七届“电信杯”武汉##大学大学生电子设计竞赛.docVIP

基于51单片机智能避障小车的设计报告 参赛院系： 参赛学生： 参赛类别： 联系方式： 二零一二年五月  前言 摘要：智能小车可在预先设定的场景模式中自动运作，其设计主要集机械、电子、检测技术与智能控制于一体，可应用于工业控制等领域，是机器人研究领域的一项重要内容。本设计以玩具小车为车体，硬件是以STC89C52单片机为主控芯片，配合直流电动机、光电传感器等器件构成，并通过相应的软件代码实现控制小车的前进、转弯、避障、自动转向等动作。实验表明，本设计结构简单，在一定程度上体现了小车的智能化运作，具有较好的鲁棒性。 关键词：智能小车；场景模式；光电传感器 一、智能小车的设计要求 智能车辆是集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，是智能交通系统的一个重要组成部分，其设计主要集机械、电子、检测技术与智能控制于一体，是机器人研究领域的一项重要内容，在军事、民用、太空开发等领域有着广泛的应用前景，且其智能技术广泛运用于各种领域。 二、系统方案论证与选择 根据题设要求，系统可以划分为电源部分、信号检测部分、控制部分、驱动部分。其中信号检测部分包括：感光探测模块（LM339高速比较器、红外对管）；控制部分包括：STR89C52单片机；驱动部分包括：电机驱动模块（LN293D、直流减速电机）。 系统模块图 三、系统基本方案 为实现各模块的功能，分别作了几种不同的设计方案并进行了论证。 1.电源模块论证与选择 双电源供电。由于电机驱动和其他芯片工作电压不一样，需用不同的电源供电。 2.控制器模块论证与选择 方案一：选用PIC、或AVR、或凌阳SPCE061A等作为控制核心；这些单片机资源丰富，可以实现复杂的逻辑功能，功能强大，完全可以实现对小车的控制。但对于题目而言，其体现，成本稍高。 4.电机模块 方案一：采用直流减速电机。直流减速电机驱动转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便，小车电机内部装有齿轮组。所以并不需要考虑调速功能，很方便的就可以实现通过单片机对直流减速电机前进、后退、停止等操作。 方案二：采用步进电机作为该系统的驱动电机，由于其转动的角度可以精确定位，可以实现小车前进距离和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，但步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高的转速时会急剧下降，其转速较低时不适于小车等对速度有一定要求的系统。经综合比较分析我们决定放弃此方案。 ?综上所述，选择方案一。 5. 电机驱动模块 方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是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电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率。而且实现很困难。 方案二：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。这个方案的优点是电路较为简单。缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。 继电器式电机驱动电路 方案三：采用L293D驱动。L293D采用16引脚DIP封装，其内部集成了双极型H-桥电路，所有的开量都做成n型。这种双极型脉冲调宽方式具有很多优点，如电流连续；电机可四角限运行；电机停止时有微振电流，起到“动力润滑”作用，消除正反向时的静摩擦死区：低速平稳性好等。L293D通过内部逻辑生成使能信号。H-桥电路的输入量可以用来设置马达转动方向，使能信号可以用于脉宽调整（PWM）。另外，L293D将2个H-桥电路集成到1片芯片上，这就意味着用1片芯片可以同时控制2个电机。每1个电机需要3个控制信号EN12、IN1、IN2，其中EN12是使能信号，IN1、IN2为电机转动方向控制信号，IN1、IN2分别为1，0时，电机正转，反之，电机反转。L293D电机驱动电路L293D采用16引脚DIP封装，其内部集成了双极型H-桥电路，所有的开量都做成n型。这种双极型脉冲调宽方式具有很多优点，如电流连续；电机可四角限运行；电机停止时有微振电流，起到“动力润滑”作用，消除正反向时的静摩擦死区：低速平稳性好等。L293D通过内部逻辑生成使能信号。H-桥电路的输入量可以用来设置马达转动方向，使能信号可以用于脉宽调整（PWM）。另外，L293D将2个H-桥电路集成到1片芯片上，这就意味着用1片芯片可以同时控制2个电机。每1个电机需要3个控制信号EN12、IN1、IN2，其中EN12是使能信号，IN1、IN2为电机转动方向控制信号，IN1、IN2分别为1，0时，电机正转，反