循跡避障尋光自動小車

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1、循跡避障尋光電動小汽車 摘要：采用美國ATMEL公司資源豐富的ATmegal128產(chǎn)品作為主控 芯片進行設(shè)計 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 7, 電菲蛛 SUH示丈塊 1模塊方案比較與論證 1.1車體設(shè)計 方案1:自己制作電動車。經(jīng)過考慮，若自己制作電動車，價格 便宜，可靠性良好，但制作工序復(fù)雜，耗費大量時間，在如此緊迫的 賽程里，我們只能選擇放棄此方案。 方案2:使用已有車模改裝。在已有車模的基礎(chǔ)上進行改裝，省 去了制作電動車的大量時間，且可靠性高，用塑料做的車架，比鐵制 小車更輕便、美觀，綜合考慮，我們選擇此方案。 1.2控制器模塊 方案1:可采用 AT89C51，AT89C5

2、1是一款帶 4K字節(jié)FLASH 寄存器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器128X8位內(nèi)部RAM , 32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源，電路簡單， 編程也比較容易，資料齊全 ,芯片很便宜 ,也很容易買到 ,適合入門級， 由于 I/O 不足，一旦數(shù)據(jù)量很大、涉及復(fù)雜運動控制等內(nèi)容時， AT89C51 就力不從心了。運算的速度和效率低也是 AT89C51 的一個 缺點.。 方案 2：采用美國 ATMEL 公司資源豐富的 ATmegal128 產(chǎn)品作為主 控芯片進行設(shè)計。ATmegal128為基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗 CMOS 微處理器，具有快速、靈活、集成

3、度高、加密性強和易實現(xiàn)等 諸多優(yōu)點。ATmegal128具有128KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程 FLASH、4KB 的SRAM、35個中斷、53個通用I/O 口線、32個通用寄存器、實時 時鐘 RTC、 4 個靈活的具有比較模式和 PWM 功能的定時器 /計數(shù)器 （T/C）、2個USART、面向字節(jié)的兩線接口 TW1、8通道10位ADC、 具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器、 SPI 串行端口、與 IEEE 1149.1 規(guī)范兼容的 JTAG 測試接口，以及 6 種可以通過軟件選擇的省 電模式。 總的來說， CPU 構(gòu)架不同，雖然都是 8 位的，但指令集不同， ATmega128是用RISC的

4、，哈佛結(jié)構(gòu)的總線； AT89C51是用CISC， 馮諾衣曼結(jié)構(gòu)的總線。跟ATmega128比，AT89C51是老掉牙的東西， 內(nèi)部資源少， 速度慢，但學(xué)習(xí)簡單， 經(jīng)過仔細比較， 我們選擇方案 2。 1.3 避障模塊 方案 1：用超聲波傳感器進行避障。超聲波傳感器在避障系統(tǒng)中普 遍使用，其避障性能很好， 接收與發(fā)射信號不易受外界干擾，可以很 好的實現(xiàn)避障的功能，但是，超聲波傳感器信號 CHULI復(fù)雜，技術(shù)難 度較高，綜合考慮后，放棄此方案。 方案 2：用紅外接收頭和紅外二極管進行蔽障，紅外接收頭接受已調(diào) 制的信號，因此受其它光源的影響較小， 能實現(xiàn)避障的功能。 造價低， 體積小，便于裝在小

5、車上。綜合考慮我選擇此方案。 1.4 電機的選擇 方案 1：采用步進電機作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機。步進電機體積大 價格高昂，且它的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn) 速時會急劇下降， 其轉(zhuǎn)速較低， 不適合于小車等有一定速度要求的系 統(tǒng)。綜合考慮比較，我們放棄了此方案。 方案 2：采用直流電機。直流電機轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕， 電路簡單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動機提供原始動力，可以 產(chǎn)生大力矩。 能夠較好的滿足系統(tǒng)要求， 方向可用于控制前輪轉(zhuǎn)動角 度，可實現(xiàn)避障、循跡和尋光功能。因此我們選擇此方案。 1.5 電機驅(qū)動電路 方案1:采用直流電機驅(qū)動芯片 MC338886驅(qū)

6、動電流可達2A,外 圍器件簡單，貼片封裝體積小，但調(diào)速時MC338886發(fā)熱量很大，導(dǎo) 致MC338886勺FS引腳置位，從而使其不工作，特別是采用反向制動 后置這這只這種情況更嚴重。 方案2:采用直流電機驅(qū)動芯片L298N驅(qū)動電流總和可達到4A, 它可以驅(qū)動二相和四相步進電機勺專用芯片，我們利用它內(nèi)部勺雙 H（如圖1）橋式電路來驅(qū)動直流電機，這種驅(qū)動電路可以 很方便實現(xiàn) 直流電機的四象限運行，分 別對應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制 動。控制比較簡單，電路也很簡單。因此我們選擇此方案。 1.6 顯示模塊 方案 1：采用 LED 顯示器 ,它采用低電壓掃描驅(qū)動，亮度高、刷新 速率快，但是功

7、耗高、顯示字符不美觀。綜合考慮后，放棄此方案。 方案 2: 采用 LCD 顯示器， LCD 的優(yōu)點主要包括零輻射、 低功耗、 散熱小、體積小、圖像再現(xiàn)精確、字符顯示美觀等，便于安裝。而且 現(xiàn)在 LCD 技術(shù)很成熟， 在顯示器的市場比 LED 占的比重要大， 因此 我們選擇此方案。 1.7 循跡模塊 方案 1：采用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏二極管接受。當(dāng)發(fā)光二極管 發(fā)出的可見光照射到黑線時， 光線被黑線吸收。 光敏二極管檢測到信 號，呈高阻抗， 使輸出端為低電平。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的可見光照射 到地面時， 它發(fā)出的可見光反射回來被光敏二極管檢測到， 其阻抗迅 速降低，此時輸出端為高電平。 但是由

8、于二極管受環(huán)境中的可見光影 響較大，且電路的穩(wěn)定性差。 方案 2: 使用紅外對管，特點是價格低、體積小、質(zhì)量輕、對小車的 轉(zhuǎn)向不會造成影響， 其抗光干擾能力強，靈敏度高響應(yīng)快，光電轉(zhuǎn)換 速度快， 1.8 尋光模塊 方案 1：使用光敏電阻檢測光源時，其光照特性為非線性、反應(yīng) 靈敏度一般，檢測距離范圍有限，其受外部影響較大，檢測信號易出 現(xiàn)誤差，故放棄使用此方案。 方案 2：使用光電三極管自制追光傳感器。 光電三極管靈敏度高， 線性好，能將光信號轉(zhuǎn)變成電信號，便于判斷。其溫度變化對光電流 影響較小，且便于安裝在小車上，此方案價格低廉，可靠性良好，能 滿足此系統(tǒng)的要求，所以我們選擇此方案。

9、 1.9 檢測金屬模塊 方案 1：使用接近開關(guān)：它即有行程開關(guān)、微動開關(guān)的特性，同 時具有傳感性能， 其動作可靠， 性能穩(wěn)定，頻率響應(yīng)快， 應(yīng)用壽命長， 抗干擾能力強等、并具有防水、防震、耐腐蝕等特點。 當(dāng)金屬檢測體接 近開關(guān)的感應(yīng)區(qū)域，開關(guān)就能無接觸，無壓力、無火花、迅速發(fā)出電氣指令，準 確反應(yīng)出運動機構(gòu)的位置和行程， 即使用于一般的行程控制， 其定位精度、 操作 頻率、使用壽命、 安裝調(diào)整的方便性和對惡劣環(huán)境的適用能力， 是一般機械式行 程開關(guān)所不能相比的 。 觸點開關(guān)：是傳統(tǒng)的按鈕開關(guān)，通過接觸觸點來控制開關(guān)的通斷。電 路抗靜電能力較弱，很容易靜電損壞。不適用在高溫，防潮，耐腐蝕 的

10、地方。 1.10 電源模塊 方案 1 采用若幾節(jié)干電池串聯(lián)供電。干電池有較強的電機驅(qū)動能力以及穩(wěn)定 的電壓輸出性能。 但是，攜帶電池盒會影響整體布局， 在小型電動車上使用不方 便，且不能很好的利用太陽能充電系統(tǒng)。因此我們放棄了此種方案。 方案 2：采用 7.2V 蓄電池為系統(tǒng)供電。 7.2V 電壓蓄電池經(jīng)過 LM7805、LM7806 穩(wěn)壓后，可為電機的驅(qū)動和單片機系統(tǒng)的工作提供穩(wěn)定的電壓， 且攜帶方便， 便 于調(diào)整布局，綜合考慮，選用了此方案。 1.11PWM調(diào)速的優(yōu)點 PWM調(diào)速主要是針對 功率較小的低慣量電機，具有高的定位速度和精 度，低速性能好 , 穩(wěn)速精度高 , 調(diào)速范圍

11、寬， 系統(tǒng)頻帶寬 , 動態(tài)響應(yīng)好 , 抗干擾能力強，且經(jīng)濟可靠，因而有很大的使用價值。 調(diào)壓調(diào)速主要是針對饒線式電機，通過串電阻調(diào)壓調(diào)速。價格便宜。 在一些精度要求不高，低電壓時力矩小，調(diào)速范圍小的場合。足已。 開始 、 循跡程序框圖 外部中斷3“回車"鍵 自定義狀態(tài)寄存器的START位置I T/C1捕捉中斷，PWM調(diào)速 T/C3溢出中斷，P帥調(diào)速 T/CO定時中斷，計時 異石 1 每d 25秒中斷一次 一 J T D-COUNT位中斷次數(shù)計數(shù)器