智能小車(chē)論文

1、摘要本設(shè)計(jì)為以AVR mega128為主控制器的智能小車(chē)控制系統(tǒng)。小車(chē)系統(tǒng)由紅外線(xiàn)循跡模塊、L298N電機(jī)控制模塊、電源模塊組成、小車(chē)轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)模塊。小車(chē)供電系統(tǒng)采用電池組供電。小車(chē)循跡模塊4個(gè)RPR220光電對(duì)管構(gòu)成，左面兩個(gè)RPR220光電對(duì)管檢測(cè)左車(chē)車(chē)道邊沿信號(hào)，使小車(chē)的左輪一直沿著左面的黑色跑道行駛；中間的RPR220光電對(duì)管檢測(cè)跑道黑線(xiàn)累加計(jì)數(shù)并在相應(yīng)的跑道處轉(zhuǎn)彎，而右面RPR220光電對(duì)管是防止小車(chē)從右面沖出跑道，所以總體4個(gè)傳感器相結(jié)合使小車(chē)實(shí)現(xiàn)循跡功能。轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)模塊實(shí)現(xiàn)小車(chē)的轉(zhuǎn)彎的程度。本次設(shè)計(jì)的小車(chē)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)測(cè)試運(yùn)行比較穩(wěn)定，基本達(dá)到預(yù)期目的。關(guān)鍵詞：AVR mega128、循跡

2、、轉(zhuǎn)彎The design for the main controller to AVR mega128 smart car control system. Trolley system consists of infrared tracking module, L298N motor control module, power module, the car speed counting module. Car power supply system using battery pack. Car tracking module 4 RPR220 photoelectric tube str

3、ucture, left two RPR220 photoelectric tube left car lane edge detection signal to the car's revolver had been traveling along the left side of the black runway; intermediate RPR220 photoelectric detection runway black line on the tube and at the turn in the appropriate runway, while the right RP

4、R220 photoelectric tube is to prevent the car from the right runway, so the overall four sensors combine to make the car to achieve tracking functionality. Speed counting module to achieve the degree of turning the car. The design of the car after the test run the system more stable, basically achie

5、ve the desired objectives.Keywords: AVR mega128, traction, cornering目錄0引言11 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)分析21.1 控制器的選擇1.2 光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)模塊31.3 V直流電機(jī)與L298N電機(jī)控制模塊的論證與選擇31.4電源模塊的選擇42 理論分析與計(jì)算42.1 RPR220檢測(cè)計(jì)算與控制52.2節(jié)能63 硬件設(shè)計(jì)63.1 RPR220檢測(cè)電路63.2 L298N驅(qū)動(dòng)電路74 程序設(shè)計(jì)與流程84.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路84.1.1程序功能描述84.1.2 程序設(shè)計(jì)思路84.2程序流程圖 95 測(cè)試方法與測(cè)試結(jié)果115.1測(cè)試方案115

6、.2 測(cè)試條件與儀器115.3 測(cè)試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析115.3.1 PWM調(diào)速115.3.2 超車(chē)時(shí)間控制126 總結(jié)126.1 設(shè)計(jì)小結(jié)12參考文獻(xiàn)13附錄1：系統(tǒng)原理圖14附錄2：部分源程序150引言在本設(shè)計(jì)中，要求車(chē)頭緊靠起點(diǎn)標(biāo)志線(xiàn)，在跑道中黑線(xiàn)的2、3、8、9處轉(zhuǎn)彎，在1、4、5、6、7處正常循跡，在10處停止。跑道如圖1 。0 IntroductionIn this design, requiring the front line against the starting flag, the black line on the runway at the turn of 2,3,8,9

7、, 1,4,5,6,7 place in normal driving, stop at 10. Figure 1 runway.圖0-1 小車(chē)跑道具體要求如下所示：1. 基本要求（1）小車(chē)從起點(diǎn)標(biāo)志線(xiàn)開(kāi)始，在行車(chē)道各正常行駛一圈。（2）在跑道中黑線(xiàn)的2、3、8、9處轉(zhuǎn)彎，在1、4、5、6、7處正常行駛，在10處停止。1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)分析小車(chē)系統(tǒng)由光電循跡模塊、L298N電機(jī)控制模塊、電源模塊組成。系統(tǒng)總體框圖如圖1-1所示。圖1-1 小車(chē)系統(tǒng)框圖下面分別對(duì)這幾個(gè)模塊的進(jìn)行選擇：1.1 控制器的選擇在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中中，我們選擇AVRmega128為小車(chē)的控制器。因?yàn)锳VRmega128單片機(jī)處理

8、數(shù)據(jù)的速度是普通單片機(jī)的8-12倍，內(nèi)部自帶SPI、ADC、EEPROM PWM及雙UART高性能、 先進(jìn)的 RISC 結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的外圍設(shè)施等。1.2光電循跡模塊的論證與選擇方案一：采用4個(gè)RPR220循跡。此方案運(yùn)用4個(gè)RPR220檢測(cè)轉(zhuǎn)彎標(biāo)志及跑道兩側(cè)的邊沿標(biāo)志。，它測(cè)量距離近，但反應(yīng)靈敏、準(zhǔn)確。方案二：采用光電開(kāi)關(guān)循跡。小車(chē)跑道兩側(cè)均有一定的高度差，可以通過(guò)控制光電開(kāi)關(guān)的靈敏度實(shí)現(xiàn)邊沿檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)小車(chē)的循跡。在本設(shè)計(jì)中在轉(zhuǎn)彎處都有兩厘米寬度的黑膠帶，無(wú)論小車(chē)前端走到何處，都可以利用RPR220很靈敏的檢測(cè)到轉(zhuǎn)彎標(biāo)志，由于跑道兩側(cè)的高度差不是很大，故RPR220更容易控制小車(chē)，防止小車(chē)沖出跑

9、道。因此，綜合以上兩種種方案，選擇方案一。1.3 5V直流電機(jī)與L298N電機(jī)控制模塊的論證與選擇方案一：采用繼電器對(duì)電機(jī)的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，可以完成電機(jī)的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，調(diào)速，但繼電器響應(yīng)時(shí)間慢，使小車(chē)運(yùn)動(dòng)靈敏度降低，增加了避障的難度。而且機(jī)械結(jié)構(gòu)易磨損，可靠性不高。它適用于大功率電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，對(duì)于中小功率的電機(jī)則極不經(jīng)濟(jì)。方案二：采用L298N控制芯片，通過(guò)單片機(jī)I/O口輸入改變控制端的電平，即可實(shí)現(xiàn)5V直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)、停止的操作。運(yùn)用此方案可以很好的利用單片機(jī)程序控制達(dá)到控制電機(jī)的目的?；谝陨蟽煞N的方案的比較，選擇方案二。1.4電源模塊的選擇整個(gè)電路系統(tǒng)我們采用電池組供電，能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。5V

10、電池為控制器及外圍電路供電，7.2V電池為兩個(gè)電動(dòng)機(jī)供電。2 理論分析與計(jì)算2.1.1 光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)計(jì)算與控制在本設(shè)計(jì)中我們運(yùn)用的光RPR220是一種靈敏度可調(diào)，可以根據(jù)不同的環(huán)境的光線(xiàn)強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)以使其準(zhǔn)確的響應(yīng)檢測(cè)信號(hào)?？刂品椒ㄔ恚喊裄PR220接入TTL電平，根據(jù)RPR220光電對(duì)管的發(fā)出和返回的紅外線(xiàn)的多少來(lái)識(shí)別檢測(cè)信號(hào)，即RPR220光電對(duì)管是否壓到黑線(xiàn)。具體做法是先讓4個(gè)RPR220未壓到黑線(xiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)與其相連的電位器使4盞相對(duì)應(yīng)的二極管點(diǎn)亮，然后讓4個(gè)RPR220壓到黑線(xiàn)，看4盞相對(duì)應(yīng)的二極管是否全部熄滅，否則通過(guò)調(diào)節(jié)與其相連的電位器使相對(duì)應(yīng)的二極管熄滅。如此反復(fù)調(diào)試最終達(dá)到4

11、個(gè)RPR220未壓到黑線(xiàn)時(shí)，4盞相對(duì)應(yīng)的二極管全部熄滅；當(dāng)4個(gè)RPR220壓到黑線(xiàn)，4盞相對(duì)應(yīng)的二極管全部點(diǎn)亮，讓控制如圖2-1所示圖2-1 RPR220光電對(duì)管工作原理圖圖2-1 RPR220與地面垂直高度2.2節(jié)能電機(jī)功耗計(jì)算：直流電機(jī)功率=機(jī)械效率*電壓*電流扭矩=9.55*（功率/轉(zhuǎn)速）機(jī)械效率=輸出功率/輸入功率輸入功率=電壓*電流我們需要運(yùn)用的電機(jī)是直流，并且為了使小車(chē)有足夠的動(dòng)力，選電壓值為。要求電機(jī)的扭矩在一定值范圍內(nèi)。由于小車(chē)要循跡和超車(chē)，小車(chē)的速度要求也比較小，通過(guò)以上直流電機(jī)功率計(jì)算公式可知：選用直流電機(jī)，電機(jī)的功率小，并且機(jī)械效率高。3 硬件設(shè)計(jì) 3.1 RPR220檢

12、測(cè)電路當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)到黑膠帶時(shí)，會(huì)傳送給控制器一個(gè)跳變信號(hào)，從而使控制器實(shí)行相關(guān)操作。電路如圖3-1所示圖3-1 RPR220檢測(cè)電路3.2 L298N驅(qū)動(dòng)電路電路如圖3-2所示，即可通過(guò)單片機(jī)I/O直接口至電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3-2 L298N驅(qū)動(dòng)電路4 程序設(shè)計(jì)與流程4.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路41、 當(dāng)單片機(jī)接收到RPR220的檢測(cè)到信號(hào)后，控制電機(jī)左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn);以此實(shí)現(xiàn)循跡4.程序設(shè)計(jì)思路1、 循跡轉(zhuǎn)彎設(shè)計(jì)思路當(dāng)左右兩邊RPR220都接收檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，兩光電開(kāi)關(guān)都輸出低電平，小車(chē)直行；當(dāng)左右RPR220分別為接收不到信號(hào)、接收到信號(hào)時(shí)，左右光電開(kāi)關(guān)分別輸出高、底電平，小車(chē)右拐；當(dāng)左右RPR220

13、分別為接收到信號(hào)、接收不到信號(hào)時(shí)，左右光電開(kāi)關(guān)分別輸出底、高電平，小車(chē)左拐；當(dāng)中間RPR220檢測(cè)到拐彎標(biāo)志線(xiàn)時(shí)，輸出為高電平，并實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)志線(xiàn)計(jì)數(shù)功能，作為小車(chē)起始、拐彎，實(shí)現(xiàn)小車(chē)的起始、拐彎。4.2程序流程圖2、 主程序流程圖圖4-1 主程序流程圖3、 循跡子程序流程圖圖4-2 循跡子程序流程圖圖4-3 超車(chē)子程序流程圖5 測(cè)試方法與測(cè)試結(jié)果5.1測(cè)試方案一、硬件模塊測(cè)試：系統(tǒng)本身由兩個(gè)獨(dú)立的模塊構(gòu)成，所以分兩部分進(jìn)行調(diào)試。1、接入5V電源，把光電開(kāi)關(guān)與RPR220固定在小車(chē)上，單獨(dú)調(diào)試，調(diào)整其靈敏度2、接入V電源，調(diào)試L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。二、軟件模塊測(cè)試：采用自下而上的調(diào)試方式，先進(jìn)行

14、模塊測(cè)試程序的調(diào)試，待全部通過(guò)之后將所有的軟件程序串接起來(lái)并結(jié)合硬件電路進(jìn)行整體調(diào)試。5.2 測(cè)試條件與儀器測(cè)試條件：檢查多次，仿真電路和硬件電路必須與系統(tǒng)原理圖完全相同，并且檢查無(wú)誤，硬件電路保證無(wú)虛焊。測(cè)試儀器：數(shù)字萬(wàn)用表、秒表，計(jì)算器、直尺。5.3 測(cè)試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析PWM調(diào)速測(cè)試數(shù)據(jù)如表5-1所示：表5-1 小車(chē)前進(jìn)10s行駛的距離（單位：cm）次數(shù)占空比1：3占空比1：2占空比1：112234拐彎誤差太大較小可以較小較大結(jié)果分析：當(dāng)車(chē)速過(guò)快過(guò)慢時(shí)，小車(chē)容易沖出軌道。當(dāng)占空比為1:1時(shí)，小車(chē)行駛最穩(wěn)定，可以作為小車(chē)正常行駛速度。當(dāng)占空比為1:2與1:0.5時(shí)拐彎誤差較小，所以可選用占空比1：0.4與1:1.8應(yīng)用于小車(chē)的加速與減速。6 總結(jié)6.1 設(shè)計(jì)小結(jié)本設(shè)計(jì)每輛小車(chē)?yán)霉怆婇_(kāi)關(guān)與