1系统设计方案及论证

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1、1.系统设计方案及论证1.1题目要求及指标分析系统可以划分为控制部分和信号检测部分。其中控制部分包括：电机驱动模块，显示模块、计时模块等三个基本模块。信号检测部分包括：平衡控制模块、寻迹检测模块。系统框图如下1.2各模块方案选择及论证1.2.1系统各模块的方案(1)主控单元模块方案一：采用FPGA作为主控制单元。其体积小、集成度高、处理速度快。但是本系统对数据处理的速度要求不高，且其成本偏高、电路复杂。方案二：采用AT89s52为主控单元。系统采用双处理器方案可以使其软件编程自由度大，（两个单片机分别对控制模块和信号检测模块进行控制这样减轻了单个

2、MCU的负担提高了系统的效率，同时通过MCU之间的分阶段的互相控制，减少了外围设备。）系统易于实现，且成本低。所以采用方案二。(2)平衡控制模块题目要求实现小车在跷跷板中进行保持平衡有以下两种方案方案一：采用霍尔传感器（获取中点信息）。其灵敏度不高，另外外围电路复杂，其易受环境的影响。方案二：采用角度传感器。具有灵敏度高、线性度好、失调电压低，稳定性强。综上论述采用方案二。(3)寻迹检测模块在小车的运行过程中防止小车脱离跷跷板，所以进行黑线引导。方案一：采用热探测器。热探测器利用接收到的红外辐射后会引起温度的变化，最后引起电信号的变化，当被黑先吸

3、收时，温度变低，电压变低；而红外线不被吸收时，电压不变。但是此传感器的最大的缺点是受外界环境的影响太大，难于实现。方案二：采用光电传感器。其接收到红外辐射的强度不同输出电压的强度会发生改变。采用两个光电一体化传感器，当小车偏离轨道时可以调整小车的速度，保证小车能沿着给定的引导线运动。同时红外线系统还具有以下优点：尺寸小、质量轻，便于安装。根据以上论述采用方案二(4)电机驱动模块6方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制。通过开关的切换对小车的速度进行调整，其电路比较简单，易于实现，但是继电器的响应时间慢、不可靠。方案二：采用L298N来驱动直流

4、电机。由D8253C直接产生PWM信号，当单片机接受到相应的检测信号时，单片机转到中断口处理信息，PWM信号处于停发状态。控制L298驱动芯片来控制电动机的正反转、启动、制动。此方法易于控制电机的状态，且减轻了主控制单片机的负担，提高了系统效率。所以采用方案二(5)计时模块方案一：通过软件直接实现。通过软件编程实现，从显示模块直接显示，从而减少了硬件电路，使系统变得简单便于操作。(6)显示模块在小车的运行中需要对时间进行实时显示。方案一：使用液晶屏显示时间。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小，低耗电量，无辐射危险，平面直角显示及影像稳定不闪烁等优势

5、，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强，可视面积大等特点。但是由于只需要显示时间和路程这样的数字，信息量比较少，且由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大。控制器的资源占用较多，其成本也偏高。在使用时，不能有静电干扰，否则会烧坏液晶显示芯片，不易维护。方案二：使用传统的数码管显示。数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、等对外界环境要求低。易于维护，同时其精度比较高，精确可靠，操作简单。数码管采用的是BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用少。根据以上论述，采用方案二。(7)状态显示题目要求在小车的运

6、动的过程中有明显的状态标志，为了简化系统采用发光二极管，通过二极管明暗的组合来直接显示小车运行中的位置。1.2.2方案确定经过方案的论证与比较，系统略图如下单片机1主片单片机2从片寻迹检测平衡控制时间显示电机驱动状态显示2.系统硬件电路各模块的实现62.1寻迹模块电路设计本设计采用了两个光电传感器TCRT5000分别安装在车底的前部的左右两端，当小车往左偏离轨道时，左边的光电传感器出离黑色引导线输出为低电平，单片机受到该信号后调整电机的转向使两个光电传感器重新回到黑线上，重新输出高电平。右偏同理。电路为：2.2电机驱动模块两个直流电机分别控制小车

7、的后轮，通过PWM来实现车速的控制，通过两个电极不同的转速来实现小车的直行、转弯、后退等功能。具体电路为：2.3平衡控制模块UZZ9001是PHILIPS公司推出的单片角度传感器信号调制器，配上磁阻式角度传感器KMZ41，即可实现非接触的，精确的角度测量。由UZZ9001和KMZ41构成的数字输出的角度检测电路如下图：62.4显示模块电路设计由于系统对显示的要求不高只要求显示分段时间所以采用单片机直接驱动两个数码管。采用单片机的两个端口P0和P2口来分别对两个数码管进行控制。原理图和具体电路分别如下：3.系统软件的实现3.1系统软件的实现平台：系

8、统软件的设计采用了C语言编程，程序在WindowsXP环境下采用KeiluVersion软件和WAVE软件编写的。采用WAVE仿真器完成