循迹小车-测速-显示-无线遥控

2013年科技大学电子设计大赛报告

题目：竞速小车

2013年6月

目录

引言 (2)

1方案设计与论证 (2)

1.1 电机驱动部分论证与分析 (2)

1.2 传感器探测部分论证与分析 (3)

1.3 电机部分论证与分析 (3)

1.4 显示部分论证与分析 (3)

1.5 电源部分论证与分析 (4)

1.6 控制单元部分论证与分析 (4)

2原理分析与硬件电路图 (5)

2.1 系统总体设计 (5)

2.2 车体部分设计.................................................................. 错误!未定义书签。

2.3 电机驱动模块 (6)

2.4 循迹探测模块 (8)

2.5 稳压电路的设计 (9)

3软件设计与流程 (10)

3.1 主程序框图 (10)

3.2 源程序 (11)

4制作安装调试 (18)

4.1 电路设计与制作 (18)

4.2 小车的检测与调试 (19)

5总结 (19)

6参考文献 (19)

7附录 (20)

7.1 元器件列表 (20)

摘要：本设计以一片单片机STC89C52作为核心来控制自动循迹小车，采用四个减速电机，加以控制芯片L298N和单片机联合控制小车的前进与后退。路面的黑带检测使用RPR220红外传感器，经过LM339处理后，传送给STC89C52对输入的信号进行处理，通过一个液晶显示器以动态显示的形式显示小车走过的路程和速度。可实现遥控小车的开始和结束。

关键词：STC89C52 L298N RPR220 1602 LM339

引言

报告是以小车的总体设计为主要线索，包括小车的设计分析及发案论证、小车的软件设计、小车的硬件设计、以及总体的设计流程。共分为五部分。其中第一部分主要是对小车总体设计及各个设计方案进行了论证，第二部分是对小车硬件部分的设计做了详细的介绍，第三部分重点叙述了软件的设计及流程和各种相关的算法，第四部分介绍了我小车设计的开发流程，第五部分叙述了我在设计过程中遇到的问题和解决方法，并对本次的设计活动做了总结报告和在本次活动中的心得。

1方案设计与论证

本次竞赛要求制作的小车能够循黑线前进并且达到竞速的目的，而且要显示走过的时间和速度。并且有按键起车与声光语言提示。根据题目的要求，我们组设计了以下几种方案并对各方案进行了论证与分析。

1.1电机驱动部分论证与分析

方案1：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻较小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且很难实现。

方案2：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整。方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢，机械结构易损坏，寿命较短，可靠性不高。

方案3：采用达林顿管TIP4组成的PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的状态，精确调整电机转速。

方案4：采用L298N来控制电机的正转和反转来实现小车的前进和后退，并且如果再利用上PWM，就可以实现整车的加速与减速，精确小车的速度。

基于上述理论分析，拟选择方案4。

1.2传感器探测部分论证与分析

方案1：用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。因此我们考虑其他更加稳定的方案。

方案2：用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。这样自己制作组装的寻迹传感器基本能够满足要求，但是工作不够稳定，且容易受外界光线的影响，因此我们放弃了这个方案。

方案3：用RPR220型光电对管。RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。简单实用，特别适合我们这次的制作。

基于上述理由我们选择了方案3。

1.3电机部分论证与分析

方案一：采用直流电机

直流电机速度快，价格便宜，通过调节电流来改变速度，驱动电路简单，调速围广，调速特性平滑。但其转距小，带有大负载时很容易堵转；而且由于其速度较快，不易控制，精确度低，不适合应用在本题。

方案二：采用步进电机

步进电机是一种能将电脉冲转化为角位移的机构，通过控制脉冲个数来控制角位移量，通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，其精确度高，但控制相对较繁琐。

方案三：采用减速电机

减速电机也是通过控制电流来改变速度的，而且其部有减速齿轮箱，转距大，而且易控制，速度较步进电机快。通过分析题目要求，减速电机可以达到题目要求的精度，而且价格适中，控制简单。

综上所述，我们决定采用方案3——减速电机。

1.4显示部分论证与分析

方案1：使用数码管显示。

数码管显示具有亮度高，色彩选择多的优点，但是数码管占用I/O资源多，控制复杂，功耗较大，显示信息量较少且单一。

方案2：使用1602液晶屏显示。

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。

基于上述理论分析，我们决定选择方案2。