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1、. . . .目录摘要31.设计任务及要求41.1设计任务41.2设计要求42.系统方案52.1控制模块的论证与选择52.2电源模块的论证与选择52.3小车车体的论证与选择62.4电机模块的论证与选择62.5电机驱动模块的论证与选择62.6寻迹模块的论证与选择72.7避障模块的论证与选择72.8显示模块的论证与选择72.9按键模块的论证与选择82.10通信模块的论证与选择82.11方案选定93.系统的理论分析与计算103.1系统的信号检测与控制103.1.1 系统的信号检测103.1.2 系统的信号控制103.2 两车之间的通信方法113.3 节能114.电路与程序设计124.1电路的设计12
2、4.1.1 系统总体框图124.1.2 控制器的电路设计134.1.3 稳压电源的电路设计134.1.4 电机驱动电路的设计144.2程序的设计154.2.1 程序功能描述与设计154.2.2 程序流程图165.测试方法与测试结果195.1测试方案195.2测试条件与仪器195.3测试结果及分析195.3.1 测试数据195.3.2测试分析与结论19参考文献17附录118附录219附录320智能小车的设计摘要：本作品以低功耗的ATmega16单片机为控制核心；MP2307稳压电路供电；使用光电传感器寻线和避障；LN298N驱动电机；以光电传感器来实现甲乙两车之间的通信；结合了PWM调速等技术，
3、设计了一组智能小车。该小车的车体由控制、电源、按键、小车硬件、电机、电机驱动、寻迹、避障、显示和光电传感通信等十个模块组成，可用于无人驾驶、自动探测等人工智能领域。关键字: ATmega16、MP2307、光电、LN298N1. 设计任务及要求1.1设计任务甲车车头紧靠起点标志线,乙车车尾紧靠边界,甲、乙两辆小车同时起动，先后通过起点标志线，在行车道同向而行，实现两车交替超车领跑功能。跑道如图1-1 所示。图1-1 赛车跑道1.2 设计要求1. 基本要求（1）甲车和乙车分别从起点标志线开始，在行车道各正常行驶一圈。（2）甲、乙两车按图1-1 所示位置同时起动，乙车通过超车标志线后在超车区内实现
4、超车功能，并先于甲车到达终点标志线，即第一圈实现乙车超过甲车。（3）甲、乙两车在完成(2)时的行驶时间要尽可能的短。2. 发挥部分（1）在完成基本要求(2)后,甲、乙两车继续行驶第二圈，要求甲车通过超车标志线后要实现超车功能，并先于乙车到达终点标志线，即第二圈完成甲车超过乙车，实现了交替领跑。甲、乙两车在第二圈行驶的时间要尽可能的短。（2）甲、乙两车继续行驶第三圈和第四圈，并交替领跑；两车行驶的时间要尽可能的短。（3）在完成上述功能后，重新设定甲车起始位置（在离起点标志线前进方向40cm 范围内任意设定），实现甲、乙两车四圈交替领跑功能，行驶时间要尽可能的短。2. 系统方案本系统主要由控制模块
5、、电源模块、按键模块、小车车体、电机模块、 电机驱动模块、寻迹模块、避障模块、显示模块及通信模块组成，其结构框图如2-1所示，下面分别论证这几个模块的选择。2-1 智能小车的系统框图2.1 控制模块的论证与选择方案一：采用凌阳SPCE061A小板作为主控制芯片，而且可以采用凌阳的小车模组，可以很快的完成其基本功能，但是用该小板存在一定的局限性，较难扩展功能，而且各个模块的拼凑，没有比集成在一块板的稳定性高。方案二：采用ATmega16作为主控制芯片，该芯片内部的Flsah、EEPROM、SRAM容量较大；所有型号的Flash、EEPROM都可以反复烧写、全部支持在线编程烧写(ISP)；每个IO
6、口都可以以推进驱动的方式输出高、低电平，驱动能力强；内部资源丰富，一般都集成AD、DA转换器、PWM、SPI、USART、TWI、I2C通信口、丰富的中断源等。具有 C 语言风格的汇编语言，有与标准 C 兼容的 C 语言， C 语言函数可以与汇编函数互相调用，使其开发更加容易，实现整个系统更加简单。因此，采用该芯片可以比较灵活的选择各个模块控制芯片，能够准确的计算出时间，有很好的实时性。基于以上分析，我们选择了方案二，采用ATmega16作为智能小车的主控制芯片。2.2 电源模块的论证与选择方案一：采用升压型稳压电路。用1片MC34063芯片别将3V的电池电压进行直流斩波调压，得到5V的稳压输
7、出。只需使用一节电池，即节省了电池，又减小了系统体积重量。但该电路供电电流小，供电时间短，无法使相对庞大的系统稳定运作。方案二：采用由MP2307构成的开关稳压电路。MP2307具有转换效率高，速度快等优点。该器件可集成100m功率MOSFET的负载，提供3A的连续输出电流；其带宽工作输入电压为4.75V到23V。电流模式控制可提供快速瞬态响应和cycle-by-cycle电流限制。可编程的软启动可防止涌流在开通和关断模式下，电源电流可降至低于1A；具有耐热增强型的8-pin SOIC包装，可满足题目中小车的节能要求。基于以上分析，我们选择了方案二。采用MP2307稳压电路。2.3 小车车体的
8、论证与选择方案一：自己制作智能小车。一般的说来，自己制作的车体比较粗糙，车身重量以及平衡都要有精确的测量，而且也要控制好小车行驶的路线和转弯的力矩及角度，这些都比较难很好地实现。方案二：购买车模。购买的车模具有完整的车架车轮，其左右两轮的转动动轴在电机的驱动下可精确调节转弯角度。车模具有如下优点：首先，这种车模由于装配紧凑，使得各种所需电路的安装十分方便，看起来也比较美观。其次，车模是依靠电机与相关齿轮一起驱动，能实现小车的准确前进、转弯、后退、停止等功能。基于以上分析，我们选择了方案二。2.4 电机模块的论证与选择方案一：采用步进电机作为该系统的驱动电机。其转过的角度可以精确的定位，可实现小
9、车前进路程和位置的精确定位。但步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，不适用于小车等有一定速度要求的系统。方案二：采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生大扭矩。对于直流电机的速度调节，可以采用改变电压的方法，也可采用PWM调速方法。PWM调速就是使加在直流电机两端的电压为方波形式，通过改变方波的占空比实现对电机转速的调节。综合考虑后，选择方案二。采用直流减速电机作为驱动电机。2.5 电机驱动模块的论证与选择方案一：采用SM6135W电机遥控驱动模块。SM61
10、35W是专为遥控车设计的大规模集成电路。能实现前进、后退、向右、向左、加速五个功能，但是其采用的是编码输入控制，而不是电平控制，这样在程序中实现比较麻烦，而且该电机模块价格比较高。方案二：用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。综合考虑后，选择方案二。采用LN298N作为电机驱动芯片。2.6 寻迹模块的论证与选择方案一：采用发光二极管+光敏电阻，该方案缺点：易受到外界光源的干扰，有时甚至检测不到黑线，主要是因为可见光的反射
11、效果跟地表的平坦程度、地表材料的反射情况均对检测效果产生直接影响。克服此缺点的方法：采用超高亮度的发光二极管能降低一定的干扰，但这又会增加检测系统的功耗。方案二：采用光电传感器。由于光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。它一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多且结构简单。综合考虑后，选择方案二。采用光电传感器作为检测元件。其电路原理图如图2-2所示。图2-2 光电传感器电路图2.7 避障模块的论
12、证与选择方案一：采用激光距离检测器实现。它是利用激光时间测距原理。在漫反射测量模式下，即使处于闪亮的背景前，这类检测器仍可远距离测量表面特性复杂的细小物体。如果测量范围较远，则应采用镜反射模式检测其距离。在这种模式下的可靠测量距离可远达500m。方案二：采用光电传感器。由于光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。它一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多且结构简单。结合题目要求并考虑经济和使用性等因
13、素，选用方案二来实现。其电路图如图2-1所示。2.8 显示模块的论证与选择方案一：采用字符型LCD显示。LCD具有低功耗、长寿命、高可靠性等特点，可显示英文、汉字及数字。利用单片机来驱动液晶显示模块，设计简单，且界面美观舒适，耗电少。但根据设计方案，采用计数的方式测距，计标志线的数目。方案二： 采用LED发光二极管的方式显示。LED发光二极管亮度高，醒目，且能达到设计要求。综合考虑后，选择方案二，采用LED发光二极管显示来计数。其电路图如图2-3所示，使用PC0PC3口所接的四个发光二极管，以十六进制的方式显示。图2-3 显示电路2.9 按键模块的论证与选择方案一：矩阵键盘虽然占用单片机的端口
14、少，节约单片机的硬件资源，但是电路设计较为复杂，开发时间相对较长，软件设计也相对复杂，主要针对多键盘设计，适用于控制要求高、控制功能多的系统。方案二：采用简单键盘，设计简单，易于实现。键盘在系统中主要作运行控制选择，简单键盘减少了系统的复杂度。基于以上分析，我们选择了方案二。按键部分作为系统的输入，由于ATmega16的每个IO口都有内部上拉电阻，因此只要在单片机编程时使能相应的上拉电阻，那么这个部分便不需要任何其它元件，设计较为简单。按下图设计按键后，当有按键按下时对应引脚得到低电平。电路图如图2-4所示。其中PC0口所接按键控制单次运行，PC1口所接按键控制超车运行。图2-4 按键电路图2
15、10 通信模块的论证与选择方案一：采用315M单工无线通信模块实现。单片机传输的数据用PT2262进行编码后送给无线发射模块，实现近距离载波信号的传输。数据的接收则采用了超再生接收的原理，接收到信号后要经过配套的解码芯片PT2272解码，然后传送给单片机进行数据处理，以执行操作。两模块之间信号是采用ASK（幅移键控）方式进行调制，以降低功耗，当数据信号停止时发射电流降为零，数据信号与发射模块输入端用电阻直接连接。数据电平应接近数据模块的实际工作电压，以获得较高的调制效果。方案二：采用光电传感器作为两车之间的通信方式。由于光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信
