2022年全国大学生电子设计竞赛智能小车报告.docx

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1、2022年全国大学生电子设计竞赛智能小车报告 电子设计竞赛报告题目：智能小车(C题) 摘要：智能控制（intelligent controls）是在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。我们制作的小车通过车头的三个红外避障传感器对各种信号线进行探测，采用了PWM控制电机转速的快慢，通过CC1101无线接收模块来实现两车的通讯功能，并且利用了超声波探测器来探测前后车距离，使得小车在距离太短时能自行调整，避免了两车相撞。该小车可以通过软件编程来完成在轨直行，转弯，遇边纠向，防止撞车，通信超车，两车交替领跑等功能。能较好的完成题目给出的各项要求。 关键词：单片机、红外传感器

2、、PWM调速、无线通信 目录 1.系统方案选择与论证 (4) 1.1题目设计要求 (4) 1.2系统基本方案 (4) 1.2.1单片机最小系统 (5) 1.2.2电源模块方案的选择与论证 (5) 1.2.3电机驱动模块方案的选择与论证 (5) 1.2.4传感器模块方案的设计与论证 (6) 1.2.5无线通信模块方案的设计与论证 (6) 2.系统的硬件电路设计 (8) 2.1单片机最小系统模块设计 (8) 2.2电源模块设计 (9) 2.3电机驱动模块设计 (10) 2.4传感器模块设计 (11) 2.4.1红外避障传感器 (11) 2.4.2超声波传感器 (12) 2.5无线通信模块设计 (1

3、2) 3系统的软件程序设计 (14) 3.1电机控制程序设计 (14) 3.2 黑线检测程序设计 (15) 3.3超声波检测程序设计 (15) 3.4无线通信程序设计 (15) 4小车测试仪器及方法 (16) 4.1测试仪器 (16) 4.2测试方法 (16) 5总结 (17) 参考文献 (18) 附录 (19) 1.系统方案选择与论证 1.1题目设计要求 A.基本要求 （1）甲车和乙车分别从起点标志线开始，在行车道各正常行驶一圈。 （2）甲、乙两车按图1所示位置同时启动，乙车通过超车标志线后在超车区内实现超车功能，并先于甲车到达终点标志线，即第一圈实现乙车超过甲车。 （3）甲乙两车在完成（2

4、）时的行驶时间要尽可能的短。 B.发挥部分 （1）在完成基本要求（2）后，甲、乙两车继续行驶第二圈，要求甲车通过超车标志线后实现超车功能，并先于乙车到达终点标志线，即第二圈完成甲车超过乙车，实现了交替领跑。甲、乙两车在第二圈行驶的时间要尽可能的短。 （2）甲、乙两车继续行驶第三圈和第四圈，并交替领跑；两车行驶的时间要尽可能的短。 （3）在完成上述功能后，重新设定甲车其实位置（在离起点标志线前进方向40cm 范围内任意设定），实现甲、乙两车四圈交替领跑功能，行驶时间要尽可能的短。 1.2系统基本方案 根据题目要求，我们设计的智能小车由单片机最小系统、电源模块、电机驱动模块、传感器模块、无线通信模

5、块及基础小车等部分组成。 STC12C5608AD 单片机 电源模块 电机驱动 模块传感器模块无线通信 模块 图1.2系统模块 1.2.1单片机最小系统 以STC12C5608AD单片机为核心的控制电路，它的主要任务就是在小车的行驶过程中通过红外传感器实时地检测外部信号，将得到的数据进行处理从而来控制小车正确行驶。 1.2.2电源模块方案的选择与论证 方案一：采用普通1.5v干电池对单片机系统及电机供电。优点是成本小，缺点是使用寿命短，效率低，可靠性差。 方案二：采用两节3.6v锂电池，对电机供电，经过7805降压、稳压后给单片机系统供电。优点是使用寿命长，效率高，缺点是成本较高。 综合上述两

6、种方案，由于比赛时小车行驶时间较长，耗电量大，所以决定采用方案二。 1.2.3电机驱动模块方案的选择与论证 方案一：采用继电器对电机的开关进行控制，通过开关的切换对电机的转速进行控制。此方案的优点是电路结构简单，缺点是响应时间慢，使用寿命短，可靠性差。 方案二：采用H型PWM电路。通过单片机使功率元件工作在占空比可调的开关状态，来精确控制电机的转速。此方案的优点是效率较高，可以较容易地实现小车的速度和转向的调整，响应时间快，稳定性好。 综合考虑两种方案，为了更精确控制小车的速度与转向，我们决定采用第二种H 型PWM驱动电路。 1.2.4传感器模块方案的设计与论证 方案一：采用TRCT5000光

7、电对射管，然后自己焊接光电检测电路。优点是成本低，检测距离可调。缺点是可靠性低。 图1.2.4光电检测电路 方案二：采用红外避障传感器，优点是可靠性高，检测距离可调，受可见光干扰小，易于装配，使用方便。缺点是车速较快时可能错过标志线，使小车不能及时调整姿态而冲出赛道。 综合考虑上述方案，为了更准确检测光电信号，减少干扰，我们决定采用第二种方案。 1.2.5无线通信模块方案的设计与论证 方案一：采用315M超外差无线收发模块。此模块的优点是成本低廉，频率稳定，接收灵敏度高。但缺点是静态时会输出短暂针状干扰杂波，用单片机进行数据传输时要采取软件滤波；功耗较大。 方案二：采用CC1101无线收发模块

8、。芯片低电压（1.8V3.6V）供电，并且功耗较低、灵敏度高，数据传输率高。 综合考虑上述两种方案，为了提高数据传输的可靠性，减小模块功耗，我们采用方案二。 2.系统的硬件电路设计 2.1单片机最小系统模块设计 单片机是整个智能小车系统的核心部分，是小车能否按照题目要求行驶的重要保证。此系统所选用的单片机是STC12C5608AD。此单片机最小系统有以下几部分：时钟电路、复位电路。 图2.1.1单片机最小系统 a. 时钟电路 时钟电路就是振荡电路，向单片机提供一个正弦波信号作为时间基准，决定单片机的执行速度。 理论计算：时钟电路振荡频率fosc=晶振频率 时钟电路振荡周期=1fosc 单片机机

9、器周期=振荡周期12 时钟电路连接方式： 图2.1.2单片机时钟电路 b.复位电路 复位电路产生复位信号，使单片机从固定的起始状态开始工作，完成单片机的“启动”过程。 复位电路连接方式：本电路采用上电复位方式。 图2.1.3单片机复位电路 2.2电源模块设计 电源模块为系统其它各个模块提供所需要的电源，设计中，除了要考虑到电压范围和电流容量等基本参数之外，还要在电源转换效率、降低噪声、防止干扰和电路简单等方面进行优化。可靠的电源方案是整个硬件电路稳定可靠运行的基础。因此，用两节3.6v锂电池给电机供电，然后经过7805稳压管降压稳压后给单片机系统供电，从而避免输入给单片机的电流过大。 图2.2

10、 5V直流稳压电路 2.3电机驱动模块设计 在此电机驱动模块电路设计中我们采用了驱动芯片L298N。为了能较好地控制车轮的转速，我们采用了PWM调速法，即由单片机输出一系列频率固定的方波，再通过功率放大来驱动电机，在单片机中编程改变输出方波的占空比就可以改变加到电机上的平均电压，从而可以改变电机的转速。左右两轮两个电机转速的配合就可以实现小车的前进、倒退、等功能。 图2.3 电机驱动模块 2.4传感器模块设计 2.4.1红外避障传感器 在此传感器模块设计中我们采用了E18-D80NK-N传感器（见图2.4.1），这是一种集发射与接收于一体的光电传感器，发射光经过调制后发出，接收头对反射光进行解调输出。它可以有效地避免可见光的干扰。检测标志线的距离可以根据要求通过尾部的电位器旋钮进行调节。在小车正常行驶过程中，传感器输出为高电平；当传感器检测到黑色标志线时，传感器输出信号为低电平。 此传感器的电气特性为： 工作电压：5VDC 工作电流：10-15mA 驱动电流：100mA 感应距离：3-80CM