自动循迹小车本科设计.doc
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1、南京工程学院 工程基础实验与训练中心 本科课程设计说明书(论文) 题 目: 自动循迹小车2 专 业: 自动化(系统集成) 班 级: D自集成091 学 号: 233090103 233090105 233090106 学生姓名: 章琴 袁珍 印海花 指导教师: 陈国军 起迄日期: 2011.6.132011.7.8 设计地点: 基础实验楼B209 课程设计说明书(论文)中文摘要摘要: 本课题是基于AT89C52单片机的智能小车的设计与实现,小车完成的主要功能是能够自主识别黑色引导线并根据黑线走向实现快速稳定的寻线行驶。小车系统以 AT89S52 单片机为系统控制处理器,根据题目设定的行进及具体
2、要求,分别采用红外传感器进行寻迹行驶、黑带采集及变速行驶,采用霍尔元件对小车行驶过程中的速度进行测量,并在终点进行行驶路程的测量,由LCD显示速度和路程,由蜂鸣器进行声光报警。此外,对整个控制软件进行设计和程序的编制以及程序的调试,并最终完成软件和硬件的融合,实现小车的预期功能。最后,小车的运行过程中的各种自动化过程由单片机通过编程实现。 关键词: AT89C52 红外传感器 驱动电机 霍尔元件课程设计说明书(论文)中文摘要Title Automatic follow car tracingAbstractThis subject is based on single-chip microco
3、mputer intelligent car AT89C52 the design and implementation of the cars main function is to finish autonomous recognition leading lines and according to black black line to realize the rapid and stable for driving line. AT89S52 SCM system to the car for the system control processor, according to su
4、bject the travel of the set and specific requirements, and infrared sensor were used to driving, tracing black belt collection and variable speed drive, the hall element to the car in the process of moving speed measurement, and at the end for the measurement of miles traveled, the LCD display speed
5、 and distance, are sound and light alarm by the buzzer. In addition, to the control software design and programming and the adjustment of the program, and finally complete software and hardware integration, realize the car anticipate function. Finally, the car running process all kinds of automated
6、process the single-chip computer through the programming.Keywords AT89C52, infrared sensor, drive motor, hall element目录一.系统方案1.1设计要求1基本要求2发挥部分1.2方案论证与比较1. 轨迹探测模块比较.2. 控制电机方案比较3.电机驱动方案的比较 4.显示存储信息和全程时间部分的方案比较.5.刹车机构功能方案比较.二原理分析.三.系统框图及流程图3.1系统总体硬件框图3.2程序设计流程图四硬件部分.4.1 系统硬件电路介绍4.2 单片机最小系统4.3 供电单元介绍 .4
7、.4 驱动单元介绍4.5 循迹单元介绍.五软件部分.六结论与致谢七参考文献八附录一.系统方案1.1设计要求1基本要求(1)车辆从起跑线出发开始计时(出发前,车体不得超出起跑线),能到达终点线并且停止在终点线。全程行驶时间应力求最短(从合上小车电源开关开始计时)。(2)达到终点线小车停止后,停车位置离终点线偏差应最小(以小车中心点与终点线之间距离作为偏差的测量值)。(3)在行驶过程中要求检测出加速站台2和减速站台3,并发出声光报警信号。2发挥部分(1)从起步线开始计时,自动记录、时时显示全程行驶时间(记录显示装置要求安装在小车上),误差尽可能小。(2)从起跑站开始,自动记录、时时显示行驶距离X3
8、( 记录显示装置要求安装在小车上),误差尽可能小。(3)从起跑站开始,自动记录站台2、3离起跑站台1的距离X1,X2 ,误差尽可能小。1.2方案论证与比较1轨迹探测模块设计与比较方案一:用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时,光线发射强烈,光线照射到黑线上面时,光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时,阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。但是这种方案受光照影响很大,不能够稳定的工作。方案二:红外探测法,即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点,在小车行驶过程中不断红外发射管发出红外线,当
9、发出的红外线照射到白色的平面后反射,若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平,若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。单片机就是通过接收到的高低电平为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。对于发射和接收红外线的红外探头,可以自己制作或直接采用集成式红外探头。经测试,此种方法简单可靠。经反复对比后,采用方案二。2、控制电机方案比较方案一 :利用步进电机的准确定长步进性能方便的实现调速和方向的偏转,且能准确的测量速度、路程以及时间,简化编程和硬件连接的工作量。但是步进电机在与机械配合的小车改装上难度极大,非短时间所能完成。该方案实现较困难。方案二 :用玩具小车上自带
10、的双直流电机,只需对后轮电机进行简单改造,加上一个齿轮减速装置即可,两电机分别负责小汽车的驱动和转向的功能,依据外围红外反射传感器所采集到的信息可以补足直流电机定位不准的缺点,同时红外反射传感器的使用还能实现比较准确的寻迹行驶,用较好的控制算法及特色硬件来提高小车的整体性能,可具有很高的性能/价格比。经比较验证,显然方案一的机械结构也短时间内难以满足题目的要求,而方案二本身是与小车相兼容的,性能也比较好,采用方案二。3、电机驱动方案的比较方案一:采用传统的功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单,成本低,加速能力强,但功率损耗大,特别是低速大转距运行时,通过电
11、阻R的电流大,发热厉害,损耗大。方案二:采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度进行调整.此方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢,易损坏,寿命较短,可靠性不高。方案三:采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片,它相应频率高,一片L298N可以分别控制两个直流电机,而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动,操作方便,稳定性好,性能优良。且由L298N结合单片机可实现对小车速度的精确控制。这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大,能承受频繁的负载冲击,还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优
12、点。因此决定采用L298N控制直流电机。4、显示存储信息和全程时间部分的方案比较方案一 :用普通的数码管来实现显示功能。这种方法简单易行,并且适合于硬件操作,但是数码管消耗电流特别大,对电源的容量要求很高,而且不能显示汉字因而难以适应电池供电系统的节能运行要求。方案二 :使用液晶显示板来完成显示的功能。液晶显示板的操作需要一定的难度和技巧,而且很容易损坏,所以其硬件需要谨慎使用,但是它解决了数码管存在的各种问题,如消耗电能特别小、能显示多行汉字等。经验证比较,方案二不但能节省电能,而且能实现普通数码管无法实现的汉字显示功能。采用方案二。5、刹车机构功能方案比较方案一、自然减速式。当系统发出停止
13、信号时停止给驱动电机供电,小车在无动力状态因阻力而自然变为静止。由于惯性,小车全速行驶时需1.8秒后才能停止,因车轮滑行造成的误差较大。无法实现精确制动的目标。方案二、反转式。当小车需要停车时给驱动电机以反转信号,利用轮胎与跑道的摩擦力抵消惯性效应。由于车速是渐减的,反向驱动信号长度也要渐减,否则小车可能反向行驶。使用此方案后全速刹车反应时间减少为0.5s。本系统中采用方案二。二.原理分析PWM调速原理:在数控机床的直流伺服系统中,速度调节主要通过改变电枢电压的大小来实现.经常采用晶闸管相控整流调速或大功率晶体管脉宽调制调速两种方法,后者简称PWM,常见于中小功率系统,它采用脉冲宽度调制技术,
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