2011全国电子设计大赛报告终极版(智能小车)

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本文以两个STC89C52单片机为核心设计了两辆智能小车， 单片机产生周
% ]: `% h& ~, R6 [1 [, j7 M0 U- {期性脉冲信号， 控制全桥驱动芯片L298N驱动直流电机实现小车的转速和转向；
3 Y. [( f7 M# o% ~4 S  K/ lLM339 电压比较器及红外对管组成的电路进行路面黑带检测，实现小车在轨道
, T0 F' p2 b5 Z7 i  V; ]内正常行驶；光电开关用于保持两车在超车区前的距离。

+ w( R8 c; ^" M2 M8 }一、系统方案
! M; w+ U2 J, s1、方案论证与比较
（ 1）车间距离测量
根据题目要求，超车区前乙车始终在甲车之后，在如何保持两车距离的问
题上我们有以下两种方案。
方案一：超声波测距方案。由于超声波指向性强，消耗缓慢，在介质中传
1 u9 T( s+ e2 d: V播的距离较远，经常用于距离的测量，且其测量精度高，不易受干扰。但此方
) V; K' K. y3 X5 k% U案并不能满足设计要求，而且成本高、硬件电路较为复杂，故不采用此方案。
& v( O* A7 j  w% |+ q, q# x方案二：采用集成式光电开关RPR220检测车间距离。它是利用被检测物对
光束的吸收或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体的状态。物体不限于
金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转
换为光信号射出，接收器再根据接收到的物体反射光线的强弱对目标物体进行
探测。
4 e3 j  i! y  f+ \+ L2 K  U考虑到作品设计遵循精简及节能的原则，我们采用方便易行的方案二。
（ 2）电机驱动的选择
( @  p1 r5 A5 I) B5 S方案一：采用电机驱动芯片ULN2003。ULN2003 的每一对达林顿都串联
  s( u  Y/ b7 Q4 x+ l/ G一个2.7K 的基极电阻, 在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接
1 }6 \1 U! O3 q" k相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。
ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在
关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流时并行运行。
方案二：采用集成式全桥驱动芯片L298N。集成驱动芯片L298N内部包含4
通道逻辑驱动电路， 可以方便的驱动两个直流电机， 或一个两相步进电机； L298N
可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7 V电压；4 脚VS接电源电压，
7 G1 {# j: l4 @' \" `VS电压范围VIH为＋ 2．5～46 V，输出电流可高达2．5 A，可容易驱动电感性负
/ _5 D4 W: q. m0 B3 ~$ e- h载。
相比较而言， ULN2003只能控制电机单向转动，而L298N可以实现双向转
4 _, F& w0 b$ i( Q动，也就是说它有更强的驱动能力。而且L298N有过电流保护功能，当出现电
3 @8 c! L; g2 G. o机卡死时，可以保护电路和电机。所以选择方案二。

6 H( y' Z4 ]) s3 k7 G$ d0 Q（ 3）黑带检测模块
方案一：采用发光二极管与光敏电阻。利用光敏电阻的阻值变化来控制信
号。由于环境中光线的存在，一旦光线条件改变很可能造成误判和漏判；虽然
采取超高亮发光管可以降低一定的干扰，但这又将增加额外的电量损耗。
方案二：采用反射式的集成红外对管。红外对管只对红外线具有较高灵敏
: t' g% [$ k  e/ J( v- q2 ]度，从而避免了外界光线的干扰；跑道两侧黑带能够吸收红外线，而白色跑道
能够反射红外线，从而检测到跑道黑带。
$ p2 F8 j3 z% Y7 z光敏电阻的易干扰性和红外对管的对光线单一灵敏行决定方案二具有较好
) }1 P) A, O1 b控制作用，所以选择方案二来进行黑带的检测。
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