2011全国大学生电子设计竞赛论文-c题-智能小车(含程序)

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1、全国大学生电子设计竞赛2011年智能小车（C题）【本科组】2011年9月3日I摘要关键词：STC12C5A60S2单片机TCRT5000红外反射式传感器L298N电机驱动芯片E18-D80NK红外避障传感节能本系统由信号检测、信号控制和通信部分构成。系统选用STC12C5A60S2单片机作为主控器，利用STC内部的PWM模块对小车进行速度调节；采用TCRT5000红外反射式光电传感器对信号进行检测，实现小车循迹功能；利用单片机与L298N驱动模块结合来对检测信号进行有效控制。两车之间主要采用2个E18-D80NK红外避障

2、传感器和无线模块nrRF24L01进行通信。关键词：STC12C5A60S2单片机TCRT5000红外反射式传感器L298N电机驱动芯片E18-D80NK红外避障传感节能I目录1系统方案11.1控制系统的论证与选择11.2调速模块的论证与选择11.1电机驱动的论证与选择21.2信号检测的论证与选择21.4两车之间通讯的论证与选择22系统理论分析与计算22.2信号检测的分析22.2.1信号（黑线）的检测22.2.2标志线的检测分析22.3小车行走的分析32.3.1小车各自行走一圈32.3.2超车和避免追尾相撞的分析33电路

3、与程序设计33.1电路的设计33.1.1系统总体框图33.1.1L298N驱动模块子系统框图与电路原理图33.1.2TCRT5000红外循迹子系统框图与电路原理图43.1.3无线模块nRF24L01子系统框图与电路原理图53.2程序的设计53.2.1程序设计思路53.2.2程序流程图64测试结果84.1测试结果(数据)84.3.2测试分析与结论9参考文献9附录1：电路原理图10附录2：源程序11I智能小车（C题）【本科组】1系统方案本系统主要由电机模块、电机驱动模块、信号检测与控制模块、小车通讯模块组成，下面分别论证这几

4、个模块的选择。图1系统电路设计1.1控制系统的论证与选择方案一：采用周立功公司的32位单片机EasyARM2131。该单片机I/O资源丰富，具有强大的存储空间，芯片内置JTAG电路，可在线仿真调试，但对编程要求较高，且价格较为昂贵。方案二：采用STC公司的STC12C5A60S2。内部含有PCA模块可对电机进行调速。此单片机价格低，资源多，高性价比，应用广泛，无论是从内部构造，还是编程方面51系列单片机都相对简单，容易掌握和使用。综合考虑采用方案二。1.2调速模块的论证与选择方案一：用单片机STC12C5A60S2内部的

5、PCA模块进行PWM调速，调速准确，程序编写容易，控制方便。方案二：采用L9110马达控制驱动芯片搭建硬件电路进行调速。考虑到控制的灵活性，采用方案一。281.1电机驱动的论证与选择方案一：采用大功率三极管，二极管，电阻电容等元件。采用上述元件搭建两个H桥，通过对各路信号放大来驱动电机，原理简单。但由于放大电路很难做到完全一致。当电机的功率较大时运行起来会不稳定，很难精确控制。方案二：采用L298N驱动芯片。L298N芯片是较常用的电机驱动芯片。该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性能，可用单片机

6、的I/O口提供信号，电路简单、易用、稳定，具有较高的性价比。综合以上二种方案，选择方案二。具体电路图见附录1.2信号检测的论证与选择方案一：TCRT5000红外光电传感器是一款红外反射式光电开关。传感器采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，输出信号经施密特电路整形，稳定可靠，而且价格便宜。方案二：RPR－220是一种一体化反射型光电探测器。其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。优点：塑料透镜以提高灵敏度；内置的可见光过滤器以减小离散光的影响；体积小结构紧凑。缺点：价

7、格较高，是方案一红外对管的3倍。考虑到本题目需要大量的红外对管测试，价格较高，而且方案一已完全能满足题目要求，选择方案三。1.4两车之间通讯的论证与选择方案一：采用NRF24L01模块。此模块，可以实现数据的精确传输，应用起来比较方便，传输距离远，且其有空闲模式，大大的降低了模块的功耗方案二：HC-SR04超声波测距模块。此模块检测准确，但价格较高，而且编程复杂。综合考虑采用方案一。2系统理论分析与计算2.1同时启动分析启动前打开乙车电源，当按下甲车电源时，通过无线模块nRE24L01发送数据给乙车的数据接收，启动乙车的

8、程序运行。2.2信号检测的分析2.2.1信号（黑线）的检测TCRT5000红外对管发射出红外线，在非黑色区域发射红外并被接收，与电压比较器LM339比较后得到高低电平输送给单片机，从电平的高低判断是否检测到黑线2.2.2标志线的检测分析小车需要识别的标志线和边界线以控制小车的行走。因此，当循迹内环时，用右边的红外对管