2011全国大学生电子设计竞赛论文_C题_智能小车(含程序)

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1.1 控制系统的论证与选择
方案一：采用周立功公司的32 位单片机EasyARM2131 。该单片机I/O 资源丰富，具有强大的
存储空间，芯片内置JTAG电路，可在线仿真调试，但对编程要求较高，且价格较为昂贵。
方案二：采用STC 公司的STC12C5A60S2 。内部含有PCA模块可对电机进行调速。此单片机价
8 H2 W1 `/ r# c6 r格低， 资源多， 高性价比，应用广泛，无论是从内部构造，还是编程方面51 系列单片机都相对简单，
容易掌握和使用。
综合考虑采用方案二。
8 i; j/ l0 K1 Q: E. |1.2 调速模块的论证与选择
方案一：用单片机STC12C5A60S2 内部的PCA 模块进行PWM 调速，调速准确，程序编写容
易，控制方便。
; T8 M3 J: L; s/ E方案二：采用L9110 马达控制驱动芯片搭建硬件电路进行调速。
考虑到控制的灵活性，采用方案一。
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  G/ s$ g, P; F3 m7 {5 t9 g1.1 电机驱动的论证与选择
方案一：采用大功率三极管，二极管，电阻电容等元件。采用上述元件搭建两个H
$ ?% c9 e- ]) h7 I9 l3 L" g桥，通过对各路信号放大来驱动电机，原理简单。但由于放大电路很难做到完全一致。
当电机的功率较大时运行起来会不稳定，很难精确控制。
方案二：采用L298N驱动芯片。L298N芯片是较常用的电机驱动芯片。该芯片有两
个TTL/CMOS兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性能，可用单片机的I/O 口提供信号，
. ^4 D5 Z( M# q, y) y* |- f电路简单、易用、稳定，具有较高的性价比。
综合以上二种方案，选择方案二。具体电路图见附录
1.2 信号检测的论证与选择
方案一： TCRT5000 红外光电传感器是一款红外反射式光电开关。传感器采用高发射功率红
外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，输出信号经施密特电路整形，稳定可靠，而且价格便宜。
方案二：RPR－ 220 是一种一体化反射型光电探测器。其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，
而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。优点：塑料透镜以提高灵敏度；内置的可见光过滤
器以减小离散光的影响；体积小结构紧凑。缺点：价格较高，是方案一红外对管的3倍。
8 X! O2 N! M' r考虑到本题目需要大量的红外对管测试，价格较高，而且方案一已完全能满足题目
要求，选择方案三。
. D! U4 X! P; W; V2 t7 q1.4 两车之间通讯的论证与选择
方案一：采用NRF24L01 模块。此模块，可以实现数据的精确传输，应用起来比
较方便，传输距离远，且其有空闲模式，大大的降低了模块的功耗
方案二： HC-SR04 超声波测距模块。此模块检测准确，但价格较高，而且编程复杂。
综合考虑采用方案一。
; J( F: j: `" a: k* u( F& m- F2 系统理论分析与计算
. _. ]7 X  k9 J: y6 H" ~, b% m2.1 同时启动分析
启动前打开乙车电源，当按下甲车电源时，通过无线模块nRE24L01 发送数据给
) w0 Y7 Z; p% @5 t) i" E9 E乙车的数据接收，启动乙车的程序运行。
$ e# G0 y3 z3 e6 q/ q# z) n2.2 信号检测的分析
2.2.1 信号（黑线）的检测
TCRT5000 红外对管发射出红外线，在非黑色区域发射红外并被接收，与电压比
, @, |: ^& x5 B! [8 N较器LM339 比较后得到高低电平输送给单片机，从电平的高低判断是否检测到黑线
+ [2 Q( y$ I. o3 ^/ ]2.2.2 标志线的检测分析
小车需要识别的标志线和边界线以控制小车的行走。因此，当循迹内环时，用右边的红外
对管检测检测标志线并进行计数。当循迹外环时，用左边的红外对管检测标志线并进行计数。
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2.3 小车行走的分析
2.3.1 小车各自行走一圈
小车检测到起点标志线后左转一定度，使小车左方红外管检测到内环内的黑线，并循迹内环黑线行
走。并用右方红外对管检测标志线并计数，当一超过超车标志线后转而循迹外环，直至跑回到终点。
2.3.2 超车和避免追尾相撞的分析
避免追尾相撞：小车前方设置一红外避障传感器，小车后方设置一挡板，当两车接近到一定距
& ?, P$ j6 m) I4 ~: W& L离时，红外避障传感器检测到对方尾部的挡板，输送低电平通知单片机，由单片机控制PWM 调制
脉冲使小车减速。
超车：当甲车检测到超车标志后，转而循迹外环的同时，甲车减速。乙车与甲车保持红外避障
4 A" y, z7 {6 ~+ [' l传感器设置的距离转检测完超车标志后，转而循迹超车区内环的黑线，速度超过甲车并循迹黑线返
回起点。而甲车循迹检测到转弯标志线后继续循迹外环返回原点。
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