2011年全国大学生电子设计竞赛智能小车

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1、2011年全国大学生电子设计竞赛智能小车（C题）【本科组】2011年9月3日摘要本设计以STC89C52单片机为控制核心，小车具有循迹检测、超声波避障、电机驱动、无线通信等主要功能。首先，两个电机分别单独控制左右两个车轮，通过调节两个电机的转速及转动时间，达到小车正常行驶及转向的目的。车头的四个红外光电传感器通过对路况的检测反馈给单片机，控制小车行走路线，防止超出边界线。与此同时通过超声波模块，检测前方是否有小车，并且将信息反馈给单片机，控制小车减速，防止出现撞车。在第二圈超车过程中，两车相继进入超车区后，甲车减速后直线前进，乙车正常

2、行驶并进入超车区，达到超车目的。关键字：控制；检测；反馈；STC89C52单片机；超车；目录1方案论证与比较12各模块方案选择12.1电源模块12.2系统控制模块22.3循迹模块22.4避障模块22.5无线通信模块32.6电机驱动模块33系统硬件设计33.1电源设计43.2驱动模块设计43.3循迹设计53.4超声波避障设计64系统软件设计65系统调试76结论87参考文献91方案论证与比较方案一：每辆小车分别用一片STC89C52单片机作为控制核心，控制小车全程行驶，包括循迹，躲避障碍物，无线通信，小车调速等功能。方案二：每辆小车分别用

3、一片STC12C5410AD单片机作为主控芯片，STC12C5410AD单片机自带ＰＷＭ和ＡＤ功能。可使程序编写更简洁，运行速度更快，但IO口相对较少，不能满足实际需求。经分析以上两种方案，采用方案一。2各模块方案选择2.1电源模块方案一：将四节1.5V普通电池串联为整个系统供电，这种方法获取电源方便，且电源输出电流能力较大。但电池放电受到自身影响大，若长时间使用，电池输出的电流会逐渐减小，不能较长时间为小车提供稳定的电流，导致电机速度较慢，不符合实际要求。方案二：使用四节1.5V南孚电池为整个系统供电，电压可达到6.5V，其中通过稳

4、压芯片7805获取5V直流电源为单片机供电，6.5V电源为电机供电以获得较高速度，该电源输出电流能力较大，而且能较长时间为小车提供稳定的电流，使系统运行稳定，符合实际要求。鉴于以上分析，选择方案二。2.2系统控制模块选择STC89C52单片机进行系统的控制。该单片机具有IAP功能，运行稳定，保密性强，支持在线下载，且内部集成了EEPROM，STC98C52是我们比较熟悉的一种常用的单片机，指令系统和AT89C52兼容，价格便宜，较容易购买。2.3循迹模块采用反射式红外传感器作为循迹检测主要器件，利用红外波的返回信号来识别周围环境的变化

5、。由于黑白物体反射系数的不同，通过调节使光敏三极管就只能接收到白色物体反射回来的光束。而对于黑色物体由于其反射系数小，所反射回来的光束很弱，光敏三极管无法接收到反射光。利用反射光可以使光敏三极管实现导通和关断，从而实现对黑白物体的分辨。将循迹检测系统放在车前左右两侧，当检测到黑色边界线时，在红外反射管处得到低电平信号，在经过反相器74LS14后，能更加灵敏和精准输出高电平信号，单片机得到高电平信号后控制小车向相反方向行进。2.4避障模块方案一：采用红外反射传感器，这种传感器使用方便但容易受到外界影响，而且这种传感器对不同颜色的反射程度

6、不同，有效距离较短，当车速较快时，由于惯性，小车不能及时减速，易发生撞车，给调试带来不便。方案二：采用超声波传感器，使用简单，检测范围大，使用灵敏。在非超车区时，超声波模块可避免两车相撞，在超车区时，可避免乙车出车道时与甲车相撞。鉴于以上分析，采用方案二。2.5无线通信模块采用NRM24L01无线模块，该模块具有功耗低，通信传输速率高的特点。该模块可控制在超车模式下，甲乙两车同时启动，保证开始时间准确。同时又可在乙车超过甲车后，通过无线通信，使甲车提高速度，追赶乙车。2.6电机驱动模块方案一：采用分立元件三极管组成的H桥PWM调速电路

7、，用于实现对直流电机速度和方向的控制。由于采用分立元件组成电动机逻辑驱动，故易造成驱动电路稳定性差的问题，且性价比高，不符合节能低功耗的要求。方案二：电动机驱动电路主要由双桥电动机驱动芯片L298和多个整流二极管组成，专用驱动芯片内部的压降一般较低，在驱动电路上功耗低，驱动电路相对简单，且一片L298可驱动两个电机，既满足单独控制左右轮行驶的要求又能保护直流电机。鉴于以上分析，故采用方案二。3系统硬件设计如图3.1所示，系统主要包括电源设计、循迹检测设计、超声波避障设计、电机驱动设计、无线通信设计等。图3.1系统总框图3.1电源设计由

8、于小车运动时负载大，需要驱动力较大，且在运动时需要较大的稳定电流输出，以保证较长时间的行驶，故将性能较好的南孚电池通过稳压芯片7805，以获得稳定的5V电压输出。如图3.1.1所示，电池电源通过7805的IN口，经OUT