循跡避障點尋光自動小車

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1、循跡避障尋光電動小汽車 摘要：采用美國ATMEL公司資源豐富的ATmegal128產(chǎn)品作為主控芯片進(jìn)行設(shè)計 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 1模塊方案比較與論證 1.1車體設(shè)計 方案1：自己制作電動車。經(jīng)過考慮，若自己制作電動車，價格便宜，可靠性良好，但制作工序復(fù)雜，耗費大量時間，在如此緊迫的賽程里，我們只能選擇放棄此方案。 方案2：使用已有車模改裝。在已有車模的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝，省去了制作電動車的大量時間，且可靠性高，用塑料做的車架，比鐵制小車更輕便、美觀，綜合考慮，我們選擇此方案。 1.2控制器模塊 方案1：可采用AT89C51，AT89C51是一款帶4K字節(jié)FLASH寄存器的

2、低電壓、高性能CMOS 8位微處理器1288位內(nèi)部RAM，32可編程I/O線兩個16位定時器/計數(shù)器，5個中斷源，電路簡單，編程也比較容易，資料齊全,芯片很便宜,也很容易買到,適合入門級，由于I/O不足，一旦數(shù)據(jù)量很大、涉及復(fù)雜運動控制等內(nèi)容時，AT89C51就力不從心了。運算的速度和效率低也是AT89C51的一個缺點.。 方案2：采用美國ATMEL公司資源豐富的ATmegal128產(chǎn)品作為主控芯片進(jìn)行設(shè)計。ATmegal128為基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器，具有快速、靈活、集成度高、加密性強和易實現(xiàn)等諸多優(yōu)點。ATmegal128具有128KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程FLAS

3、H、4KB的SRAM、35個中斷、53個通用I/O口線、32個通用寄存器、實時時鐘RTC、4個靈活的具有比較模式和PWM功能的定時器/計數(shù)器（T/C）、2個USART、面向字節(jié)的兩線接口TW1、8通道10位ADC、具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器、SPI串行端口、與IEEE 1149.1規(guī)范兼容的JTAG測試接口，以及6種可以通過軟件選擇的省電模式。 總的來說，CPU構(gòu)架不同，雖然都是8位的，但指令集不同，ATmega128是用RISC的，哈佛結(jié)構(gòu)的總線；AT89C51是用CISC，馮諾衣曼結(jié)構(gòu)的總線。跟ATmega128比，AT89C51是老掉牙的東西，內(nèi)部資源少，速度慢，但學(xué)習(xí)簡單，經(jīng)

4、過仔細(xì)比較，我們選擇方案2。 1.3避障模塊 方案1：用超聲波傳感器進(jìn)行避障。超聲波傳感器在避障系統(tǒng)中普遍使用，其避障性能很好，接收與發(fā)射信號不易受外界干擾，可以很好的實現(xiàn)避障的功能，但是，超聲波傳感器信號CHULI復(fù)雜，技術(shù)難度較高，綜合考慮后，放棄此方案。 方案2：用紅外接收頭和紅外二極管進(jìn)行蔽障，紅外接收頭接受已調(diào)制的信號，因此受其它光源的影響較小，能實現(xiàn)避障的功能。造價低，體積小，便于裝在小車上。綜合考慮我選擇此方案。 1.4電機的選擇 方案1：采用步進(jìn)電機作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機。步進(jìn)電機體積大價格高昂，且它的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，其轉(zhuǎn)速較

5、低，不適合于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。綜合考慮比較，我們放棄了此方案。 方案2：采用直流電機。直流電機轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕，電路簡單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動機提供原始動力，可以產(chǎn)生大力矩。能夠較好的滿足系統(tǒng)要求，方向可用于控制前輪轉(zhuǎn)動角度，可實現(xiàn)避障、循跡和尋光功能。因此我們選擇此方案。 1.5電機驅(qū)動電路 方案1：采用直流電機驅(qū)動芯片MC338886，驅(qū)動電流可達(dá)2A，外圍器件簡單，貼片封裝體積小, 但調(diào)速時MC338886發(fā)熱量很大，導(dǎo)致MC338886的FS引腳置位，從而使其不工作，特別是采用反向制動后置這這只這種情況更嚴(yán)重。 方案2: 采用直流電機驅(qū)動芯片L

6、298N，驅(qū)動電流總和可達(dá)到4A，它可以驅(qū)動二相和四相步進(jìn)電機的專用芯片，我們利用它內(nèi)部的雙H(如圖1)橋式電路來驅(qū)動直流電機，這種驅(qū)動電路可以 很方便實現(xiàn)直流電機的四象限運行，分 別對應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動?？刂票容^簡單，電路也很簡單。因此我們選擇此方案。 1.6顯示模塊 方案1：采用LED顯示器,它采用低電壓掃描驅(qū)動，亮度高、刷新速率快，但是功耗高、顯示字符不美觀。綜合考慮后，放棄此方案。 方案2: 采用LCD顯示器，LCD的優(yōu)點主要包括零輻射、低功耗、散熱小、體積小、圖像再現(xiàn)精確、字符顯示美觀等，便于安裝。而且現(xiàn)在LCD技術(shù)很成熟，在顯示器的市場比LED占的比重要大，

7、因此我們選擇此方案。 1.7循跡模塊 方案1：采用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏二極管接受。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的可見光照射到黑線時，光線被黑線吸收。光敏二極管檢測到信號，呈高阻抗，使輸出端為低電平。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的可見光照射到地面時，它發(fā)出的可見光反射回來被光敏二極管檢測到，其阻抗迅速降低，此時輸出端為高電平。但是由于二極管受環(huán)境中的可見光影響較大，且電路的穩(wěn)定性差。 方案2:使用紅外對管，特點是價格低、體積小、質(zhì)量輕、對小車的轉(zhuǎn)向不會造成影響，其抗光干擾能力強，靈敏度高響應(yīng)快，光電轉(zhuǎn)換速度快， 1.8尋光模塊 方案1：使用光敏電阻檢測光源時，其光照特性為非線性、反應(yīng)靈敏度一般，檢測距離范圍

8、有限，其受外部影響較大，檢測信號易出現(xiàn)誤差，故放棄使用此方案。 方案2：使用光電三極管自制追光傳感器。光電三極管靈敏度高，線性好，能將光信號轉(zhuǎn)變成電信號，便于判斷。其溫度變化對光電流影響較小，且便于安裝在小車上，此方案價格低廉，可靠性良好，能滿足此系統(tǒng)的要求，所以我們選擇此方案。 1.9檢測金屬模塊 方案1：使用接近開關(guān)：它即有行程開關(guān)、微動開關(guān)的特性，同時具有傳感性能，其動作可靠，性能穩(wěn)定，頻率響應(yīng)快，應(yīng)用壽命長，抗干擾能力強等、并具有防水、防震、耐腐蝕等特點。當(dāng)金屬檢測體接近開關(guān)的感應(yīng)區(qū)域，開關(guān)就能無接觸，無壓力、無火花、迅速發(fā)出電氣指令，準(zhǔn)確反應(yīng)出運動機構(gòu)的位置和行程，即使用于

9、一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性和對惡劣環(huán)境的適用能力，是一般機械式行程開關(guān)所不能相比的。 觸點開關(guān)：是傳統(tǒng)的按鈕開關(guān)，通過接觸觸點來控制開關(guān)的通斷。電路抗靜電能力較弱，很容易靜電損壞。不適用在高溫，防潮，耐腐蝕的地方。 1.10電源模塊 方案1采用若幾節(jié)干電池串聯(lián)供電。干電池有較強的電機驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。但是，攜帶電池盒會影響整體布局，在小型電動車上使用不方便，且不能很好的利用太陽能充電系統(tǒng)。因此我們放棄了此種方案。 方案2：采用7.2V蓄電池為系統(tǒng)供電。7.2V電壓蓄電池經(jīng)過LM7805、LM7806穩(wěn)壓后，可為電機的驅(qū)動和單片機系統(tǒng)的工作提供穩(wěn)定的電壓，且攜帶方便，便于調(diào)整布局，綜合考慮，選用了此方案。 1.11PWM調(diào)速的優(yōu)點 PWM調(diào)速主要是針對功率較小的低慣量電機,具有高的定位速度和精度，低速性能好,穩(wěn)速精度高,調(diào)速范圍寬，系統(tǒng)頻帶寬,動態(tài)響應(yīng)好,抗干擾能力強，且經(jīng)濟可靠，因而有很大的使用價值。 調(diào)壓調(diào)速主要是針對饒線式電機，通過串電阻調(diào)壓調(diào)速。價格便宜。在一些精度要求不高，低電壓時力矩小，調(diào)速范圍小的場合。足已。