2011全国大学生电子设计竞赛论文_C题_智能小车(含程序)

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1.1 控制系统的论证与选择
方案一：采用周立功公司的32 位单片机EasyARM2131 。该单片机I/O 资源丰富，具有强大的
存储空间，芯片内置JTAG电路，可在线仿真调试，但对编程要求较高，且价格较为昂贵。
% F6 r# Q$ e2 @1 g方案二：采用STC 公司的STC12C5A60S2 。内部含有PCA模块可对电机进行调速。此单片机价
* M7 g6 C' M  x9 P3 X格低， 资源多， 高性价比，应用广泛，无论是从内部构造，还是编程方面51 系列单片机都相对简单，
, c0 p% H8 R& A. O7 ?' ^容易掌握和使用。
& b. P8 E1 j; x综合考虑采用方案二。
- K: j/ l- ]9 v1.2 调速模块的论证与选择
; v% A* }6 _" v. r6 f7 R, t方案一：用单片机STC12C5A60S2 内部的PCA 模块进行PWM 调速，调速准确，程序编写容
9 e+ Q0 y% Y! j( s易，控制方便。
方案二：采用L9110 马达控制驱动芯片搭建硬件电路进行调速。
& V, k& a# y/ m  ^$ O1 f. m* N考虑到控制的灵活性，采用方案一。
, v* A, P) d* ^3 Y* |2
1.1 电机驱动的论证与选择
! J+ T. R% z5 @方案一：采用大功率三极管，二极管，电阻电容等元件。采用上述元件搭建两个H
; A4 {, [) L  a+ i& _5 d$ ~桥，通过对各路信号放大来驱动电机，原理简单。但由于放大电路很难做到完全一致。
当电机的功率较大时运行起来会不稳定，很难精确控制。
方案二：采用L298N驱动芯片。L298N芯片是较常用的电机驱动芯片。该芯片有两
/ z; f3 i/ G6 Y9 Y/ \+ N个TTL/CMOS兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性能，可用单片机的I/O 口提供信号，
/ w2 W% X; B! Y& I5 w4 A电路简单、易用、稳定，具有较高的性价比。
9 A7 o" P% _; e1 s* r综合以上二种方案，选择方案二。具体电路图见附录
7 L- A7 b# U0 x5 n5 ]1.2 信号检测的论证与选择
方案一： TCRT5000 红外光电传感器是一款红外反射式光电开关。传感器采用高发射功率红
外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，输出信号经施密特电路整形，稳定可靠，而且价格便宜。
方案二：RPR－ 220 是一种一体化反射型光电探测器。其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，
而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。优点：塑料透镜以提高灵敏度；内置的可见光过滤
器以减小离散光的影响；体积小结构紧凑。缺点：价格较高，是方案一红外对管的3倍。
考虑到本题目需要大量的红外对管测试，价格较高，而且方案一已完全能满足题目
! `1 b  j# r* ]) O' F. y要求，选择方案三。
1.4 两车之间通讯的论证与选择
" S$ O  X7 n; Y- y方案一：采用NRF24L01 模块。此模块，可以实现数据的精确传输，应用起来比
较方便，传输距离远，且其有空闲模式，大大的降低了模块的功耗
" b& Y. V+ Y. k* Y方案二： HC-SR04 超声波测距模块。此模块检测准确，但价格较高，而且编程复杂。
- \+ z1 m6 ~/ z* V& ~综合考虑采用方案一。
2 系统理论分析与计算
: h& b0 E# b0 f' q2 Y2.1 同时启动分析
启动前打开乙车电源，当按下甲车电源时，通过无线模块nRE24L01 发送数据给
乙车的数据接收，启动乙车的程序运行。
- U+ |8 y  O% f7 W) H  }2.2 信号检测的分析
2 _5 e- ~! K0 n9 P" ~# W, i2.2.1 信号（黑线）的检测
TCRT5000 红外对管发射出红外线，在非黑色区域发射红外并被接收，与电压比
2 o0 j! @. F0 T# f! [较器LM339 比较后得到高低电平输送给单片机，从电平的高低判断是否检测到黑线
5 A, L8 n  F2 r) I4 N' k2.2.2 标志线的检测分析
小车需要识别的标志线和边界线以控制小车的行走。因此，当循迹内环时，用右边的红外
" U8 p! w2 D- z! b" w对管检测检测标志线并进行计数。当循迹外环时，用左边的红外对管检测标志线并进行计数。
5 A& T; |$ y, a4 y' P* X$ K/ d3
2 v6 q4 d+ A! o4 F+ R% O2.3 小车行走的分析
2.3.1 小车各自行走一圈
! o& u* v' Q5 c3 R. ]2 Q  E$ i小车检测到起点标志线后左转一定度，使小车左方红外管检测到内环内的黑线，并循迹内环黑线行
走。并用右方红外对管检测标志线并计数，当一超过超车标志线后转而循迹外环，直至跑回到终点。
3 a, a9 `/ Z# y6 K2.3.2 超车和避免追尾相撞的分析
避免追尾相撞：小车前方设置一红外避障传感器，小车后方设置一挡板，当两车接近到一定距
" j4 d# j) ^, p" m0 O3 K5 J离时，红外避障传感器检测到对方尾部的挡板，输送低电平通知单片机，由单片机控制PWM 调制
脉冲使小车减速。
超车：当甲车检测到超车标志后，转而循迹外环的同时，甲车减速。乙车与甲车保持红外避障
5 e1 }9 S8 L+ ^: q! \传感器设置的距离转检测完超车标志后，转而循迹超车区内环的黑线，速度超过甲车并循迹黑线返
回起点。而甲车循迹检测到转弯标志线后继续循迹外环返回原点。
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