双智能小车剖析－金锄头文库

资源描述

《双智能小车剖析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双智能小车剖析（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、双智能小车目录摘要.11 引言.22 方案设计与论证.22.1 主控系统选择22.2 电源模块选择. .2 2.3电机选择.22.4驱动模块选择.22.5循迹模块选择 .2 2.6 声控模块选择.32.7交通灯模块选择32.8显示模块选择32.9 最终方案确定3硬件电路设计4 软件程序设计65 设计实现66 测试.77 结论与体会7参考文献7附录8摘要: 本系统采用单片机作为主控制器,利用红外对管对黑白线进行检测经LM324比较后将高低电平反馈给单片机,同时，调用预定函数来控制直流电机的正反转及转速。两辆小车均声控开关控制小车按声音指令同时从起点出发，用L298N驱动直流电机，在赛道上下两个

2、菱形的汇合点前用光敏电阻对红绿灯进行判断并执行相应的动作，并在彩屏中显示A、B两车在道路位置。实现了两智能小车声控出发、双车道并行、红灯停车、绿灯通行，模拟显示两车位置，安全距离20厘米功能。1 引言在本智能小车系统中，跑道由双菱形部分和两个半圆组成，由声控开关触发两辆小车按声音指令从起点同时出发，用光敏电阻检测红绿灯，超声波模块检测安全距离大于20厘米。所用器材简单易得廉价，且能很好满足题目要求，用时较短。2 方案论证与比较 1.1 主控系统选择（1）方案一：采用Atmel公司的51系列芯片，红外对管检测并处理后的高低电平反馈给单片机并执行相应动作。 2.1 电源模块选择 (1）方案一：用一

3、节普通7.2伏蓄电池供电。 2.2 电机选择(1) 方案一：采用直流电机，调速特性优良，调整范围广，方便，过载能力强，但是稳定性能不高，且发挥部分需要模拟两车位置，需辅助编码盘使用。 2.3 驱动模块选择：（1）方案一：采用L298N驱动，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机专用驱动器，即内含两个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，驱动标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V,2A以下电机。2.4 循迹模块选择（1）方案一：采用红外对管检测，它利用红外线在不同的物理表面具有不同反射这一性质，白色物体反射光线经比较器后输出低电平，黑色物体吸收光线则输出高电平，将采集后的高低电平反馈给单片机

4、即可控制小车。2.5 声控模块选择（1）方案一：采用声控开关控制，它是利用感应外界声音来自动启动开关，内部有声音传感器，识别一定频率，例如设置在1KHz的声音识别，你们只有1KHz频率的声音才能触发，其他频率的声音均会被过滤掉。 2.6 交通灯检测模块（1）方案一：采用光敏电阻外层包裹着透明颜色物体进行检测，例如当包裹红色透明物体时则只有接收红光，利用半导体的光电效应使电阻值随入射光的强弱而改变；入射光强电阻减小。入射光弱电阻增大。于画出跑道形状，故选用方案二。2.9 最终方案确定以ATmega16为主控制器，普通7.2V蓄电池供电，声控开关控制起跑，红外对管检测黑线，L298N驱动直流电机

5、，光敏电阻检测红绿灯。3 硬件电路设计3.1 总体框架本方案的总体框架，如图2-1所示。图2-1 本方案的总体框架3.2 电源模块LM2596系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压芯片，它内含固定频率振荡器（150KHZ），和基准稳压器（1.23V），并具有完善的保护电路：电流限制、热关断电路等。利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。固定值为+5V或+3.3V输出，电源模块如图2-2所示。图2-2 电源模块3.3 循迹模块电路由一组红外对管、电位器、运算放大器和电阻组成的，R1起到限流的作用，用来控制反光管发出红外信号的强弱。接收管实际上是一个光敏三极管基

6、极的光电流经过放大后流经电阻R2产生电压与电位器调节后得到的电压进行比较。A1与电阻组成一个比较器。在有红外信号返回时OUT端输出高电平，反之输出低电平，如图2-3所示。图2-3 红外对管检测黑线电路 3.4 驱动模块两路电源分别为逻辑电源和动力电源，上图中6V为逻辑电源，2V为动力电源。J4接入逻辑电源，J6接入动力电源，J1与J2分别为单片机控制两个电机的输入端，J3与J5分别与两个电极的正负极相连。ENA与ENB直接接入6V逻辑电源也就是说两个电机时刻都工作在使能状态，控制电机的运行状态只有通过J1与J2两个接口。由于我们使用的电机是线圈式的，在从运行状态突然转换到停止状态和从顺时针状

7、态突然转换到逆时针状态时会形成很大的反向电流，在电路中加入二极管的作用就是在产生反向电流的时候进行泄流，保护芯片的安全，如图2-4所示。图2-4 LM298驱动电机转动电路3.5 声控模块麦克风将声音讯号放大传送到MCU做讯号处理后控制智能小车的移动，控制方式可以採采直接控制，也可以透过无线电传输采用无线方式控制。声音经由放大电路出来后呈现出一段脉波，首先由麦克风取得人体声带震动的微弱信号，经Q1和Q2两极电晶体放大，再以R9和C3加以滤波，经比较器之后成为数位信号，信号频率就和声带振动频率相同。单晶片的功能主要是判断信号频率的高低(例如DO-RE-MI-FA-SO- )，然后再发出不同的控

8、制信号到编码器，由无线电发射器送出信号做无线控制，或者直接由单晶片输出做有线控制亦可，如图2-5所示. 图2-5 声音控制电路3.6 交通灯部分半导体的光电效应使光敏电阻值随入射光的强弱而改变，当入射光强，光敏电阻阻值减小，比较器负端电压大于正端电压输出低电压0，当入射光弱，电阻增大，比较器负端电压小于正端电压输出高电压1，如图2-6所示。图2-6 光敏电阻检测红绿灯电路4 软件程序设计总体程序设计，如图4-1所示。图4-1总体程序设计各模块程序设计，见附录。5 设计实现在实现此次双智能小车系统各项功能中，基础部分的主要难点在于红绿灯检测模块，首先小组队员想到的是利用颜色传感器辨别红色和

9、绿色，但通过多次试验发现颜色传感器检测的有效范围很有限且不稳定，后来有调试了火焰传感器检测红色效果也不是很明显，最后小组采用光敏电阻外面包裹着有颜色的透明物体只让某一种特定颜色的光透进，检测发现效果良好，故采用光敏电阻方案。发挥部分的难点主要在于路外的交通指挥中心模块的实现，组员采用的是TFT彩屏显示，先在彩屏上绘出跑道模型，利用公式理论行驶路程=车轮半径驱动步数步进度数即可计算小车实际行驶过程中的路程再将结果反馈给彩屏显示位置。 7 结论及体会经过多次试验，此双智能小车均性能稳定，能够较好的完成基础部分及发挥部分的声控起跑、红灯停、绿灯行、在菱形道路分岔处双赛道通过、实时模拟两车位置、同赛

10、道安全距离达20厘米等功能，在这短短的几天内我们尝试了很多检测手段，包括光敏电阻，红外对管，超声波传感器，无线收发模块等等。我们感觉自己锻炼了很多，收获了很多，有专业方面的，也学会了一些书本上没有的东西，比如团队合作，如何网上购买到好的元器件等，真是受益匪浅。附录各模块程序（1）红绿灯检测函数/检测到红灯时，先跑两秒钟，再停止三秒，同时红灯亮，三秒后，红灯灭 */ void traffic_light(void) if(PINA&0X20)=0)|(PINA&0X10)=0) while(PINA&0X20)=0)|(PINA&0X10)=0) hongwaijiance(); go_str

12、|number=0xff) turn_right1(20); /斜道时转弯判断 switch(number) case 0XF0:go_straight(30); break;/一个都没接受到case 0XF1: turn_left1(30); break;/左边第一个case 0XF3:turn_left(50); break;/左边两个同时检测到黑线case 0XF2:turn_left(40);turn_left(40); turn_right(40);break;/左边第二个case0XF4: turn_right(40);turn_right(40); turn_lef t(40);break;/第三个case 0XFc: turn_right(50); break;/右边两个同时检测到黑线case 0XF8: turn_right1(30); break;/第四个default:break; （3）无线数据收发模拟小车位置模块发送：TX_BUF1=num/256;TX_BUF2=num%256;nRF24L01_TxPacket(TX_BUF); SPI_RW_Reg

展开阅读全文