光控小車(chē)技術(shù)方案

1、簡(jiǎn)易光控制小車(chē)參賽隊(duì)員：王 勇 楊 姜 周謙臨目錄一、賽題要求三、系統(tǒng)方案選擇二、賽題分析四、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)一、賽題要求 基本要求1、電動(dòng)小車(chē)在出發(fā)區(qū)，能自動(dòng)把車(chē)頭對(duì)準(zhǔn)光源，、電動(dòng)小車(chē)在出發(fā)區(qū)，能自動(dòng)把車(chē)頭對(duì)準(zhǔn)光源，對(duì)準(zhǔn)后發(fā)出聲或光提示，并且停對(duì)準(zhǔn)后發(fā)出聲或光提示，并且停15秒鐘秒鐘2、完成基本要求（、完成基本要求（1）后，小車(chē)自動(dòng)起動(dòng)，?。┖?，小車(chē)自動(dòng)起動(dòng)，小車(chē)能通過(guò)光引導(dǎo)自動(dòng)從出發(fā)區(qū)走到車(chē)庫(kù)；車(chē)能通過(guò)光引導(dǎo)自動(dòng)從出發(fā)區(qū)走到車(chē)庫(kù)；3、電動(dòng)小車(chē)在行駛過(guò)程中遇到、電動(dòng)小車(chē)在行駛過(guò)程中遇到A、B、C線(xiàn)分別線(xiàn)分別發(fā)出聲或光提示；發(fā)出聲或光提示；4、電動(dòng)小車(chē)在行駛過(guò)程中任何部位不能超出場(chǎng)

2、地；、電動(dòng)小車(chē)在行駛過(guò)程中任何部位不能超出場(chǎng)地； 5、電動(dòng)小車(chē)從出發(fā)區(qū)出發(fā)到車(chē)庫(kù)停車(chē)的時(shí)間不超過(guò)、電動(dòng)小車(chē)從出發(fā)區(qū)出發(fā)到車(chē)庫(kù)停車(chē)的時(shí)間不超過(guò)90秒秒一、賽題要求 發(fā)揮部分1、電動(dòng)小車(chē)能預(yù)裝、電動(dòng)小車(chē)能預(yù)裝2枚一元的硬幣；枚一元的硬幣；2、在基本要求（、在基本要求（1）停車(chē)的）停車(chē)的15秒鐘內(nèi)能識(shí)別光源發(fā)出的秒鐘內(nèi)能識(shí)別光源發(fā)出的指令信號(hào)，接收到指令后發(fā)出聲或光提示；指令信號(hào)，接收到指令后發(fā)出聲或光提示；3、接收到指令一信號(hào)，小車(chē)行駛到、接收到指令一信號(hào)，小車(chē)行駛到A線(xiàn)上時(shí)停車(chē)線(xiàn)上時(shí)停車(chē)5秒秒 4、接收到指令二信號(hào)，小車(chē)行駛到、接收到指令二信號(hào)，小車(chē)行駛到A線(xiàn)上時(shí)停車(chē)線(xiàn)上時(shí)停車(chē)5秒，秒，并且在線(xiàn)

3、上放下一枚硬幣；并且在線(xiàn)上放下一枚硬幣；5、接收到指令三信號(hào)，小車(chē)行駛到、接收到指令三信號(hào)，小車(chē)行駛到B線(xiàn)上時(shí)停車(chē)線(xiàn)上時(shí)停車(chē)5秒，秒，并且線(xiàn)上放下一枚硬幣；并且線(xiàn)上放下一枚硬幣；6、到達(dá)車(chē)庫(kù)并且在車(chē)庫(kù)中心放下一枚硬幣，小車(chē)停在、到達(dá)車(chē)庫(kù)并且在車(chē)庫(kù)中心放下一枚硬幣，小車(chē)停在車(chē)庫(kù)中停車(chē)后發(fā)出聲或光提示；車(chē)庫(kù)中停車(chē)后發(fā)出聲或光提示；二、賽題分析3、小車(chē)如何檢測(cè)黑線(xiàn)并報(bào)警？4、小車(chē)如何找到車(chē)庫(kù)位置？2、小車(chē)如何 根據(jù)光引導(dǎo)自動(dòng)行駛？1、小車(chē)如何檢、小車(chē)如何檢測(cè)光源，報(bào)警測(cè)光源，報(bào)警并停留并停留15秒？秒？5、小車(chē)如何、小車(chē)如何攜帶硬幣，按攜帶硬幣，按照指令放下？照指令放下？6、小車(chē)行駛、小車(chē)行駛時(shí)間怎

4、樣能不時(shí)間怎樣能不超過(guò)超過(guò)90s?三、系統(tǒng)方案選擇2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1、單片機(jī)控制系統(tǒng)、單片機(jī)控制系統(tǒng)3、光源檢測(cè)系統(tǒng)、光源檢測(cè)系統(tǒng)4、黑線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)、黑線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)5、距離檢測(cè)系統(tǒng)、距離檢測(cè)系統(tǒng)7、聲光報(bào)警系統(tǒng)、聲光報(bào)警系統(tǒng)6、硬幣投放系統(tǒng)、硬幣投放系統(tǒng)三、系統(tǒng)方案選擇采用采用 STC89C52 單片機(jī)構(gòu)成的單片機(jī)構(gòu)成的51最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)作為主控系統(tǒng)，支持ISP 下載技術(shù)，控制操作簡(jiǎn)單 ，價(jià)格低廉 ，通用性強(qiáng) 。1、主控系統(tǒng)、主控系統(tǒng)三、系統(tǒng)方案選擇采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 LM298，該芯片是利用，該芯片是利用 TTL 電平進(jìn)行控制，對(duì)電機(jī)的電平進(jìn)行控制，對(duì)電機(jī)的 操作方

5、便操作方便 ，通過(guò)改變，通過(guò)改變芯片的輸入電平芯片的輸入電平 ，即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)操作，即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)操作 ，很方便單，很方便單 片機(jī)對(duì)小車(chē)方向的控制片機(jī)對(duì)小車(chē)方向的控制。2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)三、系統(tǒng)方案選擇采用光敏電阻的采用光敏電阻的高靈敏感光高靈敏感光特性特性 ，且有光譜特且有光譜特性性 ，在高溫、多濕的惡劣環(huán)境下，在高溫、多濕的惡劣環(huán)境下 ，仍能保持其，仍能保持其高度的高度的穩(wěn)定性穩(wěn)定性和和可靠性可靠性 ；在黑暗環(huán)境里，它的電；在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，其電阻率變少，從而阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，其電阻率變少，從而造成光敏電阻阻值下降，輸出信號(hào)電位會(huì)發(fā)生變?cè)?/p>

6、成光敏電阻阻值下降，輸出信號(hào)電位會(huì)發(fā)生變化化，再經(jīng)過(guò)運(yùn)放比較再經(jīng)過(guò)運(yùn)放比較 ，實(shí)現(xiàn)高低電平的變化，把，實(shí)現(xiàn)高低電平的變化，把信號(hào)送單片機(jī)處理信號(hào)送單片機(jī)處理 。3、光源檢測(cè)、光源檢測(cè)三、系統(tǒng)方案選擇采用采用紅外對(duì)管紅外對(duì)管 ，利用光反射的原理，紅外發(fā)射，利用光反射的原理，紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線(xiàn)，當(dāng)發(fā)出的紅外線(xiàn)照射到白色的平管發(fā)出紅外線(xiàn)，當(dāng)發(fā)出的紅外線(xiàn)照射到白色的平面后反射面后反射 ，發(fā)出的紅外線(xiàn)照射到黑色的平面后紅，發(fā)出的紅外線(xiàn)照射到黑色的平面后紅外線(xiàn)被吸收外線(xiàn)被吸收 。若紅外接收管能接收到反射回的紅。若紅外接收管能接收到反射回的紅外線(xiàn)則檢測(cè)出外線(xiàn)則檢測(cè)出白白線(xiàn)繼而輸出低電平線(xiàn)繼而輸出低電平，若

7、接收不到若接收不到紅外線(xiàn)則檢測(cè)出黑線(xiàn)繼而輸出高電平紅外線(xiàn)則檢測(cè)出黑線(xiàn)繼而輸出高電平 ，同時(shí)將對(duì)，同時(shí)將對(duì)管的輸出與單片機(jī)管的輸出與單片機(jī) I/0 口相連接，由單片來(lái)檢測(cè)口相連接，由單片來(lái)檢測(cè)識(shí)別，控制小車(chē)的行駛。識(shí)別，控制小車(chē)的行駛。4、黑線(xiàn)檢測(cè)、黑線(xiàn)檢測(cè)三、系統(tǒng)方案選擇采用采用超聲波測(cè)距超聲波測(cè)距 ，通過(guò)超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，根據(jù)接收器接到超聲波時(shí)的時(shí)間差就可以知道距離了。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。（超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以

8、計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2）5、距離檢測(cè)、距離檢測(cè)三、系統(tǒng)方案選擇利用電磁繼電器在通電時(shí)可產(chǎn)生磁場(chǎng)的原理利用電磁繼電器在通電時(shí)可產(chǎn)生磁場(chǎng)的原理 ，利用電磁繼電器通電的瞬間利用電磁繼電器通電的瞬間 所產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以來(lái)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以來(lái)完成放下硬幣任務(wù)完成放下硬幣任務(wù) ，通過(guò)主控制芯片，通過(guò)主控制芯片 I/0 口停電口停電無(wú)磁場(chǎng)放下硬幣。電磁繼電器電流小，磁力強(qiáng)，無(wú)磁場(chǎng)放下硬幣。電磁繼電器電流小，磁力強(qiáng)，易于單片機(jī)易于單片機(jī) I/0 口的控制?？诘目刂?。6、硬幣投放、硬幣投放三、系統(tǒng)方案選擇采用蜂鳴器和采用蜂鳴器和LED共同組成聲光報(bào)警電路。共同組成聲光報(bào)警電路。7、聲

9、光報(bào)警、聲光報(bào)警1、硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖四、系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)四、系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)STC89C52最小系統(tǒng)光源檢測(cè)模塊光源檢測(cè)模塊黑線(xiàn)檢測(cè)模塊黑線(xiàn)檢測(cè)模塊超聲波測(cè)距模塊超聲波測(cè)距模塊信號(hào)檢測(cè)模塊信號(hào)檢測(cè)模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電磁繼電器模塊電磁繼電器模塊聲光報(bào)警模塊聲光報(bào)警模塊輔助調(diào)試模塊輔助調(diào)試模塊1、主控系統(tǒng) 51最小系統(tǒng)四、系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)四、系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)STC89C52芯片電源電路電源電路晶振電路晶振電路復(fù)位電路復(fù)位電路MAX232通信電路通信電路2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路四、系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)四、系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)采用L298N驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)工作 原理：通過(guò)單片

10、機(jī)的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作。 簡(jiǎn)介：L298N內(nèi)部包含4道邏輯電路，是兩相和四相電機(jī)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)部含二個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V，2A以下的電機(jī)。3、光源檢測(cè)模塊 &聲光報(bào)警四、系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)四、系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)光線(xiàn)檢測(cè)電路中采用的傳感器是光敏電阻光線(xiàn)檢測(cè)電路中采用的傳感器是光敏電阻。外界環(huán)境光外界環(huán)境光線(xiàn)的明暗變化會(huì)改變光敏電阻的阻值線(xiàn)的明暗變化會(huì)改變光敏電阻的阻值 ，從而使三極管，從而使三極管 Q1 Q1導(dǎo)通或截止，再把信號(hào)經(jīng)過(guò)非門(mén)處理導(dǎo)通或截止，再把信號(hào)經(jīng)過(guò)非門(mén)處理 ，然后送給單

11、片機(jī)進(jìn)，然后送給單片機(jī)進(jìn)行檢測(cè)行檢測(cè) ，并根據(jù)檢測(cè)到的信號(hào)來(lái)確定光源的方向，并根據(jù)檢測(cè)到的信號(hào)來(lái)確定光源的方向 ；聲光；聲光報(bào)警報(bào)警電路中電路中 ，單片機(jī)檢測(cè)到光源信號(hào)之后，由單片機(jī)的，單片機(jī)檢測(cè)到光源信號(hào)之后，由單片機(jī)的 I/0 口送出一個(gè)高電平來(lái)控制聲光口送出一個(gè)高電平來(lái)控制聲光報(bào)警報(bào)警電路。電路。4、黑線(xiàn)檢測(cè)電路四、系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)四、系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)采用了ST188反射式紅外發(fā)射接收器 優(yōu)點(diǎn)：用直流電壓對(duì)發(fā)射管直接供電，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)光源的抗干擾能力強(qiáng)，在要求不高時(shí)可以使用。采用LM324運(yùn)算放大器 對(duì)紅外管檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行放大處理之后，傳送給單片機(jī)。5、超聲波測(cè)距模塊四、系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)

12、四、系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)超聲波模塊的工作方式：超聲波模塊的工作方式：1給超聲波模塊接入電源和地。給超聲波模塊接入電源和地。2.給脈沖觸發(fā)引腳（給脈沖觸發(fā)引腳（trig）輸入一個(gè)長(zhǎng)為）輸入一個(gè)長(zhǎng)為20us的高電平方波的高電平方波3.輸入方波后，模塊會(huì)自動(dòng)發(fā)射輸入方波后，模塊會(huì)自動(dòng)發(fā)射8個(gè)個(gè)40KHz的聲波，與此同時(shí)回波的聲波，與此同時(shí)回波引腳（引腳（echo）端的電平會(huì)由）端的電平會(huì)由0變?yōu)樽優(yōu)?；（此時(shí)應(yīng)該啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)；（此時(shí)應(yīng)該啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)時(shí)）4.當(dāng)超聲波返回被模塊接收到時(shí)，回波引腳端的電平會(huì)由當(dāng)超聲波返回被模塊接收到時(shí)，回波引腳端的電平會(huì)由1變?yōu)樽優(yōu)?；（此時(shí)應(yīng)該停止定時(shí)器計(jì)數(shù)），定時(shí)器記下

13、的這個(gè)時(shí)間即為超；（此時(shí)應(yīng)該停止定時(shí)器計(jì)數(shù)），定時(shí)器記下的這個(gè)時(shí)間即為超聲波由發(fā)射到返回的總時(shí)長(zhǎng)。聲波由發(fā)射到返回的總時(shí)長(zhǎng)。5.根據(jù)聲音在空氣中的速度為根據(jù)聲音在空氣中的速度為344米米/秒，即可計(jì)算出所測(cè)的距離秒，即可計(jì)算出所測(cè)的距離6、電磁繼電器電路四、系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)四、系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)電路中采用本設(shè)計(jì)電路中采用的是將線(xiàn)圈的輸入端直接與單片的是將線(xiàn)圈的輸入端直接與單片機(jī)的機(jī)的 I/0 相連接，通過(guò)改相連接，通過(guò)改 變單片機(jī)引腳的高低電平變單片機(jī)引腳的高低電平即可即可以以實(shí)現(xiàn)線(xiàn)實(shí)現(xiàn)線(xiàn)圈圈有有無(wú)無(wú)磁性磁性的的變化來(lái)完成放下硬幣變化來(lái)完成放下硬幣 。五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的

14、軟件程序由C語(yǔ)言編寫(xiě)，使用keil編譯環(huán)境1、程序流程圖、程序流程圖開(kāi)始初始化是否找到光源停15秒是否有信號(hào)信號(hào)1信號(hào)2信號(hào)3是否A線(xiàn)是否A線(xiàn)是否B線(xiàn)停5秒停5秒、放硬幣停5秒、放硬幣繼續(xù)結(jié)束是否是是是否否否否五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2、主程序部分代碼、主程序部分代碼Void main（）Enable-T0-Init(); /定時(shí)器0初始化Init-system(); /小車(chē)運(yùn)行前參數(shù)功能設(shè)置while（1）light-scan-ready(); /光源掃描確定HW-scan(); /紅外掃描light-scan(); /實(shí)時(shí)掃描光源light-receive(); /光源信號(hào)接收si

15、gn-one()； /接收光源信號(hào)1sign-two()； /接收光源信號(hào)2sign-three()； /接收光源信號(hào)3car-garage(); /小車(chē)入庫(kù)light-scan-back(); TIME-OUT(); /超出時(shí)限 強(qiáng)制停車(chē)五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3、光源檢測(cè)代碼、光源檢測(cè)代碼void light_receive()/光源信號(hào)檢測(cè)接受 if(flag=1) /光源信號(hào)檢測(cè)函數(shù)標(biāo)志 if(light_ l= 1)&(light_2= 1 ) LED2=0; templ= l ; if(flag_time=1) timel=sec; flag-time=0； if（

16、light1l=O)&(liht_2=0)&(templ = 1) templ =0; LED2=1; if(sec-time 1=4&sec= 15) / 15 秒內(nèi)發(fā)信號(hào)，三秒內(nèi)接受信號(hào)完 jishu_light+;/計(jì)數(shù)燈光亮數(shù) 五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4、黑線(xiàn)檢測(cè)程序、黑線(xiàn)檢測(cè)程序Void HW-scan（） /紅外掃描函數(shù)if（HW=1）； temp=1; LED1=1;if(HW=0&temp=1) temp=0; LED1=0； jishu+ /黑線(xiàn)條數(shù)五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5、超聲波模塊程序、超聲波模塊程序 sfr CLK_DI

17、V = 0 x97; /為STC單片機(jī)定義,系統(tǒng)時(shí)鐘分頻 /為STC單片機(jī)的IO口設(shè)置地址定義sfr P0M1 = 0X93;sfr P0M0 = 0X94;sfr P1M1 = 0X91;sfr P1M0 = 0X92;sfrP2M1 = 0X95;sfrP2M0 = 0X96;/*sbit Trig = P10; /產(chǎn)生脈沖引腳sbit Echo = P32; /回波引腳sbit test = P11; /測(cè)試用引腳uchar code SEG710=0 xC0,0 xF9,0 xA4,0 xB0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xF8,0 x80,0 x90;/數(shù)碼管0-9uin

18、t distance4; /測(cè)距接收緩沖區(qū)uchar ge,shi,bai,temp,flag,outcomeH,outcomeL,i; /自定義寄存器bit succeed_flag; /測(cè)量成功標(biāo)志 TH1=0; /定時(shí)器1清零 TL1=0; /定時(shí)器1清零 TF1=0; / TR1=1; /啟動(dòng)定時(shí)器1 EA=1; while(TH1 30);/等待測(cè)量的結(jié)果，周期65.535毫秒（可用中斷實(shí)現(xiàn)） TR1=0; /關(guān)閉定時(shí)器1 EX0=0; /關(guān)閉外部中斷 if(succeed_flag=1) distance_data=outcomeH; /測(cè)量結(jié)果的高8位 distance_data=8; /放入16位的高8位 distance_data=distance_data|outcomeL;/與低8位合并成為16位結(jié)果數(shù)據(jù) distance_data*=12; /因?yàn)槎〞r(shí)器默認(rèn)為12分頻 distance_data/=58; /微秒的單位除以58等于厘米五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)void init_system();void display(uchar j, uchar k); void delayms(uint ms);