2022年电子设计大赛往返小车设计报告 .pdf

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1、往返小车设计报告一.题目要求1、任务设计并制作一个能自动往返丁起跑线与终点线间的小汽车。允许用玩具汽车改装，但不能用人工遥控（包括有线和无线遥控）。跑道宽度0.5m,表面贴有白纸，两侧有挡板，挡板与地面垂直，其高度不低丁20cm在跑道的B、C、E、F、G各点处画有2cm宽的黑线，各段的长度如图1所示。2、要求A.基本要求（1）车辆从起跑线出发（出发前，车体不得超出起跑线），到达终点线后停留10秒，然后自动返回起跑线（允许倒车返回）。往返一次的时间应力求最短（从合上汽车电源开关开始计时）。（2）到达终点线和返回起跑线时，停车位置离起跑线和终点线偏差应最小（以 车辆中心点与终点线或起跑线中心线之间

2、距离作为偏差的测量值）。（3）D?E问为限速区，车辆往返均要求以低速通过，通过时间不得少丁8 秒，但不允许在限速区内停车。B.发挥部分（1）自动记录、显示一次往返时间（记录显示装置要求安装在车上）（2）自动记录、显示行驶距离（记录显示装置要求安装在车上）。（3）其它特色与创新。3、评分标准项目与指标满分基本要 求设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。50实际制作完成情况50,发挥部 分完成第（1）项15完成第（2）项25完成第（3）项104、说明名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 5 页 -

3、(1)不允许在跑道内外区域另外设置任何标志或检测装置。(2)车辆(含在车体上附加的任何装置)外围尺寸的限制：长度v 35 cm,宽度15cm(3)必须在车身顶部明显标出车辆中心点位置，即横向与纵向两条中心线的交点。二.方案论证与选择1.方向控制方案的选择：方案一：采用后轮动力驱动，前轮由舵机控制其转向。这种方式的优点是转向快速度快，转向灵敏，适合于高速场合，但是其缺点是转弯半径大，不易控制转角，不适合用在对转角精度要求较高的场合。r -万案一：采用左右两个独立电机驱动，通过控制两电机的转速和正反转来控制车的方向，即通过左右速度差来控制转向。其优点是转弯半径可以很小，甚至可以原地转弯，角度也可以

4、精确控制，适合转向角度比较精确的场合，但是其缺点是转弯速度较慢。根据本次题目的要求，对转弯的精度要求较高，而速度没有很高的要求，所以方向控制选择第二种方案2.电机的选择：方案一：采用步进电机。步进电机转角精确，扭矩大，但转速较慢，且控制较为复杂。方-:米用直流电机。直流电机控制不如步进电机精确，但是其速度快，体积小，并且更容易控制。考虑题目的要求，并不需要精确到用步进电机，为了控制的方便，故采用直流电机驱动。3.车体的选择方案一：采用RP5履带车底盘，其比较专业驱动能力强，扭矩大，造型美观，扩展性强，但是比较贵(不过不用自己掏钱)方-:用玩具车改造。成本较低，且省去很多制作上的麻烦，但是由于其

5、是已经设计好的产品，扩展性差，许多方面很难达到我们需要的要求。r *方案二：自己做车体。这样可以制作出完全符合我们要求的小车车体，各部分可以进行专门的设计，但是制作方面费时费力，在整个题目中将占据较多的时间和精力，成本较局0综上考虑，采用方案一，直接选用RP5履带车模型做扩展。三.总体设计名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 5 页 -1.方案设计：本系统以51单片机为核心，实现控制小车转速、方向、采集信息，显示等功能。红外传感器避障，可以使小车尽量沿跑道的中线运动，以实现最小偏差。扫描黑线，可以判断小车所在的位置。2.系统框图：3.理论分析与参数设计：(1)转速与距离

6、的计算根据测量，轮子的直径(已经包含履带)D=5cm，周长s=15.7cm,测速齿轮与车轮的转速比为4:1,设行驶距离为S,齿轮转动总圈数为n,则S与n的关系为S=15.7*n/4=3.93*n(cm)。现假设以车的几何中心为轴线转90。，则每边轮子需走过的距离为？的以轮距宽度为直径的圆弧，即9.42cm，算得计数齿轮需要转3圈。通过一定的换算，就可以计算出转任意角度时计数齿轮所需转的圈数。减速区的长度为2m,需要计数齿轮转动50.9圈，而停留时间要大丁8s,所 以齿轮的转速要小丁6.3转每秒。以上均为理论计算，由丁摩擦力和打滑现象的存在，转弯角度会跟计算值有些偏差，需要做统计实验进行修正。(

7、2)避障传感器感应距离的计算：跑道的宽度为0.5m,左右两个避障传感器的间距为10cm,让车在中线时传感器刚好能感应到两侧挡板的情况为最好，因此传感器的感应距离应设定在比20cm略小一点比较合适。四.硬件设计橡胶履带AT89S52液晶显示屏L298N|直流电机黑白线检测z避障传传感器阵列/感器组RP5履带车底盘|复位|复位 2名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 5 页 -硬件系统俯视图整体系统如上图所示，由MCU、电机驱动模块、黑白线检测模块、红外避障模块、显示模块和键盘模块等构成。单片机及一些基础模块不作介绍。1.电机驱动模块：直接选用L298N驱动直流电机，由单片

8、机给它PWM波控制其驱动电机。原理图如下：2.测速模块：测速模块采用了H12A5,它是一个光电门，将它固定在齿轮上方，带孔的齿轮夹于其缝中，当齿轮上的孔经过传感器时，输出电压会发生变化，在经过比较器整波，就能得到一申稳定的脉冲信号。比较器采用LM339。电路图如下，距离的计算：根据测量，齿轮转动四周，车轮转动一周，车轮直径为5cm,所以齿轮每转一周车轮前进的距离为5/4*Picm。分别对两齿轮圈数进行计为Q1,Q2,取平均值，再乘以轮转每圈的距离s,就 可以得到所走的路程S=(Q1+Q2)/2*5/4*Pi=5*(Q1+Q2)*Pi/8。3.黑白线检测模块：黑白线检测模块采用了ST188红外反

9、射型对管作为传感器，发射接收集成在一起，使用方便。由于采用红外光，因此受可见光影响较小，在其输出端接比较器，能得到更稳定的波形。应用电路图如下R4可以用来调节门限电压，从而调节传感器的感应距离。在输出端申入一个发光二极管，可帮助判断传感器的工作状态，方便调试。4.红外避障模块：红外避障模块的传感器仍采用红外对管st188,由于检测距离要比检测黑白线的传感器大，因此需要减小与发射二极管申联的电阻，使其发射增强，同时还要降低比较器的门限电压，以便在传感器感应微弱的情况下也能检测到障碍物。五.软件设计1.寻黑线方法一：用中断法，光电传感器产生高低电平，当寻到黑线出现低电平，有下降沿，所以可以用中断，

10、下降沿触发方式。方法二：用扫描法，不断扫描IO 口，光电传感器寻到黑线出现低电平，所以当我们发现光电传感器对应的IO 口出现低电平，就表示寻到黑线。中断是不错的选择，感应比较灵敏，但是对于本往返小车。中断用比较多，在用中断容易出问题。我本次选择扫描法，多调用几次扫描函数也能达到通用的目的。流程图如下2.避障为保证偏离中线尽可能小，用了光电传感器来避障，当小车偏离中线的左侧时，小车应该向右一定的角度；当小车偏离中线的右侧时，小车应该向右一定的角度；当没有偏离时，小车继续向前进。流程图如下名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 5 页 -测试1.测试方法：时间的测量直接用秒表

11、测量，距离固定值，用米尺来测量，与单片机测量出的距离进行比较，小车的中心与起点线和终点线的偏差。2.测量数据:测量次数系统时间(s)实际时间(s)系统距离(m)实际距离(m)时 间差(s)距离差(cm)与 终点偏 差(cm)与 起点偏 差(cm)1636311.9 10.501402 13 12656612.110.51160023606110.9 10.5140214626211.2 10.507011七.总结本次设计基本完成了题目的全部要求，能正常完成各项指定任务，并且工作稳定，制作工艺方面也精益求精，使其外观尽量紧凑美观，软件方面也力求简洁可靠。然而本设计任然存在不少不完善和有待改进的地方，例如传感器受可见光的影响较大，程序中中断和扫描之间时间上的冲突，还有行驶速度过慢等等，这些正是设计的真正难点所在，也是此题的价值所在。因此在今后的各种设计中，都会继续考虑这些问题并力图解决。避障开始用度六?系统名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 5 页 -