2022年智能小车可行性方案报告 .pdf

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1、个人资料整理仅限学习使用智能小车可行性设计报告一、题目分析：我们对题目进行了充分的分析和思考，将得出下列目标、任务、及指标。1、 目标：设计制作一个智能小车，能够具有寻线、金属检测、避障、寻光入库、行程计时等基本功能。而我们这次训练的目是强化自已的技术，所以我们要在完成基本任务的同时尽可能地实现更多功能。比如行走简单迷宫功能。2、任务：1）小车能沿着黑色纸带行走包括沿曲线黑带行走）；2）能避开摆设固定区域内不定位置的障碍物；3）寻光源入库功能；4）路程计算、行程计时；3、指标：1）在行走的过程中，如检测到车底部放有的金属片,小车能发出声光信号,并计算出此金属片的中心距起点的距离。2）顺利绕过障

2、碍物，不与其相碰撞，尽可能不刮擦障碍物。3）顺利入库，车体停放于车库黑线内。4）总耗时不得超过90S，并尽可能减少耗时，如90S内不能完成任务，则立即停止行走。二、方案选择：1、黑带导航模块：本模块我们选用三对红外光管和红外光敏管构成，这比用发光二极管和光敏二极管构成的检测电路的灵敏度要高，而且降低了可见光的干拢。2、金属探测模块：此模块我们采用振荡器和声光报警电路组成。振荡器我们用感应开关集成电路TDA0161D、电感和电容等组成。声光报警电路用CD4011与非门集成电路、发光二极管、蜂鸣器等组成。电感用漆包线绕制，工序简单。此电路采用两块集成块，电路简单，反应灵敏。3、小车驱动模块：1）用

3、功率效率较高的BTL 形式电路构成，本电路主要用四个三极管的优先择的导通，来控制小车的车轮前进与后退。2）用专门的驱动集成芯片L293D ）。两方案相比：方案 2）采用集成芯片，电路连接简单，能够输出更大的驱动能量。所以最后我们选取方案2）。4、小车车体选择：1）舵机转向的结构型小车2）差动运动结构型小车两方案相比，前者需要转向驱动，电路较复杂些，而差动结构型小车运动最为灵敏，转弯灵敏，控制性能较好。我们选用后者。5、避障模块模块：1）超声波避障2）用红外一体化接收头和555振荡电路组成的检测避障电路。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第

4、 1 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用两方案比较，后者中红外光采用调解后的红光，这样增强了其抗干扰能力。红外一体接收头有成品模块，可以直接使用，电路简单，工作可靠，使用方便。因此我们采用后一种方案。6、寻光模块： 1）双光敏管差值检测寻光 2）光敏管阵列检测寻光两方案比较：前者用两个光敏管，当光源在中间时，两个光敏管输出相同，否则它们的输出就会存在差值，根据差值来调整。而后者我们采用7个光敏二极管组成阵列进行检测。在光敏二极管外面加上一个光罩，使得一个光敏二极管只对一个小角度内的强光源敏感。这样就可以避免外界光源的干扰，更加准确地寻光。后者检测较为精确些，我们选择后者。7、显示模块：本模

5、块我们选用LCD 显示，其显示信息7比数码管显示信息要多，控制容易，不用占用控制模块的大量资源来动态扫描或者用较复杂的电路来保持。8、距离与速度的测量：1）光电测量方法 2）磁钢和霍尔传感器两个方案比较，前者需要在车轮上安装盘码，利用红外一体化接受头进行测量，测量的精确度较高，且制作简单。而后者，在车轮上安装磁钢，利用霍尔传感器进行测量，但制作较为复杂，因此我们采用前者。9、电源模块：我们采用小车上自带的9.6V的氢电池组，可以用来给机提供电力，经稳压后还可以给系统提供电源。我们还会设计一个外接电源插口，在实验与室内时能用室电经过变压器变压成10V左右来提拱电源，以达到少用电池，环保的目标。1

6、0、主控模块：主控模块选用我们常用的AT89C52单片机。并加上两片74LS245八总线收发器芯片作为并行口的扩展。三、硬件设计：1、黑带导航模块：本模块我们选用五对红外光管和红外光敏管组成导航电路，其原理图如下图所示：DS1LED0Q1Photo NPNQ32N39045kR2Res Adj21KR1Res2P1.6VCCQ29013VCC1KR3Res2heidai_dh0精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用2、金属探测模块：此模块我们采用振荡器和声光报警电路组成。电路工作原理：234R31

7、0KR1R51KR63kR21KC6800PC26800PL+VCCC+AdjDEDHPOutAdjFILTDA0161DIC1C310P121311U4D4011123U1A4011564U2B40118910U3C4011R433KDLEDC40.01uBL+9VJSTC该振荡电路由电感L、电容 C1、感应开关集成电路IC1 ，1个(05K 瓷片电容 2个 (50v 0.1u ，电解电容 1个50V 100 ）9014三极管 2个5、寻光模块：此模块由光敏二极管和比较器等元件组成。其电路工作原理如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -

8、第 4 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用当D1接受到强光信号时，通过比较器，电路输出高电平；当D1接受当弱光信号时，电路输出低电平。可以通过通过可调电阻来调节强弱光的临界值。元器件选择：光敏二极管20K碳膜电阻 1个，可调电阻 05K ）1个比较器 LM311 6、显示模块：用液晶 6102显示小车的行走时间、路程和金属片的中心点与起点的距离。7、距离与平均速度的测量：其中平均速度是用单片机所计路程除于时间得到。路程测量是由单片机计录小车行走时车轮上等分的黑白相间的斑马线的个数来得到。8、电源模块：此模块由稳压电源和L298集成驱动电路组成。其工作原理如下：1E1A1A2E2A2ASES

9、E156710111215G N DINGN DOU TC ?ELEC TR O 1C ?ELEC TR O 1C ?ELEC TR O 1V sV ccGN D12VL78 05由外面输入 12V 电源，经 7805稳压三极管稳压，输出稳定的5V电源供给 L298驱动集成块工作，通过 L298驱动来控制电机。元器件选择：主要是 LM7805 集成驱动电路L298 齿轮减速电机2个2个0.1 瓷片电容2个50V 10 电解电容1个50V 6.4电解电容9、主控模块：主控模块选用我们常用的AT89C52单片机。并加上两片74LS245八总线收发器芯片作为并行口的扩展。精选学习资料 - - - -

10、 - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U18052A02A13A24A35A46A57A68A79B018B117B216B315B414B513B612

11、B711E19DIR1U?74ALS245A02A13A24A35A46A57A68A79B018B117B216B315B414B513B612B711E19DIR1U?74ALS245123 456 78161514131211109RP1RESPACK4+VCCXGTOPXG_6XG_5XG_4XG_3XG_2XG_1XG_0LCDD7LCDD6LCDD5LCDD4LCDD3LCDD2LCDD1LCDD0LCDRSLCDRWLCDEBZ_0BZ_1BZ_2BZ_3BZ_4黑带 导行_0黑带 导行_1黑带 导行_2黑带 导行_3黑带 导行_4金属探 测路程 计数_L路程 计数_R驱车使 能

12、A驱车使 能B驱车 控制A2驱车 控制A1驱车 控制B1驱车 控制B2Y?CRYSTALC230C330C1100uR110k+VCCS1SW-PB四、软件设计：1、黑带导行算法设计：设计中传感器的布局如下图示：图中每个小窗口表示一对红外传感器。它们的编号分别是-2、-1、0、1、2。在初始状态时，0号传感器在黑带的引导下随黑带向前行走，此时其传回信号为低电平信号。如行走时0传感器突然传回高电平信号，则启动传感扫描。1）2）3）4）如扫描结果是 1或2图，表示小车微偏离黑带向左，则将小车右轮暂停行走，让左轮继续行走一小断，使得中间传感器传回信号为低电平为止。然后再启动双轮行走。如抚摸结果是 3

13、或4图，表示小车微偏离黑带向中，则将小车左轮暂停行走，让右轮继续行走一小煌，使得中间传感器传回信号为低电平为止。然后再启动双轮行走。因为单片机运行速度很快，所以这段调整行动实际不会耗时很多，而且几乎不会出现黑带精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用偏离到和号传感器的情况，更不会出现黑带不在扫描区域内的可能。2、金属传感器模块算法设计；设计要求在发现金属片时，小车发出声光警示，而且其计算出此金属片的中心距起点的距离。发出声光警示任务可由硬件完成。将金属传感器安装到小车车体中心位置，如小车车体长量 T

14、，在小车发现金属片时，传感器输出端会保持高电平，这时单片机会扫描到P1.5脚为高电平，然后将路程记数模块所记数据S1推入栈。然后等待P1.5脚电平变为低电平，此时再将路程记数模块所记数据S2推入栈。将两个数据相减得S ，再将 S 除二。即得金属片的中心线，再加上S1即为这个金属片中心点距起点的距离。用数学公式表示为S=S2-S1+t）/2+S1 3、中途停止 5S算法设计：分析题目，得出如果当小车行走超过2。5M后，黑带导行传感器不能寻找到黑带，而且在这时发现有金属片存在。则让小车停止行走5S。4、避障算法设计：当小车停车五秒的后，让小车的金属探测模块和寻黑带导行模块停止工作，同时开启行走避障

15、模块和寻光模块，当小车向前行走时，遇到障物硬件设制前端离障碍物5厘M时，表示遇到了障碍物），向左转90 ；而如则边传感得到遇障信号硬件高制则边离障碍物3厘M时，表示遇到障碍物），这时向别一边偏转一小段，然后再向发现障碍则偏传一小段，这两次偏转要求偏转角度相同。小车偏转方法用降低遇障另边车轮速度。要实现偏转角度相同，用单片机记录跑程计数是否相等来实现。4、寻光入库算法设计：当小车离开障碍物时如发现强光，则向光源走去。硬件设计时，寻光有模块有7个光敏晶体管分别以一定的角度分布以车头，大概如下图示：只要发现光的存在，就让小车转向最强光的方向！5、入库停车算法设计：在小车车顶安装一个光敏晶体管，其电路

16、与寻光模块相同。其的开启时间与寻光模块的电路开启时间相同。当光敏晶体管得到光信号时，单片机扫描到其为高电平，从而让小车停止行走。总体设计算法设计为：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用否是否是无是否有否是是否开始程序初始化高速行走金属片检查调整方向是否偏离黑带高速行走否停车五秒圆弧终点向左转 90o 走0.4M 有障碍物有无光源向右转 90o 高速向前走走向光源向前偏右计数跳出中断延时 100ms 有停车信停车中断信号真外部中断 1 否是计数跳出中断延时 100ms 中断信号真外部中断 2 内部计时中断计秒器加 1 计数跳出中断计数满 1S 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 8 页