空间较大的AT89S52作为主控制芯片，电动车电机驱动采用L298N芯片，结合DS10C4光电开关控制电动小汽车的自动寻路，快慢速行驶和转向，三者的结合使小车更加智能化，自动化。整个系统在设计中注意低功耗处理和力求高性价比等细节，电路结构简单，可靠性能高，无论在结构和技术上都具有较好的科学性。

本设计主要特点：

1. 高效的L298电机驱动电路，提高电源利用率。

2．利用软件实现PWM调速的方法。代替了专用集成芯片电路、通用数字组合电路、分立元器件组成电路、单片机系统控制电路、CPLD系统等。

一、模块方案比较与论证：

1. 车体设计

方案一：购买玩具电动车。购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮。由于装配紧凑，使得各种所需电路的安装十分方便，看起来也比较美观。但玩具电动车一般都价格昂贵。

方案二：自己制作电动车。一般的说来，自己制作的车体比较粗糙，对于白色基板上的道路面行驶，车身重量以及平衡都要有精确的测量，而且也要控制好小车行驶的路线和转弯的力矩及角度，这些都比较难良好地实现。依靠电机与相关齿轮一起驱动，能适应题目中小车准确前进、后退、转弯的要求，

基于以上分析，我们选择了方案二

2．电机模块

方案1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。经综合比较考虑，我们放弃了此方案。

方案 2：直流电机：直流电机的控制方法比较简单，只需给电机的两根控制线加上适当的电压即可使电机转动起来，电压越高则电机转速越高。对于直流电机的速度调节，可以采用改变电压的方法，也可采用PWM调速方法。PWM调速就是使加在直流电机两端的电压为方波形式，通过改变方波的占空比实现对电机转速的调节。

基于以上分析，我们选择了方案二，使用直流电机作为电动车的驱动电机。

3．电机驱动模块

方案 1：采用SM6135W电机遥控驱动模块。SM6135W是专为遥控车设计的大规模集成电路。能实现前进、后退、向右、向左、加速五个功能，但是其采用的是编码输入控制，而不是电平控制，这样在程序中实现比较麻烦，而且该电机模块价格比较高。

方案 2：采用电机驱动芯片L298N。L298N为单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，可直接的对电机进行控制，无须隔离电路。通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，非常方便，亦能满足直流减速电机的大电流要求。调试时在依照上表，用程序输入对应的码值，能够实现对应的动作。表1是其使能、输入引脚和输出引脚的逻辑关系。

表1 L298N的引脚和输出引脚的逻辑关系

基于以上分析，我们选择了方案二，用L298N来做为电机的驱动芯片。

4．寻迹传感器模块

方案1：采用发光二极管+光敏电阻，该方案缺点：易受到外界光源的干扰，有时甚至检测不到黑线，主要是因为可见光的反射效果跟地表的平坦程度、地表材料的反射情况均对检测效果产生直接影响。克服此缺点的方法：采用超高亮度的发光二极管能降低一定的干扰，但这又会增加检测系统的功耗。

方案2：脉冲调制的反射式红外发射接收器。由于采用带有交流分量的调制信号，则可大幅度减少外界的干扰；此外红外发射接收管的工作电流取决于平均电流，如果采用占空比小的调制信号，在平均电流不变的情况下，瞬时电流很大（50～100mA）（ST-188允许的最大输入电流为50mA），则大大提高了信噪比。此种测试方案反应速度大约在5us。

方案3：采用CCD传感器，此种方法虽然能对路面信息进行准确完备的反应，但它存在信息处理满，实时性差等缺点，因此若采用CCD传感器，无疑会加重单片机的处理负担，不利于实现更好的控制策略。

根据以上分析我们采用方案2

5．控制器模块

方案1：采用凌阳的SPCE061A小板作为主控制芯片，而且可以采用凌阳的小车模组，可以很快的完成其基本功能，当是用该小板存在在一定的局限性，较难扩张功能，而且各个模块的拼凑，没有比集成在一块板的稳定性高。

方案2：采用AT89S52作为主控制芯片，该芯片有足够的存储空间，可以方便的在线ISP 下载程序，能够满足该系统软件的需要，该芯片提供了两个计数器中断，对于本作品系统已经足够，采用该芯片可以比较灵活的选择各个模块控制芯片，能够准确的计算出时间，有很好的实时性。

基于以上分析，我们选择了方案2

二，采用AT89S52作为电动车的主控制芯片。

6．电源模块

在本系统中，需要用到的电源有单片机的5V，L298N芯片的电源5V和电机的电源7—15V。所以需要对电源的提供必须正确和稳定可靠。

方案1：用9V的锌电源给前、后轮电机供电，然后使用7805稳压管来把高电压稳成5V 分别给单片机和电机驱动芯片供电。这种接法比较简单，但小车的电路功耗过大会导致后轮电机动力不足。

方案2：采用双电源。为了确保单片机控制部分和后轮电机驱动的部分的电压不会互相影响，要把单片机的供电和驱动电路分开来，，即：用6节干电池7.2V来驱动电机芯片，然后用7805稳压管来稳成5V供给单片机，后轮电机的电源用3V供电，这样有助于消除电机干扰，提高系统的稳定性。

基于以上分析，我们选择了方案二。

7．最终方案

二、系统总体设计：

1.系统工作原理及功能简介：本系统利用单片机AT89S52单片机作为本系统的主控模块，该单片机可以将从传感器的输出信号得到外界的信息，然后在程序中控制单片机对电动车上的直流电机的输出，从而实现电动车的前进以及转弯等循迹行驶。

2.系统框架图

3.理论分析与计算