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1、1广西民族大学院物理与电子工程学院广西民族大学院物理与电子工程学院 电子竞赛设计报告电子竞赛设计报告题 名： 自动充电小车自动充电小车 作者姓名： 邱杰富邱杰富 韦雪国韦雪国 黃宁振黃宁振 指导教师姓名： 李映超老师李映超老师 专 业 名 称： 电子信息工程电子信息工程 2目目 录录中文摘要中文摘要. .3.31 1 前言前言.4.42 2 设计内容与系统结构析设计内容与系统结构析. . .4.42.1 设计任务.4.42.2 设计要求.4.42.3 电控系统. .5.52.4 机械系统.5.52.5传感器设置与布局.6.63 3电路设计与原理框图电路设计与原理框图. .6.63.1 红外发射
2、接收器.6.63.2 趋光模块.11.113.3 电动机驱动控制模块.11.113.4 自动充电模块.13.133.5 单片机控制模块.14.144 4 系统软件设计系统软件设计. .15.154.1 系统的程序流程图.15.154.2 系统程序.15.155 5 自动充电小车的论证自动充电小车的论证. .24.245.1 自动充电小车的介绍 .24.245.2 自动充电小车的论证实验.25.25参考文献参考文献.26.263自动充电小车的实现自动充电小车的实现邱杰富 韦雪国 黃宁振摘 要：本论文设计主要有如下几大模块:步进电动机的驱动模块，红外传感器的探测模块，自动充电模块，趋光模块。在驱动
3、模块中主要使用了两个步进电动机作为小车的前进和转弯驱动电机，使小车具有了行动的足脚和可以改变行动方向的鸵机。在红外传感器的探测模块中主要是使用 5 个红外探测器分别摆在小车的前后左右四个方向，使其对这四个方向进行定时的探测，并把探测的结果传给 CPU，以达到避障的功能。趋光模块工作过程如下:充电电源处放有强光，小车上安装有小许光敏电阻，通过光敏电阻的寻光分析可知道小车处于充电电源的大概方向。自动充电模块利用趋光模块知道的充电电源的方向，调整小车的身体，使其向充电电源方向前进，边前进边分析小车前面的红外接收器接收到的调制码为充电电源哪处发出的，再调整小车的前进方向使其向充电电源的具体方向前进，等
4、靠近充电电源时，利用探测模块来调整小车的身体，使其正对充电电源从而实现自动充电。关键字：自动充电；红外技术；减速电机；寻光机器人41 引言现代玩具小车不断地用高科技武装玩具，研发出各种集知识性、趣味性于一体的智能小车玩具。智能小车的各项技术的研发是高端技术的试验田和基础源泉，智能小车的开发研制将在社会中新技术发展，提高人们生活质量中发挥越来越重要的作用。具体表现在：(1)为智能制作应用高端科技提供技术基础支持，学习锻炼的平台；(2)智能小车可开发智力，锻炼技术，提高创新水平。本文的内容是设计一部智能玩具车，此设计将寻迹、避障、寻光、对接充电等功能集为一体，尝试了多通道、多传感器的综合应用，采用
5、了精确的方向控制策略和优化的行进过程的速度控制策略，添加了智能容错功能，使整个系统的稳定性达到了比较高的水平。2 设计内容与系统结构2.1 设计任务自制（或用小型遥控玩具车改装）一个可自动寻找到固定充电位置的电动 小车，同时制作一个可供电动小车充电的简易充电小盒子。电动小车可以在没 有障碍物的情况下出发，找到充电小盒子并自动对接，对接成功后即可开始充 电。2.2 设计要求（1）制作（或用小型遥控玩具改装）一个可前进、转弯（或加上后退）的5电动小车。（2）电动小车放到 A 出发位置后，打开运行开关即可开始前行，运动到充电盒子位置停止。电动小车从 B 位置出发后，可通过自动转弯运动到充电盒子位置停
6、止。（3）电动小车从 C 位置与充电盒子反向开始出发后，可通过自动寻找目标而运动到充电盒子位置停止，从启动运动到充电盒子位置停止的时间不超过 5分钟。（4）制作小车电池的简易充电电路，包括小车一端的充电电路以及为小车提供低压直流电源的充电小盒子，对充电性能不做要求，但需要有充电指示及短路保护功能。（5）电动小车具有与充电小盒子对接的功能，对接正确之后可以实现电动小车的自动充电。2.3 电控系统在设计中，用单片机的端口接收到各个传感器的输出信号的电平变化，用端口输出各个电平控制信号，使小车做出各种响应动作，如图 1 所示。分别有：反射型红外发射接收器的输出信号；小车前轮方向电机转动的输出信号；电
7、动机正转反转驱动控制电路的输入信号；图 1 端口功能2.4 机械系统小车的机械制动由前轮马达驱动和后轮马达驱动两部分组成。前轮马达驱动通过齿轮转换使小车前轮具备左转和右转功能。后轮马达驱动通过齿轮转换，使马达较大转速制动后轮较小的转速，虽然增加了可用功但是却增加小车负载单片机单片机红外发射接收红外发射接收器器电动机驱动控制电动机驱动控制6驱动能力。为使小车负载的电池使用更加持久，设计小车的前轮和后轮的马达驱动电压均为 5V。2.5 传感器设置与布局在给小车输入预定目的地的地理坐标后，小车能自动到达目的地。小车应具备几个系统模块：避障模块，马达驱动模块，趋光模块。设计草图如图 2 所示：图 2
8、设计草图3 电路设计与原理框图模块设计与功能实现为实验小车的各个功能，分别要设计如下功能模块，如图 3 所示。避障模块反射红外发射接收器电动机驱动控制模块寻光模块自动充电小车自动充电模块图 3 功能模块3.1 红外发射接收器红外发射接收器选型：红外探测器以其发射功率大、抗干扰能力强而在工业生产中有着广泛的应 用，红外探测器按其工作模式可大致分为主动式与被动式，主动式红外探测器 自带红外光源，通过对光源的遮挡、反射、折射等光学手段可以完成对被探测7物体位置的判别。被动式红外探测器本身没有光源，通过接受被探测物体的特 征光谱辐射来测量被探测物的位置、温度或进行红外成像。主动式红外传感器又可分为分立
9、元件型、透射遮挡型和反射型，如图 4 所示：分立元件型发光管与接收管相互独立，用户在使用时可以根据需要灵活的设定发光管与接受管的位置，并可利用棱镜、透镜等完成特殊的目的，缺点是装置麻烦。透射遮挡型和反射型通过塑料模具将发光管与接收管封装在一起，非常方便用户使用。在设计中，选用反射型红外发射接收器比较适合做避障功能。红外发射接收电路选择在选择红外发射接收电路中，有四个方案可以选择，并且都做了 PCB 进行调试比较。方案一： 利用 40KHz 的晶振作为红外发射器的震荡源。通过示波器观察，波形非常准确完整，由于红外接收的频率一般是 38KHz，虽然晶振的频率可以通过可调电阻微调。但是还是很难匹配，每次试验时都要微调。所以不选择这个方案。方案二： 如前所述，使用三脚的红外接收器，但是接收器自备了选频和解调能力，很难用单片机对其接收信号进行判断。所以不选择这个设计方案。方案三：用高速 CMOS 型四重二输入“与非”门 74HC00 组成 RC 震荡电路作为频率发生器，波形也准确完整，但是难匹配。所以不选择这个方案。方案四：选用通用音调译码器 LM567 的 5 输出 38KHz 频率，其特点是红 外线发射部
