2016TI杯電子設(shè)計(jì)大賽C題金屬循跡小車

1、2016年TI杯大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽自動(dòng)循跡小車C題【本科組】摘要:該系統(tǒng)以STM32F103VET和89C52單片機(jī)為控制核心，采用了比賽指定的 LDC1000電感傳感器來探測(cè)鐵絲和硬幣，通過單片機(jī)產(chǎn)生的PWM和LM298模塊控 制電機(jī)，通過光耦傳感器測(cè)量小車輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)圈速，并應(yīng)用LCD1602顯示模塊，以LM2596S為核心的電源電路為系統(tǒng)供電，從而實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)小車循跡、檢測(cè)到硬幣 后蜂鳴器發(fā)出聲響和實(shí)時(shí)顯示小車行駛的距離和運(yùn)行時(shí)間等功能。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，可靠性能高，屢次實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果滿足根本要 求和大局部發(fā)揮局部的要求。關(guān)鍵詞：STM32F103VET689C52 LDC100智 能

2、小車1.方案選擇電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的選擇方案一：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)展控制， 通過開關(guān)的切換對(duì)小車進(jìn) 展調(diào)整，此方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢，易損壞， 壽命較短，可靠性不高。方案二：采用專用L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)。L298N是一個(gè)具有高電壓大電流的 全橋驅(qū)動(dòng)，它相應(yīng)頻率高，一塊L298N可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)。用該模塊驅(qū) 動(dòng)電機(jī)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。因此決定采用方案二方案一：采用步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)具有快速啟動(dòng)和停止能力，其轉(zhuǎn)換靈敏度 比擬高，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制靈活。但是步進(jìn)電機(jī)的價(jià)格比擬昂貴，且該實(shí)驗(yàn)對(duì)小車 速度等沒有特殊要求，因而，不選取該方案。方案二：采用普

3、通的直流電機(jī)。直流電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、 方便。調(diào)整X圍廣，過載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無極快 速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)?？梢詽M足實(shí)驗(yàn)要求。因此選擇方案二探測(cè)線圈的選擇方案一：使用TI公司生產(chǎn)的LDC1000模塊自帶的PCB線圈，其優(yōu)點(diǎn)是布線 精致，感應(yīng)靈敏，但其探測(cè) X圍小，對(duì)小車探測(cè)載體的機(jī)械結(jié)構(gòu)要求較高。方案二；使用自制線圈，其優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè) X圍大，但其精度不夠高，且繞制難 度較高。綜合考慮，選擇方案一。1.5主控芯片的選擇方案一：采用51單片機(jī)，操作簡(jiǎn)單，功耗低，廉價(jià)，但10 口不足，運(yùn)行速 率較低，無法控制LDC1000方案二：采用STM3鮮片機(jī)，高性能，低功耗

4、，還有較多10 口，但操作相 對(duì)較難。經(jīng)過綜合評(píng)測(cè)，采用STM32空制小車循跡，51控制小車的實(shí)時(shí)顯示的方案。根據(jù)題目的要求，設(shè)計(jì)任務(wù)是通過使用 TI公司生產(chǎn)的LDC1000電感數(shù)字轉(zhuǎn) 換器作為循跡傳感器，在規(guī)定的平面跑道上自動(dòng)按順時(shí)針方向循跡前進(jìn)，并對(duì)沿2 / 11路檢測(cè)到的硬幣產(chǎn)生聲光提示，而且實(shí)時(shí)顯示路程與時(shí)間。為了完成上述功能， 將整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為四個(gè)根本模塊，電機(jī)控制模塊，信號(hào)采集與檢測(cè)模塊，檢測(cè)提醒模塊實(shí)時(shí)路程與時(shí)間顯示模塊，其中電機(jī)控制模塊由穩(wěn)壓電源電路，L298N驅(qū)動(dòng)電路兩局部組成，信號(hào)采集與檢測(cè)模塊由小車正前方的掃描載體和 LDC1OO0專 感器構(gòu)成的金屬探頭組成，檢測(cè)提醒模塊

5、包括聲一光報(bào)警電路， 實(shí)時(shí)路程與時(shí)間 顯示模塊是通過光耦傳感器采集實(shí)時(shí)路程傳輸給ST89C52通過處理使LCD1602顯示路程與時(shí)間。整個(gè)系統(tǒng)的總框圖如如下圖所示STM32F103VET6STC89C527L298N驅(qū)動(dòng)光耦傳感器小車蜂鳴器與小燈LCD1602LDC1000傳感器圖1系統(tǒng)總體框圖本系統(tǒng)核心模塊是信號(hào)采集與檢測(cè)模塊，機(jī)械架構(gòu)的穩(wěn)定性決定了金屬探頭 采集的準(zhǔn)確度，采用將LDC1000使用螺母固定在小車的正前方的結(jié)構(gòu)具有很好的 穩(wěn)定性并可以根據(jù)鐵絲的高度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)探頭的高度，檢測(cè)裝置的，結(jié)構(gòu)和控制算 法相對(duì)較為簡(jiǎn)單。、理論分析與計(jì)算探測(cè)器組成方案與工作原理分析LDC1000的原理就是電

6、磁感應(yīng)，其只需要外接一個(gè)PCB線圈或者自制線圈就可以 實(shí)現(xiàn)非接觸式電磁檢測(cè)。在PCB線圈或者自制線圈中加上交變電流， 線圈周圍就 會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。這時(shí)，如果有金屬物體的進(jìn)入磁場(chǎng)，將會(huì)在金屬的外表產(chǎn)生渦 流。渦流電流跟線圈的電流方向相反，產(chǎn)生的電磁場(chǎng)與線圈產(chǎn)生的相反。所以， 渦流是金屬物體距離，大小，成分的函數(shù)。渦流產(chǎn)生的反向磁場(chǎng)與線圈耦合在一 起，就象是有另一個(gè)次先線圈一樣， 這樣就形成一個(gè)變壓器。由變壓器的互感作 用，在初級(jí)線圈的這一側(cè)就可以檢測(cè)到次級(jí)線圈的參數(shù)。所以當(dāng)有金屬物體接近時(shí)，就會(huì)使傳感器的數(shù)值發(fā)生變化，對(duì)這一變化進(jìn)展判斷便可得知小車是否在正 確的軌道上。檢測(cè)與控制算法上電后，先檢

7、測(cè)傳感器返回的數(shù)值并保存，以應(yīng)對(duì)不同環(huán)境下傳感器返回?cái)?shù) 值不同的情況，然后比擬保存的數(shù)值與設(shè)定好的值即探頭感應(yīng)到鐵絲的阻抗 比擬，假如不相等如此通過STM32輸出PWM波進(jìn)而控制輪子的轉(zhuǎn)速，使得小車 左右掃描，找到適宜的數(shù)值即鐵絲的位置進(jìn)而繼續(xù)前進(jìn)，當(dāng)遇到硬幣的時(shí)候，由于所保存的參數(shù)會(huì)發(fā)生較大的變化，進(jìn)而進(jìn)展聲光提示，即可順利循跡。當(dāng)小車前進(jìn)時(shí)，在電機(jī)一側(cè)安裝了光耦傳感器，可以實(shí)時(shí)返回光柵的遮光次數(shù)，通過 STC89C52勺處理，即可輸出實(shí)時(shí)路程，通過內(nèi)部定時(shí)器進(jìn)展對(duì)時(shí)間的計(jì)時(shí)，即 可在LCD1602上顯示實(shí)時(shí)路程與時(shí)間。三、電路與程序設(shè)計(jì)DIMs： !i：，rDInnrw陀Vi3 3miOU

8、TI0VT3Eli Ur 電、l -Mai f%i十誓叫;TITri磁IIniirpru聲MLUUIPIS%P Ihtl Trw?Kn.-miMd圖4 STM32F103VET6連接電路1OSDl SDOSCLKVDDINACCTINTBLBCLKDGNDIXB CFA CFB GND DAP CLDOLIX 10CULIX 10CU測(cè)吊系統(tǒng)LaimDGND AGND圖5 LDC1000連接電路2程序設(shè)計(jì)開始運(yùn)行增加擺動(dòng)角度小車左轉(zhuǎn)個(gè)幅度，再右轉(zhuǎn)回來繼續(xù)右轉(zhuǎn)一個(gè)幅度，在左轉(zhuǎn)回來轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)進(jìn)展檢測(cè)判斷是否達(dá)到進(jìn)展聲光提示四、測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果1.軟件仿真測(cè)試直行圖6程序流程圖蜉 XCCM V2.D羽3544壯4047矩丸匹3邛41和35儲(chǔ)38帕訂49訴壞545645463 0-u9JO-03-Jn-OJDOUJ3003noon-9Ti JI -1 7 fl 卉 -Br7f7f7f7t_r -71 7當(dāng)世捱二 OMd:USESEK!AL像存葢口看蹤霸收n L瞇制顯示廠I白底黔 ETS DTB時(shí)龍侵換丐回車餌呦單梟發(fā)醫(yī)歲祭塩隆協(xié)說傳鈿華助F源電壬網(wǎng):wk. opcv. eon二I創(chuàng)援醫(yī)同期：50ns有幵文件岌送支件莓11世後圖7無鐵絲情況下檢測(cè)到的 ADC碼值圖8有鐵絲情況下檢測(cè)到的 ADC碼值2. 實(shí)際運(yùn)行測(cè)試在地面上使用