循跡避障小車方案

智能循跡避障小車方案設(shè)計(jì)羅校敬盤嘉余仲黃曉明華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院2023級(jí)通信工程1班原理：利用紅外對(duì)管檢測(cè)障礙物和黑線，并以STC90C51單片機(jī)為控制芯片控制電動(dòng)小汽車的速度及轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循跡避障的功能。其中小車驅(qū)動(dòng)由L298N驅(qū)動(dòng)電路完成，速度由單片機(jī)輸出的PWM波控制。小車行駛時(shí)間、里程和速度等由1602液晶顯示。1.主控系統(tǒng)采用STC90C51單片機(jī)加11.592MHZ的晶振作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，用其控制行進(jìn)中的小車，以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。2.電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊〔L298N〕采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，加速能力強(qiáng)，采用由達(dá)林頓管組成的H型橋式電路。用單片機(jī)通過(guò)L298N芯片(如圖2.2)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高，H型橋式電路保證了簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開(kāi)關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過(guò)載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。兩個(gè)后輪各用一個(gè)直流電機(jī)帶動(dòng)，通過(guò)分別控制左右輪的轉(zhuǎn)速來(lái)控制小車前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、后退。5、7、10、12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，ENA，ENB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。也利用單片機(jī)產(chǎn)生PWM信號(hào)接到ENA，ENB端，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖3.2L298N引腳圖圖2.2L298N3.循跡模塊(LM339芯片或LM393芯片)采用4只紅外對(duì)管(如圖2.3)，分別置2只〔進(jìn)行兩級(jí)方向糾正〕于小車車身前的兩側(cè)，根據(jù)紅外對(duì)管接受到白線與黑線的情況來(lái)控制小車轉(zhuǎn)向來(lái)調(diào)整車向，實(shí)現(xiàn)循跡的功能?！布t外對(duì)管要注意遮光〕圖2.3紅外對(duì)管4.避障模塊用3個(gè)E18-D50NK光電開(kāi)關(guān)，分別置于前面和左右。5.機(jī)械系統(tǒng)前面2個(gè)普通輪做主動(dòng)輪，后面用萬(wàn)向輪做從動(dòng)輪。6.電源模塊〔7805芯片〕如果要用功率較大的電機(jī)，就要用兩個(gè)穩(wěn)壓電路，一個(gè)供單片機(jī)工作，另一個(gè)單獨(dú)供電機(jī)模塊工作。采用12v電源轉(zhuǎn)5v的穩(wěn)壓電路〔用7805穩(wěn)壓芯片〕。7.測(cè)里程模塊〔或者霍爾模塊〕在后輪做一個(gè)白色標(biāo)記，利用1只紅外對(duì)管來(lái)收集后輪轉(zhuǎn)了多少圈來(lái)測(cè)量里程，并用1602液晶顯示?！矓?shù)碼管〕4位12腳共陽(yáng)極數(shù)碼管，用兩個(gè)74hc573芯片控制段選和位選〔或者4位12腳共陰極數(shù)碼管，用74hc573芯片控制段選，用74hc138控制位選.〕8.蜂鳴器模塊硬件設(shè)計(jì)1.總體設(shè)計(jì)智能小車采用前輪驅(qū)動(dòng)，前輪左右兩邊各用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，調(diào)制前面兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速起停從而到達(dá)控制轉(zhuǎn)向的目的，后輪是萬(wàn)向輪，起支撐的作用。避障的原理：當(dāng)前面光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到障礙物時(shí)，主控芯片給出信號(hào)控制車子右轉(zhuǎn)，假設(shè)左邊光電開(kāi)關(guān)有檢測(cè)到障礙物，直走，直到左邊光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)不到障礙物時(shí)，左轉(zhuǎn)，直走，當(dāng)前面光電開(kāi)關(guān)第二次檢測(cè)到障礙物時(shí)，左轉(zhuǎn)，假設(shè)右邊光電開(kāi)關(guān)有檢測(cè)到障礙物，直走，直到右邊邊光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)不到障礙物時(shí)，右轉(zhuǎn)，直走2秒，進(jìn)入循跡模塊。循跡原理：將循跡紅外對(duì)管分別裝在車體下的左右。當(dāng)車身下左邊的傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，主控芯片控制左輪電機(jī)后退，右輪電機(jī)前進(jìn)，車向左修正，當(dāng)車身下右邊傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，主控芯片控制右輪電機(jī)后退，左輪電機(jī)前進(jìn)，車向右修正。1.1主板設(shè)計(jì)框圖如圖3.1，所需原件清單如表3.1。STC90C51STC90C511只避障光電開(kāi)關(guān)E18-D50NK電機(jī)驅(qū)動(dòng)2只循跡紅外對(duì)管1只避障E18-D50NK電機(jī)驅(qū)動(dòng)2只循跡紅外對(duì)管1只避障E18-D50NK，1只測(cè)圈數(shù)紅外對(duì)管

圖3.1主板設(shè)計(jì)框圖表3.1元件清單元件數(shù)量元件數(shù)量元件數(shù)量直流電機(jī)2只電阻、電容假設(shè)干集成電路芯片假設(shè)干單片機(jī)1塊E18-D50N3個(gè)1602液晶1個(gè)紅外對(duì)管5只萬(wàn)用板2塊電位器假設(shè)干12M晶振1只杜邦線假設(shè)干車輪3個(gè)排針假設(shè)干開(kāi)關(guān)1個(gè)電源〔12v〕1個(gè)2.驅(qū)動(dòng)電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)一般采用H橋式驅(qū)動(dòng)電路，L298N內(nèi)部集成了H橋式驅(qū)動(dòng)電路，從而可以采用L298N電路來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。通過(guò)單片機(jī)給予L298N電路〔ENA，ENB端〕PWM信號(hào)來(lái)控制小車的速度，起停，轉(zhuǎn)向。驅(qū)動(dòng)原理圖在附件pdf中。3.信號(hào)檢測(cè)模塊小車循跡原理是小車在有黑線的白色路面上行駛過(guò)程中，由紅外發(fā)射管不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線那么紅外光被吸收，那么小車上的接收管接收不到信號(hào)。假設(shè)紅外光被接收管接收到，引起接收管光生電流的增大，將這個(gè)變化轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)，該電壓通過(guò)比擬器LM339后轉(zhuǎn)換為低電平〔單片機(jī)的有效電平〕，檢測(cè)出白線；假設(shè)接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線那么輸出為低電平，該電壓通過(guò)比擬器LM339后轉(zhuǎn)換為高電平〔單片機(jī)的有效電平〕，檢測(cè)出黑線。〔紅外對(duì)管用TCRT5000型號(hào)〕電路圖在附件pdf中。4.主控電路本模塊主要是對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行分析，同時(shí)給出PWM波控制電機(jī)速度，起停。其電路圖在附件pdf中。5.無(wú)線遙控模塊〔這里沒(méi)用到〕A—D0—P10B—D1—P11C—D2—P12D—D3—P13還有5v和GND端〔vi端不用管它〕當(dāng)A,B,C,D其中一個(gè)按下時(shí)，D0至D3其中一個(gè)(已和P10至P13連接)接收到信號(hào)，P10至P13〔原來(lái)保持低電平〕其中一個(gè)引腳就置高電平。程序設(shè)計(jì)主程序框圖：?jiǎn)?dòng)前面光電開(kāi)關(guān)啟動(dòng)前面光電開(kāi)關(guān)第一次遇障終點(diǎn)停止右轉(zhuǎn)左邊光電開(kāi)關(guān)有檢測(cè)到障礙物，直走直到左邊光電開(kāi)關(guān)沒(méi)有檢測(cè)到障礙物前面紅外對(duì)管循跡前面右