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毕业设计 小车智能控制
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更新于2023-07-02
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本系统以MSP超低功耗单片机系列M430F149为核心,完成了小车的快速寻迹,检测发炮点,并以光电方式瞄准光靶,实现激光打靶,同时伴有声光报警控制等功能。采用L298N驱动芯片来控制直流电机,用红外对管ST188来检测黑线,同时用于检测射击点,光敏三极管来检测光靶位置同时用激光笔代替火炮的光电方式来实现准确打靶,用蜂鸣器和发光二极管来实现声光报警。
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基 于 430 的 小 车 寻 迹 打 靶
坦克打靶
摘要
本小车以 MSP 超低功耗单片机系列 M430F149 为核心,完成了小车的快速寻
迹,检测发炮点,并以光电方式瞄准光靶,实现激光打靶,同时伴有声光报警控制等
功能。在机械结构上采用轮胎上加皮带的坦克造型,这样使小车在快速转向时减小了
惯性,使小车不易因惯性冲出跑道。采用 L298N 驱动芯片来控制直流电机,用红外
对管 ST188 来检测黑线,同时用于检测射击点,光敏三极管来检测光靶位置同时用
激光笔代替火炮的光电方式来实现准确打靶,用蜂鸣器和发光二极管来实现声光报警。
基于可靠的硬件设计和稳定的软件算法,完成了题目的基本要求。同时完成了发挥部
分的炮塔增加 250g 配的设计要求。
关键词 :MSP430,寻迹行驶,光靶检测,激光打靶
I
2010.7
基 于 430 的 小 车 寻 迹 打 靶
Tanks shooting
Abstract
The car with ultra low power MCU series M430F149 MSP as the core, the rapid completion of the
car tracing, test fired point, and way of aiming beam photoelectric target to achieve target
practice, accompanied by sound and light alarm control functions. Adopted in the mechanical
structure of the tank with a tire on the Gapi shape, so to move quickly when the car in the
reduced inertia, because inertia is not easy to make car slid off the runway. L298N driver chips
used to control the DC motor, using infrared to detect the black line pipe ST188, while shooting
for the detection of point phototransistor to detect the position of optical target at the same time
instead of guns with laser pointer for accurate targeting optical means, using buzz devices and
light emitting diodes to achieve the sound and light alarm. Based on reliable hardware and stable
software algorithm, the basic requirements for the completion of the subject. Also play a part of
the turret complete with a 250g increase in demand.
Key Words : MSP430, tracing the target detection, light, laser
shooting
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基 于 430 的 小 车 寻 迹 打 靶
目 录
TANKS SHOOTING.......................................................................................................1
ABSTRACT.....................................................................................................................1
1. 前言..............................................................................................................................3
1.1. 基本要求 3
1.2. 发挥部分 3
2. 系统设计.......................................................................................................................4
3.模块设计........................................................................................................................6
3.1.主控制模块 6
3.2.电机驱动模块 8
3.2.1.L298N 芯片介绍.................................................................................................8
3.2.2.电路设计与功能.................................................................................................9
3.2.3.转弯控制...........................................................................................................10
3.3.寻迹模块 11
3.3.2.红外对管的位置安装.......................................................................................11
3.3.3.寻迹模块电路及原理.......................................................................................12
3.4.寻光模块 13
3. 系统调试.....................................................................................................................16
4. 系统功能及测试.........................................................................................................20
参考文献.........................................................................................................................22
2
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基 于 430 的 小 车 寻 迹 打 靶
1. 前言
随着汽车电子技术的飞速发展,汽车智能化技术正在逐步得到应用。汽车智能化技
术使汽车的操纵越来越简单,动力性和经济性越来越高,行驶安全性越来越好。而汽车
制造商心目中的未来汽车将是一种能自动驾驶的汽车,它能指导驾驶者避开交通拥挤
路段和出事地段,同时提供丰富的网上住处和娱乐。基于这个大背景前提下以及大赛
的要求,我们设计了这样一款能够智能识别路线并且自动识别光靶打靶的智能小车。
1.1. 基本要求
坦克从起点出发沿引导轨迹快速到达终点。坦克上标识有醒目的检测基准。在寻
迹跟踪的全过程中,其检测基准偏离引导轨迹边缘距离一旦大于 2cm 坦克自动声光报
警;同时全程行驶时间小于 60s,如大于 60s 立即自动停车,停止炮击动作并给予声
光报警。
在引导轨迹适当位置设有 4 条“炮击点”黑色短线,坦克将侧到“炮击点”时立即发出
声光指示信号并停车,在检测到的“炮击点”标志一秒内瞄准炮击。炮击过程以激光指示
弹着点并伴有声光指示,持续时间大于 2s,以便确切检测激光炮击点刻度位置,记录
全过程最大偏差值。
1.2. 发挥部分
炮塔增加不少于 250g 的转动惯量配重。
在寻迹跟踪的全过程中,其检测基准偏离引导轨迹边缘距离一旦大于 2cm 坦克自
动声光报警;同时全程行驶时间小于 40s,如大于 40s 立即自动停车,停止炮击动作
并给予声光报警。
坦克在行进的过程中动态瞄准目标,当检测到“炮击点”标志时需在 2s 内瞄准炮击且
不允许停车,也不允许有明显降低坦克行进速度的情况发生。全程行驶过程不能大于
40s。
坦克每瞄准炮击一次,炮塔自动复位,在检测到“炮击点”2s 内瞄准炮击且不允许
停车。全程行驶时间不大于 60s。复位位置为火炮指向车头正前方位置,自动复位到
位有声光指示。
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基 于 430 的 小 车 寻 迹 打 靶
2. 系统设计
2.1.整体方案的选择与比较
方案一:采用各种数字电路组成小车的控制系统。用于对轨道黑线的检测信号进
行处理。同时把检测到的光靶信号进行信号处理,通过信号的比较确定激光炮筒的方
向,达到激光“炮击”的目的。
方案二:采用低功耗的 MSP430 单片机作为整机的控制单元。通过红外对管
ST188
对跑道黑线进行检测,将检测信号送单片机来控制小车轮胎的转动来控制小车方向来
实现小车寻迹。同样,将光敏三极管采集到的光靶的光源信号通过送单片机自带的 AD
里面将信号进行转换,比较,送单片机判断光源的方向的判断同时来控制激光笔的转
动实现炮击。
方案选择:选择方案二。方案一的电路复杂,灵活性不高,效率低。不利于小车
的智能扩展,对各路信号处理也很困难。而使用 430 单片机控制的系统灵活,可以采
用软件方法来解决复杂的硬件电路部分,使系统硬件系统简化,各功能易于实现,扩
展性好,能达到题目设计的要求。
2.2.电机驱动模块方案选择与比较
方案一:利用继电器来控制电流方向来改变电机转向,用单个的特大电流场效应管
来实现 PWM 调速。
方案二:采用三极管或达林顿管组成的 H 型驱动电路,结合单片机输出 PWM 信
号,使三极管或达林顿管占空比可调的开关状态,效率比较高。从而实现电机的转动
和调速的目的。
方案三:采用 PWM 控制芯片 L298N 来实现对电机的控制。
方案选择:选择方案三。方案一是实现特别大电流驱动的一个方法。不适合驱动小
车。方案二电路完全采用分离元件构成,分离的三极管和达林顿管加上散热器后整个
驱动电路体积,重量都比较大。对于小车重量的影响比较大,不利于小车的快速行驶。
考虑到电机的带负载能力以及控制小车行驶的精度问题所以 选用 PWM 控制芯片
L298N。采用方案三,用 L298N 芯片可以驱动两个二相电机,驱动力强,输出电压最
高可达 50V,可以直接通过电源来调节输出电压。可以直接用单片机的 IO 口提供信号。
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