第四届光电设计大赛_智能光电小车_作品资料报告材料_.doc

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1、竞赛题目:基于光电导航的智能移动测量小车学生：指导教师：决赛编号：引言全国大学生光电设计竞赛由中国光学学会主办，目前已成功举办三届。竞赛意旨促进光电知识的普及，加强大学生实践、创新能力和团队精神的锻炼与培养，促进高等教育改革。其设计容涵盖了控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械、能源等多个学科的知识，对学生的知识融合和实践动手能力的培养，具有良好的推动作用。光电导航的智能移动测量小车系统，由微控制器、电源管理单元、路径识别电路、舵机控制单元、小树计数电路、隧道长度测量单元和直流驱动电机控制单元组成。本系统以STC12C5

2、A16S2单片机为控制核心，并采用KeiluVision4软件编程。运用红外发射接收对管对道路信息进行采集，并采用PWM技术来控制舵机的转向和电机转速，并且能够同时实现隧道长度测量值和小树数目检测值的显示功能。各个部分经过MCU的协调处理，能够以较快的速度在指定的轨迹上行驶，在进弯道之前能够提前减速并改变角度，达到平滑转弯的效果。在前几个月的努力中，我们自主设计机械结构和控制电路，构思独特算法，并一次次地对单片机具体参数进行调试。可以说，这辆在跑道上奔驰的小车凝聚着我们的汗水和智慧。在准备比赛的过程中，我们小组成员涉猎多个学科，这次磨练

3、对我们的知识融合和实践动手能力的培养有极大的推动作用。1.智能移动测量小车系统总体设计1.1、路径识别传感器的选定路径识别模块是智能车系统的关键模块之一，路径识别方案的好坏，直接关系到最终性能的优劣，因此，选定白线识别传感器模块是总体方案确立的首要步骤。我们使用光电发射接收管来检测白线：光电发射管发射出光，经过赛道的反射回来，由于白色平面和深绿色平面反射光强度不同，不同位置上的光电接收管接收到强弱不同的光，因此可以判断出白线相对小车的位置。这种检测的方法明显的优点是检测速度快，检测的方法简单，成本相对低廉。1.2、系统总体设计及框图光电

4、导航的智能移动测量小车系统采用STC12C5A60S2单片机作为核心控制单元用于智能车系统的控制。由电源模块、传感器模块、直流电机驱动模块、转向电机控制模块、单片机模块等组成，如图1.2所示。智能车系统工作电压为+5V，电源电压直接供给电机驱动模块控制电机，经过电源转换模块后获得的5V直流电压给转向舵机、MCU以及光电传感器供电。在选定系统采用光电传感器后，由安装在车前部的光电传感器负责采集信号，并将采集到的信号传入核心控制单元，核心控制单元对信号进行判别处理后，产生SPWM波，分别对转向舵机、直流电机进行控制，完成智能车的转向、前进和

5、制动。电源直流电机驱动路径识别传感器舵机转向MCU小树检测模块显示器隧道测量模块图1.2智能车系统总体框图2.技术路线及可行性分析2.1、电源三块3.7V的可充电锂电池串联为整个系统供电，但大多数器件都在5V左右的电压工作，因此需将电压降压到5V。可以采用常用的稳压芯片如LM7805等，但此类线性稳压电源效率一般较低，尤其是在系统耗电量较大的时候。于是我们采用了开关型降压电源，产生5V直流电源为控制系统和传感器供电。2.2、车速控制利用集成芯片L298N中两个“H桥”来控制两个电机的转动，使两个电机速度不同就可实现小车的转弯。单片机向L

6、298N输出不同占空比的SPWM波控制电机的转动速度。2.3、路径识别七对红外对管排成“一”字型固定在小车前方，由于地面颜色不同反射光强也不同，通过检测接受到的信号强度来确定小车具体所在的位子。利用控制端控制电机与舵机，从而实现智能车的自动寻迹行驶。2.4、测量隧道长度红外接收管垂直向上，根据在隧道外能接收到信号强度的不同，判断小车是否进入隧道。通过单片机定时器记录下小车在隧道行驶的时间，再乘上事先人为测定好的速度，即可得出隧道长度。2.5、计算小树棵数红外对管水平放置在小车两侧，树木反射回来的红外光在接收管电路中产生电平波动，将此电平

7、波动信号输入单片机实现小树棵数的测量。2.6、可行性分析整个设计通过模块化的检测试验可以实现所有功能，并且统一使用红外对管，简单易行、性价比高。3.主要功能模块设计3.1、电源模块图3.1电源模块原理图采用TPS5430开关型降压芯片实现5V直流输出，它能实现高效率的降压，但用此方案也会造成电源的输出纹波大的问题，经过合理布局PCB、选取适当的滤波元件，我们将电源纹波降低到一个理想的程度，经测试，整个系统工作状态良好。3.2、电机驱动模块图3.2电机驱动模块原理图L298N是ST公司生产的芯片。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达4

8、6V，并且可以驱动两个二相电机，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的I/O口提供信号，而且电路简单，使用比较方便。通过对IN1、IN2、IN3、IN4输入高低电平的组合就可以控制输出端OUT1