智能小车设计:2011全国电子设计大赛获奖方案

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0 下载量 89 浏览量 更新于2024-06-15 收藏 245KB DOCX 举报
“这篇文档是关于2011年中国电子设计竞赛的一份智能小车设计方案,主要涉及了基于MC9S12XS128单片机的智能小车设计,包括硬件组装、软件编程和调试,以及红外探测、无线通信、电机控制和全桥驱动等关键技术。小车通过红外对管探测跑道边缘和特殊标志线,单片机处理信号并控制行驶轨迹,两车之间使用NRF905无线模块进行通信,实现超车和交替领跑的功能。” 这篇文档详细介绍了参与全国电子设计大赛的智能小车项目。该智能小车的核心控制器是MC9S12XS128单片机,它生成周期性的脉宽调制(PWM)波来控制L298全桥驱动芯片,进而驱动两个直流减速电机,调节小车的行驶速度和转向。小车配备了红外对管传感器,用于检测跑道边缘的黑白线,以及特殊的转弯和超车标志线。这些检测到的信号被单片机接收和处理,以决定小车的行驶路径。 智能小车的设计和实现包含了多个关键环节。首先,硬件部分涉及到电路的焊接和组装,需要掌握一定的焊接工艺。其次,软件部分包括编写用C语言编写的单片机程序,这需要理解单片机接口知识和编程技巧。最后,小车间的通信是通过NRF905无线模块完成的,使得两辆车可以交换位置信息,实现超车和交替领跑的功能。 智能车辆技术是当前汽车工业的一个重要研究领域,尤其是在无人驾驶汽车方面,其结合了计算机科学、移动通信和自动化等多个领域的先进技术。文章指出,高校应鼓励学生在这一领域进行探索和实践,培养他们的创新思维和实际操作技能,为未来的智能汽车行业储备人才。 在系统方案部分,文章重述并分析了比赛任务,即两辆小车在同一条跑道上同时起动,通过起点标志线后,实现交替超车领跑。通过图1的跑道示意图,我们可以看到跑道布局和两车的相对位置。 这篇论文提供了一个全面的智能小车设计实例,涵盖了硬件设计、软件开发以及通信技术等多个方面的知识,对于电子设计竞赛的参与者或对此感兴趣的学生来说,是一份宝贵的参考资料。
2023-02-27 上传
全国电子设计大赛智能小车(C题)设计报告 中文摘要: 采用C8051F020单片机为控制芯片控制小车的速度及转向。其中小车驱动由L298N驱动电 路完成,速度由单片机输出的PWM波控制以实现小车在超速区的超速行驶,利用红外对管 检测黑线和障碍物以实现小车的正常行驶和转弯,避免在行驶过程中越界和碰撞。 关键词:智能小车;STC89C52单片机; L298N;红外对管 目录 1. 方案设计与论证 …………………………………………………………………3 1.1 主控系统………………………………………………………………………………3 1.2 电机驱动模块…………………………………………………………………………3 1.3 信号检测模块 ……………………………………………………………………… 3 1.4 两车通信模块 ……………………………………………………………………… 4 1.5电源模块 ……………………………………………………………………………4 第二章 硬件设计 …………………………………………………………………………4 2.1总体设计 ……………………………………………………………………………4 2.2 车体设计 ……………………………………………………………………………5 2.3驱动电路 ……………………………………………………………………………5 2.4 信号检测与控制………………………………………………………………………7 2.5 两车通信模块…………………………………………………………………………7 第三章 软件设计 ……………………………………………………………………… 8 3.1主程序模块…………………………………………………………………………… 8 3.2信号检测模块………………………………………………………………………… 9 3.3超车区域 ………………………………………………………………………… 10 第四章 测试与结果分析 …………………………………………………………………10 结束语………………………………………………………………………………………11 参考文献……………………………………………………………………………………11 一、方案设计与论证 1.1、主控系统 根据设计要求,我认为此设计属于多输入量的复杂程序控制问题。据此,拟定了以下 两种方案并进行了综合的比较论证,具体如下: 方案一:选用一片CPLD(如EPM7128LC84- 15)作为系统的核心部件,实现控制与处理的功能。CPLD具有速度快、编程容易、资源 丰富、开发周期短等优点,可利用VHDL语言进行编写开发。但CPLD在控制上较单片机有 较大的劣势。同时,CPLD的处理速度非常快,而小车的行进速度不可能太高,那么对系 统处理信息的要求也就不会太高,在这一点上,MCU就已经可以胜任了。若采用该方案, 必将在控制上遇到许许多多不必要增加的难题。为此,我们不采用该种方案,进而提出 了第二种设想。 方案二:采用单片机作为整个系统的核心,用其控制行进中的小车,以实现其既定的性 能指标。充分分析我们的系统,其关键在于实现小车的自动控制,而在这一点上,单片 机就显现出来它的优势——控制简单、方便、快捷。这样一来,单片机就可以充分发挥其 资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。因此,我们 选用了C8051F020单片机。 1.2、电机驱动模块设计 方案一: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。 方案二:采用电阻网络或数字电位器调节电动机的分压,从而达到分压的目的。但电阻 网络只能实现有级调速,而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般的 电动机电阻很小,但电流很大,分压不仅回降低效率,而且实现很困难。 方案三:采用L298N具有调速特性优良、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、制动和反转等优点。 因此我们选用了方案二。 1.3、信号检测模块 方案一:采用六只红外对管,有中间向两端依次均匀排列安置,当两侧对管检测到轨道 边缘2cm黑线时,避开黑线沿轨道行驶,当所有对管检测到1cm标志线时实行转弯,超车 等功能。 方案二:采用六只红外对管,两侧依次紧密排列两组对管,两外两组等距排列于中间位 置,增加外围红外对管的密度,能更准确地检测到边缘黑线的位置,可靠性更强,避免 脱离轨道。 通过比较,我们选用方案二。 1.4、两车通信模块 方案一:采用三只红外对管置于小车前端,一只在前,另外两只分与两侧,以便在超车 区域两车互相检测,避免碰撞。 方案二:采用集收发一体
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全国电子设计大赛智能小车(C题)设计报告 中文摘要: 采用C8051F020单片机为控制芯片控制小车的速度及转向。其中小车驱动由L298N驱动电路完成,速度由单片机输出的PWM波控制以实现小车在超速区的超速行驶,利用红外对管检测黑线和障碍物以实现小车的正常行驶和转弯,避免在行驶过程中越界和碰撞。 关键词:智能小车;STC89C52单片机; L298N;红外对管 目录 方案设计与论证 …………………………………………………………………3 主控系统………………………………………………………………………………3 电机驱动模块…………………………………………………………………………3 信号检测模块 ……………………………………………………………………… 3 两车通信模块 ……………………………………………………………………… 4 电源模块 ……………………………………………………………………………4 第二章 硬件设计 …………………………………………………………………………4 总体设计 ……………………………………………………………………………4 车体设计 ……………………………………………………………………………5 驱动电路 ……………………………………………………………………………5 信号检测与控制………………………………………………………………………7 全国电子设计大赛智能小车全文共8页,当前为第1页。 两车通信模块…………………………………………………………………………7 全国电子设计大赛智能小车全文共8页,当前为第1页。 第三章 软件设计 ……………………………………………………………………… 8 主程序模块…………………………………………………………………………… 8 信号检测模块………………………………………………………………………… 9 超车区域 ………………………………………………………………………… 10 第四章 测试与结果分析 …………………………………………………………………10 结束语………………………………………………………………………………………11 参考文献……………………………………………………………………………………11 一、方案设计与论证 、主控系统 根据设计要求,我认为此设计属于多输入量的复杂程序控制问题。据此,拟定了以下两种方案并进行了综合的比较论证,具体如下: 方案一:选用一片CPLD(如EPM7128LC84-15)作为系统的核心部件,实现控制与处理的功能。CPLD具有速度快、编程容易、资源丰富、开发周期短等优点,可利用VHDL语言进行编写开发。但CPLD在控制上较单片机有较大的劣势。同时,CPLD的处理速度非常快,而小车的行进速度不可能太高,那么对系统处理信息的要求也就不会太高,在这一点上,MCU就已经可以胜任了。若采用该方案,必将在控制上遇到许许多多不必要增加的难题。为此,我们不采用该种方案,进而提出了第二种设想。 方案二:采用单片机作为整个系统的核心,用其控制行进中的小车,以实现其既定的性能指标。充分分析我们的系统,其关键在于实现小车的自动控制,而在这一点上,单片机就显现出来它的优势——控制简单、方便、快捷。这样一来,单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。因此,我们选用了C8051F020单片机。 全国电子设计大赛智能小车全文共8页,当前为第2页。、电机驱动模块设计 全国电子设计大赛智能小车全文共8页,当前为第2页。 方案一: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。 方案二:采用电阻网络或数字电位器调节电动机的分压,从而达到分压的目的。但电阻网络只能实现有级调速,而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般的电动机电阻很小,但电流很大,分压不仅回降低效率,而且实现很困难。 方案三:采用L298N具有调速特性优良、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、制动和反转等优点。 因此我们选用了方案二。 、信号检测模块 方案一:采用六只红外对管,有中间向两端依次均匀排列安置,当两侧对管检测到轨道边缘2cm黑线时,避开黑线沿轨道行驶,当所有对管检测到1cm标志线时实行转弯,超车等功能。 方案二:采用六只红外对管,两侧依次紧密排列两组对管,两外两组等距排列于中间位置,增加外围红外对管的密度,能更准确地检测到边缘黑线的位置,可靠性更强,避免脱离轨道。 通过比较,我们选用方案二。 、两车通信模块 方案一:采用三只红外对管置于小车前端,一只在前,另外两只分与两侧,以便在超车区域两车互相