智能小车论文.doc
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1、智能小汽车论文摘要本设计为以AVR mega128为主控制器的智能小车控制系统。小车系统由红外线循迹模块、L298N电机控制模块、电源模块组成、小车转速计数模块。小车供电系统采用电池组供电。小车循迹模块4个RPR220光电对管构成,左面两个RPR220光电对管检测左车车道边沿信号,使小车的左轮一直沿着左面的黑色跑道行驶;中间的RPR220光电对管检测跑道黑线累加计数并在相应的跑道处转弯,而右面RPR220光电对管是防止小车从右面冲出跑道,所以总体4个传感器相结合使小车实现循迹功能。转速计数模块实现小车的转弯的程度。本次设计的小车系统经过测试运行比较稳定,基本达到预期目的。关键词:AVR meg
2、a128、循迹、转弯The design for the main controller to AVR mega128 smart car control system. Trolley system consists of infrared tracking module, L298N motor control module, power module, the car speed counting module. Car power supply system using battery pack. Car tracking module 4 RPR220 photoelectric t
3、ube structure, left two RPR220 photoelectric tube left car lane edge detection signal to the cars revolver had been traveling along the left side of the black runway; intermediate RPR220 photoelectric detection runway black line on the tube and at the turn in the appropriate runway, while the right
4、RPR220 photoelectric tube is to prevent the car from the right runway, so the overall four sensors combine to make the car to achieve tracking functionality. Speed counting module to achieve the degree of turning the car. The design of the car after the test run the system more stable, basically ach
5、ieve the desired objectives.Keywords: AVR mega128, traction, cornering目录0引言11 系统方案设计分析21.1 控制器的选择1.2 光电开关检测模块31.3 7.2V直流电机与L298N电机控制模块的论证与选择31.4电源模块的选择42 理论分析与计算42.1 RPR220检测计算与控制52.2节能63 硬件设计63.1 RPR220检测电路63.2 L298N驱动电路74 程序设计与流程84.1程序功能描述与设计思路84.1.1 程序功能描述84.1.2 程序设计思路84.2程序流程图 95 测试方法与测试结果115.1测
6、试方案115.2 测试条件与仪器115.3 测试数据与结果分析115.3.1 PWM调速115.3.2 超车时间控制126 总结126.1 设计小结12参考文献13附录1:系统原理图14附录2:部分源程序150引言在本设计中,要求车头紧靠起点标志线,在跑道中黑线的2、3、8、9处转弯,在1、4、5、6、7处正常循迹,在10处停止。跑道如图1 。0 IntroductionIn this design, requiring the front line against the starting flag, the black line on the runway at the turn of 2
7、,3,8,9, 1,4,5,6,7 place in normal driving, stop at 10. Figure 1 runway.图0-1 小车跑道具体要求如下所示:1. 基本要求(1)小车从起点标志线开始,在行车道各正常行驶一圈。(2)在跑道中黑线的2、3、8、9处转弯,在1、4、5、6、7处正常行驶,在10处停止。1 系统方案设计分析小车系统由光电循迹模块、L298N电机控制模块、电源模块组成。系统总体框图如图1-1所示。图1-1 小车系统框图下面分别对这几个模块的进行选择:1.1 控制器的选择在本设计系统中中,我们选择AVRmega128为小车的控制器。因为AVRmega12
8、8单片机处理数据的速度是普通单片机的8-12倍,内部自带SPI、ADC、EEPROM PWM及双UART高性能、 先进的 RISC 结构和强大的外围设施等。1.2 光电循迹模块的论证与选择方案一:采用4个RPR220循迹。此方案运用4个RPR220检测转弯标志及跑道两侧的边沿标志。,它测量距离近,但反应灵敏、准确。方案二:采用光电开关循迹。小车跑道两侧均有一定的高度差,可以通过控制光电开关的灵敏度实现边沿检测,实现小车的循迹。在本设计中在转弯处都有两厘米宽度的黑胶带,无论小车前端走到何处,都可以利用RPR220很灵敏的检测到转弯标志,由于跑道两侧的高度差不是很大,故RPR220更容易控制小车,
9、防止小车冲出跑道。因此,综合以上两种种方案,选择方案一。1.3 5V直流电机与L298N电机控制模块的论证与选择方案一:采用继电器对电机的开关进行控制,可以完成电机的正转,反转,调速,但继电器响应时间慢,使小车运动灵敏度降低,增加了避障的难度。而且机械结构易磨损,可靠性不高。它适用于大功率电机的驱动,对于中小功率的电机则极不经济。方案二:采用L298N控制芯片,通过单片机I/O口输入改变控制端的电平,即可实现5V直流电机正反转、停止的操作。运用此方案可以很好的利用单片机程序控制达到控制电机的目的。基于以上两种的方案的比较,选择方案二。1.4电源模块的选择整个电路系统我们采用电池组供电,能够满足
10、系统要求。5V电池为控制器及外围电路供电,7.2V电池为两个电动机供电。2 理论分析与计算2.1信号检测与控制2.1.1 光电开关检测计算与控制 在本设计中我们运用的光RPR220是一种灵敏度可调,可以根据不同的环境的光线强度进行调节以使其准确的响应检测信号。控制方法原理:把RPR220接入TTL电平,根据RPR220光电对管的发出和返回的红外线的多少来识别检测信号,即RPR220光电对管是否压到黑线。具体做法是先让4个RPR220未压到黑线,通过调节与其相连的电位器使4盏相对应的二极管点亮,然后让4个RPR220压到黑线,看4盏相对应的二极管是否全部熄灭,否则通过调节与其相连的电位器使相对应
11、的二极管熄灭。如此反复调试最终达到4个RPR220未压到黑线时,4盏相对应的二极管全部熄灭;当4个RPR220压到黑线,4盏相对应的二极管全部点亮,让控制如图2-1所示图2-1 RPR220光电对管工作原理图图2-1 RPR220与地面垂直高度2.2节能电机功耗计算:直流电机功率=机械效率*电压*电流扭矩=9.55*(功率/转速)机械效率=输出功率/输入功率输入功率=电压*电流我们需要运用的电机是直流,并且为了使小车有足够的动力,选电压值为7.2V。要求电机的扭矩在一定值范围内。由于小车要循迹和超车,小车的速度要求也比较小,通过以上直流电机功率计算公式可知:选用7.2V直流电机,电机的功率小,
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