小车自动寻迹控制.doc

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1、1方案论证与设计1.1设计任务与要求1.1.1设计任务设计制作一个自动寻迹小车模型，能够沿着白纸上黑色的轨迹平稳、流畅的行进。场地如图1所示：图1：场地示意图1.1.2设计要求（1）小车能够正确的寻找黑线行进；（2）小车在行进时不要蛇行前进；（3）小车在弯道上行驶时不要脱轨。1.2模块方案的论证与比较根据题目的设计要求，本设计主要实现小车能够沿着黑色的轨迹前进，同时能够自动搜寻黑色轨迹行进的功能。本系统主要由电源模块、寻迹传感器模块、控制器模块、直流电机及其驱动模块、舵机模块等组成。其系统方案框图如图2所示。为实现各

2、模块功能，提出了几种设计方案并进行论证。控制器模块测速计程模块显示模块寻迹模块驱动模块稳压模块电源模块图2系统方框图1.2.1车体设计方案1：自己制作电动小车。如果自己制作小车的话成本将会太高，我们也没有那么多的精力去做这些事情。因此我们放弃了此方案。方案2：购买玩具电动小车。购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮及其电机。为我们做设计提供了很大的平台，同时很容易购买到我们需要的车体。因此我们最终选用了方案2。1.2.2控制器模块方案1：采用凌阳16位单片机SPCE061A作为控制核心。它是16位控制器，具有体积小、

3、驱动能力强、易扩展、可靠性高、功耗低、中断处理能力强等特点。尤其适用于语音处理和识别等领域。但是本系统主要是进行寻迹运行的检测以及电机的控制。从系统编程的简洁性考虑，我们放弃了使用凌阳SPCE061A单片机而考虑其它的方案。方案2：采用89C54RD+芯片，它属于89C51系列的产品，具有如下特性：时钟主频可设置在0-80M，具有16K的片内Flash程序存储器和1280字节的数据RAM和1K的E2PROM，内置看门狗并支持双倍速，具有较高的性价比。选择89C54RD+芯片的原因还在于它有一显著优点，即具有在线可编程

4、（ISP）的特性，即不用通用的编程器，只需在用户系统上就可下载/烧录用户程序到89C54RD+芯片。不用仿真器，这样给软件的开发带来了更多的方便和灵活性。综上分析，选择方案2。1.2.3电源模块由于本系统需要电池供电，我们考虑了如下几种方案为系统供电。方案1：采用12V蓄电池为系统供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。但是蓄电池的体积过于庞大，在小车上使用极为不方便。因此我们放弃了此方案。方案2：采用3节4.2V可充电式锂电池为直流电机供电，用2节锂电池经过7805的电压变换为单片机和传感器供电。

5、再用2节锂电池经另一套7805电压变换电路为舵机供电。采用此种供电方式后，单片机和传感器工作稳定，舵机直流电机工作互不影响，且电池的体积较小，能够满足系统的要求。综上考虑，我们选择了方案2。1.2.4电机模块本系统为小车自动寻迹，对于小车来说，其驱动轮的驱动电机的选择就显得十分重要。由于本实验要实现对轨迹的准确搜索和精确测量，我们综合考虑了一下两种方案。方案1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，但是步进电机的输出力矩较低

6、，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车对速度有一定要求的系统。经综合比较考虑，我们放弃了此方案。方案2：采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生较大扭力。能够较好的满足系统的要求。因此，我们选择了方案2。1.2.5电机驱动模块方案1：对于直流电机用分立元件构成驱动电路。由分立元件构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉，在实际应用中应用广泛。但是这种电路工作性能不够稳定。很容易受到外

7、界干扰。我们放弃了此方案。方案2：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，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。因此，我们选用了方案2。1.2.6稳压模块方案1：采用两片7812将电压稳压至12V后给直流电机供电，然后采用一片7809将电压稳定至9V，最后经7805将电压稳至5V，给单片机系统和其他芯片供电，但7809和7805压降过大，使7809和7805消耗的功率过大，导致7809和7805

8、发热量过大，因此，我们放弃了这种方案。方案2：采用两片7812将电压稳压至12V后给直流电机供电，然后采用2576将电压稳至5V。2576的输出电流最大可至3A，完全满足系统要求。综上考虑，我们选择了方案2。1.2.7光电传感器模块1.2.7.1红外光电传感器原理光电传感器是指能够将可见光转换成某种电量的传感器.光敏二极管是最常见的光电传感器.