第四届全国光电设计大赛理论方案报告.doc

第四届全国光电设计大赛理论方案报告编 号：参赛题目：基于光电导航的智能移动测量小车 参赛队伍名称：所在学校：长春理工大学光电信息学院队长姓名：提交方案时间：一、参赛题目名称 基于光电导航的智能移动测量小车二、研究内容 光电检测技术，光电传感器原理与应用，光电循迹原理与应用，光电转换原理与应用，模拟电子技术，数字电子技术，单片机原理与应用，电机控制学，Protel 99 SE使用，常用光电传感器及电子元器件性能和使用，AD转换和DA转换等。三、研究方案（1）解决小车循迹的若干问题； （2）解决小车驱动的若干问题； （3）解决隧道长度测量的若干问题； （4）解决树木、隧道识别的若干问题； （5）；解决计数的若干问题； （6）。解决显示的若干问题； （7）解决各模块整合的若干问题 四、 技术路线及可行性分析 1、循迹：采用以ST188光电对管为基础的4路红外循迹模块，ST188是一种一体化发射型光电探测器，其发射器是一种砷化镓红外发光二极管，而接受器是一个高灵敏度硅平面光电三极管。其检测距离可达8mm。工作原理及电路图:当检测的物体为深绿色时，红外发射器发出的光大部分被深绿色物体所吸收，反射会的光线已很微弱，光敏三极管无法导通，所以LM324的2引脚为高电平并且与3引脚的输出电压同时送到LM324内进行比较。由于U2>U3使得LM324的输出引脚为低电平。当检测到白色物体时反射回的光线足够多，光敏三极管导通此时2引脚为低电平并且与3引脚的高电平同时送入LM324内进行比较，由于此时U2<U3所以LM 324输出引脚输出高电平将比较器输出的高低电平送到单片机中进行处理判断就可以区分出此时被检测到的轨迹是白色还是深绿色。循迹的实现：我们采用的循迹模块为4路循迹模块，当车在轨迹上无偏移行驶时白色的循迹线位于4对光电对管的中央，四路红外接收器都未接收到光信号此时4路LM324的输出信号都为低电平（如下图a）。当小车左偏时4路循迹模块右侧的光电对管接收到光信号使其对应的LM324输出引脚输出高电平（如下图b），同理右偏时相应的LM324输出引脚也输出高电平（如下图c），并将收集到的信号输送入单片机进行处理后控制小车左、右转向调整车身。（a） （b）（c）2、 驱动：采用L298n电机驱动芯片，其可以同时驱动两个直流电机或一个步进电机，通过单片机输出的PWM脉冲来控制电机的转速。3、 隧道长度测量：在测隧道长度测量中我们把隧道的长度转换成小车行驶的路程，再根据速度、位移公式S=V*T将路程测量转换为小车速度的测量。测速我们采用光电编码器，通过光电编码器可以实时测出车轮的角速度并将测得的角速度乘以车轮半径就得位移。隧道探测器探测到小车已经进入隧道时将信号送入到单片机，经单片机处理后控制编码器开始测速，并将测得的速度数据采集回来进行处理计算后得出路程，当隧道探测器再次无信号时结束测速。4、 树木、隧道的识别：树木识别：考虑到树木离跑道较远且细不易检测所以选用灵敏度高、抗干扰能力强、测量距离长的激光发射、接收器作为检测树木的传感器。当小车行驶到树木一侧时安放在小车一侧的激光接收器接收到有激光发射器发出后经树木反射回来的光线从而使接收器件的光电特性发生改变，经信号处理电路处理后送入单片机内经单片机处理后记录下树木的棵树。隧道识别：由于隧道内壁已涂成黑色所以其对光线的反射能力很弱，所以对于隧道的识别我们不采用光电传感器，而是用超声波传感器，这样便有效的避免了隧道内壁对光的吸收。5、 计数模块：采用单片机自身的定时、计数器进行计数，每当传感器检测到一次目标信号后计数器便自加一次，直至跑完全程，程序结束。6、 显示模块： 由于考虑到需要显示的数据内容过多，所以我们拟打算采用LCD12864 液晶显示屏。单片机处理系统循迹模块测速模块激光检测模块超声波模块电机驱动显示模块7、各模块的整合：为了使小车能够准确的跑完全程并且能够对收集到的信息、数据进行准确的处理运算，我们采用STC12C2052AD系列单片机作为整个小车的处理系统，将小车的各个模块联系协调一致。由于小车模块较多，单片机引脚不够，我们将采用锁存器对扩展单片机的引脚。工作流程图如下：五、 拟解决的关键问题1、 循迹模块的数据采集、处理及2、 循迹模块的控制程序3、 树木检测与隧道检测、隧道长度的记录之间的协调，、相互干扰的解决。4、 电机驱动的硬件设施及程序系统编译。5、 显示系统的程序编译。6、 各个模块间的整合，协调。六、 特色与创新点1、 增添了测速模块，2、 采用不同原理的传感器成功解决隧道和树木间的相互干扰。3、 红外对管采用ST188其具有较强的抗干扰能力。4、 小车采用电机闭环控制，可以对小车行迹路线进行实时校正。5、 运用锁存器来扩展引脚，节约了资源。七、 时间进度安排45月：理论知识的学习； 57月：小车各主要模块的设计与调试； 78月初：小车各模块的链接整合，综合性能的调试和修改，交参赛作品。八、经费预算产品名称数量单价/元总价/元小车底盘1500500循迹模块61590ST188102.222激光对管458232超声波模块22346L298n430120光电编码器123823812864液晶屏15656最小系统24590单片机5735锁存器61.59电路元件及工具1套300300道路组装若干200200小车底盘配件*200200合计：2138元九、参赛队伍简介十、其他说明