自动追光自动避障电动小车.docx

目录摘要31 引言32方案设计与论证32.1总体方案描述32.2微处理器模块的比较与论证42.3电机的比较与论证42.4追光模块的比较与论证52.5避障模块的比较与论证52.6自动停止模块的比较与论证53系统硬件、软件的实现63.1硬件实现63.1.1 微处理器电路63.1.2电机驱动电路63.1.3 追光模块电路73.1.4 超声波避障电路73.1.5 电源保护模块电路83.2软件实现83.2.1 流程图84系统测试104.1主要测试用的仪器104.2测试结果114.2.1 追光模块测试114.2.2 避障模块测试114.2.3 太阳能电池板追光测试114.2.4 自动停止模块测试124.2.5 基本部分测试124.2.6 发挥部分测试125总结13参考文献14附录15附录1电路图：15附录2主程序：16摘要本设计基于MSP430F149单片机为控制器，设计实现了一个带有自动寻光、自动避障、自动追光太阳能充电系统的电动小车。本系统包含控制器、步进电机及驱动、小车寻光、超声波避障、太阳能板充电以及太阳能板自动追光等模块。该电动小车能够在场地内自动寻找光源前进并能够检测前方多个障碍物并能绕道前行;车上太阳能板能够自动追光始终对准光源并给电池充电，且有LED显示充电状态:小车能在规定的时间内跑完全程并能自行停止。整个系统实现了全部功能要求，运行稳定。关键词：MSP430F149；超声波传感器；太阳能电池板；电动小车1引言随着汽车产业的快速发展，汽车产业目前已经进入调整期，目前，全球石油资源紧缺，且油价不断上涨，冲击了各个行业，尤其是汽车产业，同时人类面对着全球变暖、水平面上升等世界性问题。因此未来的汽车将走向电动汽车的时代，而太阳能是目前作为最清洁的能源，对人类来说无疑是一种新型的能源。本设计便是针对太阳能供电小车的研究，其中的主要难点在于追光与避障功能的实现，而本设计已经完美的完成了这两点，并且充分利用绿色资源，实现了小车的智能化。2方案设计与论证2.1总体方案描述使用100W的白炽灯作为电源，通过太阳能电池板收集电能，然后通过升压电路给蓄电池充电，再由蓄电池给电动小车供电。小车在启动以后，使用光敏三极管寻找光源，发现光源后，由单片机MSP430F149控制，驱动电动小车沿着光源方向运动。在沿光源运动的道路上，放置3个障碍物，电动小车前端使用超声波传感器，超声波传感器发现障碍物后，将信号传给单片机MSP430F149，驱动电动小车能够自动避开，然后继续沿光源方向运动，同时太能能板始终正对着光源。运动到一定距离以后，利用太阳能电池板距离光源远近不同所产生的电压不同，利用此原理实现对电动小车的自动停车。图2.1 系统框图2.2微处理器模块的比较与论证方案一：51系列单片机，是8位单片机，体积小，低功耗，控制能力强，扩展灵活，使用方便。但是其运行速度很慢，（因为是CISC（集中指令）结构，而且芯片为了抗干扰采用了12分频的方法）、所有的I/0口都是准双向口，I/0口的驱动能力弱。方案二：MSP430F149单片机，是16位单片机，处理能力强，超低功耗，并且运算速度快。相比较之下选择方案二。2.3电机的比较与论证方案一：采用直流电机。直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速启动、制动和反转；能满足生产自动化系统各种不同的特殊运行要求。方案二：采用步进电机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、启停的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。因此，步进电机具有快速启停能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能立即使步进电机启动或反转，而且步进电机的转换精度高，驱动电路简单，非常适合定位控制系统。相比较之下选择方案二。2.4追光模块的比较与论证方案一：使用光敏电阻检测光源，反应灵敏度一般，检测距离范围有限，其受外部影响较大，检测信号易出现误差，故放弃使用此方案。方案二：使用光电三极管自制追光传感器。此方案价格低廉，可靠性良好，且便于安装在小车上。经过试验得知反应灵敏，能满足此系统的要求，所以我们选择方案二。2.5避障模块的比较与论证方案一:利用超声波传感器进行检测，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点，超声波传感器主要采用直接反射式的检测模式。位于传感器前面的被检测物通过将发射的声波部分地发射回传感器的接收器，从而使传感器检测到被测物。方案二：使用红外传感器，它是一种集发射与接收于一体的光电传感器，检测距离可以根据要求进行调节。该传感器具有探测距离远、价格便宜、易于装配、使用方便等特点。红外发射管发出红外线，