全国电子设计大赛智能小车报告

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1、论文编号：C甲024052011年全国大学生电子设计竞赛报告智能小车参赛学校：山东科技大学参赛学生：郭明阳韩瑞华刘思庆联系电话：151532057232011年9月3日23摘要本系统采用型号为TMS320F2812的DSP芯片设计了两台智能小车。系统硬件主要有中央处理器、传感采集电路、小车、电机驱动电路等四部分组成。传感器选用有避障功能红外避障传感器及检测黑白线功能的TCRT5000红外反射式接近开关传感器，在小车运行过程中及时检测行驶车道标志线、跑道两侧边界线以及前方障碍，实时将信息传输给DSP中央处理器，中央处理器根据控制算法发出控制指令，控制小车按照预定要求运行。实验测试结果表明

2、，本系统满足了赛题规定的各项指标要求。关键词：DSP；PWM；智能小车；红外避障23目录一、系统方案设计与论证41.1方案比较与论证41.1.1直流电动机驱动41.1.2避障模块41.1.3黑白线检测模块51.2信号的检测控制方案51.2.1电机的信号控制过程51.2.2黑白线、障碍信号检测的控制51.3系统算法与误差分析61.3.1直流电机同步算法与误差分析61.3.2转弯角度的大小算法与误差分析61.3.3预防小车出轨的算法与误差分析6二、电路设计6三、系统软件设计7四、测试与结果分析84.1硬件测试与结果分析84.1.1小车车体84.1.2直流电机驱动84.1.3黑白线检测模块8

3、4.1.4红外壁障模块：84.2软件测试与结果分析94.2.1单行模式94.2.2超车模式9附件10附件1.件模块10附件2.电路设计12附件3.小车实体13附件4.主要程序清单1423一、系统方案设计与论证结合直流电动机相对良好的调速特性及较小的功耗特性，利用DSP产生的PWM波控制智能小车实现要求。智能小车采用集中控制和分散模块化设计。智能小车硬件由TMS320F2812开发板，升压电源模块，驱动模块，红外检测模块，黑白线检测模块组成。智能小车采用左右两电机驱动，两电机间的差速控制转向。智能车前端3组反射式红外光电传感器黑白线检测模块对黑线的反馈信号，通过DSP芯片控制PWM输出，

4、从而控制电机的速度与转向。1.1方案比较与论证1.1.1直流电动机驱动直流电动机驱动采用TI提供的TMS320F2812芯片，结合Mini红外避障传感器及ST188黑白线检测传感器，检测小车运动轨迹，产生占空比可调的PWM波实现调速。本模块用于驱动车上两个直流电机，能够较好的实现小车速度及方向的控制。DSP的4个IO口输入信号给A1A2控制A电机，输入信号给B1B2控制B电机，5V直流扩展输出可以给传感器供电，3.3V直流扩展输出可以给DSP或3.3V电压工作的模块供电。1.1.2避障模块方案一：采用HC-SR04超声波测距传感器（图2所示）可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功

5、能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。方案二：Mini红外探测传感器（图3所示），此传感器对环境光线适应能力强、精度高，其具有一对红外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外线反射回来被接收管接收，此时指示灯亮起，经过电路处理后，信号输出接口输出数字信号，可通过电位器旋钮调节检测距离，有效距离3～35cm，工作电压为3.3V-5V，由于工作电压范围宽泛，在电源电压波动比较大的情况下仍能稳定工作。方案三：红外避障传感器（图4）这是一种集发射与接收于一体的光电传感器。检测距离可以根据要求进行调节。该传感器具有探测距离

6、远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合。4.5—5V供电，3-80cm检测距离，TTL电平输出，输出低电平有效。前方无障碍输出高电平，有障碍输出口（黄色）电平会从高电平变成低电平。背面图有一个电位器可以调节障碍的检测距离，一旦调节好电位器（如调节好的最大距离60cm）则在有效距离内（如40cm处有障碍物、10cm处有障碍物）则输出低电平，低电平刚好给DSP识别。经过小组讨论，使用红外避障传感器检测范围大，更加方便合适我们对小车对障碍物的检测，并且对环境适应能力更强，而HC-SR04超声波测距模块成本比较高，而且输出端口连接

7、较复杂，Mini红外探测传感器抗干扰能力不好，因此该模块选择方案三。1.1.3黑白线检测模块23方案一：使用反射式红外光电传感器ST188（图5所示），在黑线检测的测试中，若检测到白色区域，发射管发射的红外线没有反射到接收管，测量接收管的电压为4.8，若检测到黑色区域，接收管接收到发射管发射的红外线，电阻发生变化，所分得的电压也就随之发生变化，测得的接收管的电压为0.5。方案二：使用TCRT5000红外反射式接近开关传感器（图6），可以实现寻迹