小車自動尋跡控制.doc

《小車自動尋跡控制.doc》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、1方案論證與設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)制作一個(gè)自動尋跡小車模型，能夠沿著白紙上黑色的軌跡平穩(wěn)、流暢的行進(jìn)。場地如圖1所示：圖1：場地示意圖1.1.2設(shè)計(jì)要求（1）小車能夠正確的尋找黑線行進(jìn)；（2）小車在行進(jìn)時(shí)不要蛇行前進(jìn)；（3）小車在彎道上行駛時(shí)不要脫軌。1.2模塊方案的論證與比較根據(jù)題目的設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)小車能夠沿著黑色的軌跡前進(jìn)，同時(shí)能夠自動搜尋黑色軌跡行進(jìn)的功能。本系統(tǒng)主要由電源模塊、尋跡傳感器模塊、控制器模塊、直流電機(jī)及其驅(qū)動模塊、舵機(jī)模塊等組成。其系統(tǒng)方案框圖如圖2所示。為實(shí)現(xiàn)各

2、模塊功能，提出了幾種設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行論證?？刂破髂K測速計(jì)程模塊顯示模塊尋跡模塊驅(qū)動模塊穩(wěn)壓模塊電源模塊圖2系統(tǒng)方框圖1.2.1車體設(shè)計(jì)方案1：自己制作電動小車。如果自己制作小車的話成本將會太高，我們也沒有那么多的精力去做這些事情。因此我們放棄了此方案。方案2：購買玩具電動小車。購買的玩具電動車具有組裝完整的車架車輪及其電機(jī)。為我們做設(shè)計(jì)提供了很大的平臺，同時(shí)很容易購買到我們需要的車體。因此我們最終選用了方案2。1.2.2控制器模塊方案1：采用凌陽16位單片機(jī)SPCE061A作為控制核心。它是16位控制器，具有體積小、

3、驅(qū)動能力強(qiáng)、易擴(kuò)展、可靠性高、功耗低、中斷處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。尤其適用于語音處理和識別等領(lǐng)域。但是本系統(tǒng)主要是進(jìn)行尋跡運(yùn)行的檢測以及電機(jī)的控制。從系統(tǒng)編程的簡潔性考慮，我們放棄了使用凌陽SPCE061A單片機(jī)而考慮其它的方案。方案2：采用89C54RD+芯片，它屬于89C51系列的產(chǎn)品，具有如下特性：時(shí)鐘主頻可設(shè)置在0-80M，具有16K的片內(nèi)Flash程序存儲器和1280字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM和1K的E2PROM，內(nèi)置看門狗并支持雙倍速，具有較高的性價(jià)比。選擇89C54RD+芯片的原因還在于它有一顯著優(yōu)點(diǎn)，即具有在線可編程

4、（ISP）的特性，即不用通用的編程器，只需在用戶系統(tǒng)上就可下載/燒錄用戶程序到89C54RD+芯片。不用仿真器，這樣給軟件的開發(fā)帶來了更多的方便和靈活性。綜上分析，選擇方案2。1.2.3電源模塊由于本系統(tǒng)需要電池供電，我們考慮了如下幾種方案為系統(tǒng)供電。方案1：采用12V蓄電池為系統(tǒng)供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。但是蓄電池的體積過于龐大，在小車上使用極為不方便。因此我們放棄了此方案。方案2：采用3節(jié)4.2V可充電式鋰電池為直流電機(jī)供電，用2節(jié)鋰電池經(jīng)過7805的電壓變換為單片機(jī)和傳感器供電。

5、再用2節(jié)鋰電池經(jīng)另一套7805電壓變換電路為舵機(jī)供電。采用此種供電方式后，單片機(jī)和傳感器工作穩(wěn)定，舵機(jī)直流電機(jī)工作互不影響，且電池的體積較小，能夠滿足系統(tǒng)的要求。綜上考慮，我們選擇了方案2。1.2.4電機(jī)模塊本系統(tǒng)為小車自動尋跡，對于小車來說，其驅(qū)動輪的驅(qū)動電機(jī)的選擇就顯得十分重要。由于本實(shí)驗(yàn)要實(shí)現(xiàn)對軌跡的準(zhǔn)確搜索和精確測量，我們綜合考慮了一下兩種方案。方案1：采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)。由于其轉(zhuǎn)過的角度可以精確的定位，可以實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)路程和位置的精確定位。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低

6、，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車對速度有一定要求的系統(tǒng)。經(jīng)綜合比較考慮，我們放棄了此方案。方案2：采用直流減速電機(jī)。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動機(jī)提供原始動力，帶動變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生較大扭力。能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求。因此，我們選擇了方案2。1.2.5電機(jī)驅(qū)動模塊方案1：對于直流電機(jī)用分立元件構(gòu)成驅(qū)動電路。由分立元件構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動電路，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。很容易受到外

7、界干擾。我們放棄了此方案。方案2：采用專用芯片L298N作為電機(jī)驅(qū)動芯片。L298N是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，一片L298N可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。因此，我們選用了方案2。1.2.6穩(wěn)壓模塊方案1：采用兩片7812將電壓穩(wěn)壓至12V后給直流電機(jī)供電，然后采用一片7809將電壓穩(wěn)定至9V，最后經(jīng)7805將電壓穩(wěn)至5V，給單片機(jī)系統(tǒng)和其他芯片供電，但7809和7805壓降過大，使7809和7805消耗的功率過大，導(dǎo)致7809和7805

8、發(fā)熱量過大，因此，我們放棄了這種方案。方案2：采用兩片7812將電壓穩(wěn)壓至12V后給直流電機(jī)供電，然后采用2576將電壓穩(wěn)至5V。2576的輸出電流最大可至3A，完全滿足系統(tǒng)要求。綜上考慮，我們選擇了方案2。1.2.7光電傳感器模塊1.2.7.1紅外光電傳感器原理光電傳感器是指能夠?qū)⒖梢姽廪D(zhuǎn)換成某種電量的傳感器.光敏二極管是最常見的光電傳感器.