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自动泊位小车设计说明书.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.25M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    3.3小车循迹流程图
    3.4程序主函数流程图
    自动泊位小车报告 摘要 本次设计的智能小车是以单片机 stc89c51 为主控制器，运用反射式红外传感器来进行黑 线路径和障碍物采样检测，并将实时数据经 74HC04 传给单片机，单片机通过控制 L298 来驱动电机控制车速和转向。另外，安装在车体右侧的金属传感器一直检测路面金属块， 一旦检测到即将此金属所在位置作为车库入口，同的时，装在车体后侧的超声波传感器 通过发射超声波来检测车库的位置（这里的车库以 20*20 的纸盒代替），当检测到车库的 位置即反馈给单片机，单片机通过 PWM 控制引导小车减速倒车正位停止，完成自动泊 车的动作。 第一章 总体方案论证与设计 1．路面情况检测方案的选择 探测路面黑线的基本原理：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸对光的反射系 数不同，可根据接收到的反射光强弱来判断黑线，可实现的方案有以下几种： 方案一：采用普通发光二极管及光敏电阻组成的发射接收方案，电路如图1-1所示。 该方案在实际使用时，容易受到外界光源的干扰，有时甚至检测不到。主要是因为可见 光的反射效果跟地表的平坦程度、地表材料的反射情况均对检测效果产生直接影响。虽 然可采取超高亮度发光二极管降低一定的干扰，但这有增加额外的功率损耗。 方案二：脉冲调制的反射式红外发射接收器。由于采用该有交流分量的调制信号， 则可大幅度减少外界干扰；另外红外发射接受管的最大工作电流取决与平均电流，如果 采用占空比小的调制信号，在平均电流不变的情况下，瞬时电流很大（50~100mA），则 大大提高了信噪比。并且其反映灵敏，外围电路也很简单。电路如图1-2所示。 比较以上两种方案，方案二占有很大的优势，市场上很多红外光电探头也都是基于 这个原理。这样不但能 准确完成测量，而且能避免电 路的复杂性，因此建议选择方案二。
    图1-1 图1-2 2．电动机的选择 方案一：采用步进电机，步进电机的一个显著特点就是具有快速启停能力，如果负 荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即使步进电机启动或反转。另一个 显著特点是转换精度高，正转反转控制灵活。 方案二：采用普通直流电机。直流电动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，可实现频繁的无级快速启动、制动 和反转；能满足各种不同的特殊运行要求。 由于普通直流电机更易于购买，并且电路相对简单，因此建议采用直流电机作为动 力源。 3．电动机驱动方案的选择 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，且可能存在干扰。更 主要的问题在于一般电动机的电阻比较小，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与关进行控制，通过控制开关的切换速度实现对 小车的速度进行调整。这个电路的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间长， 易损坏，寿命较短，可靠性不高。 方案三：采用四个大功率晶体管组成 H 桥电路，四个大功率晶体管分为两组，交替 导通和截止，用单片机控制使之工作在开关状态，进而控制电动机的运行。该控制电路 由于四个大功率晶体管只工作在饱和与截止状态下，效率非常高，并且大功率晶体管开 关的速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的电路。
    基于以上的分析，由于集成的 H 桥驱动电路芯片体积小，稳定性高，因此选用集成的驱 动电路芯片作为电机的驱动芯片，型号为 L298，L298 芯片有如下特点： .内含二个 H-Bridge 大电流双全桥式驱动器； ②可驱动46V、2A 以下的步进电机； ③1.2A 峰值每通道输出电流； ④使用简易； ⑤温度过高保护； ⑥内置钳位二极管。 4．障碍物探测方案的选择 方案一：脉冲调制的反射式红外发射接收器。由于采用该有交流分量的调制信号， 则可大幅度减少外界干扰；另外红外发射接受管的最大工作电流取决与平均电流，如果 采用占空比小的调制信号，在平均电流不变的情况下，瞬时电流很大（50~100mA），则大 大提高了信噪比。并且其反映灵敏，外围电路也很简单。电路工作原理如图1-2所示。 方案二：采用超声波传感器，如果传感器接受到反射的超声波，则通知单片机前方 有障碍物，否则通知单片机可以向前行驶。 市场上很多红外光电探头也都是基于这个原理。这样不但能准确完成测量，而且能 避免电路的复杂性，因此建议选择方案一。 5．供电电源方案的选择 方案一：采用两个电源供电。将电动机驱动电源与单片机以及其周电路电源完全隔 离，利用光电耦合器传输信号。这样可以使电动机驱动所造成的干扰彻底消除，提高了 系统的稳定性。 第二章 具体设计与实现 单片机为小车的控制核心，电路由黑线检测模块，电机驱动模块，声光指示模块， 红外线探测模块，方向控制模块，等几部分构成（金属探测、超声波测距及显示模块为 发挥部分）。系统框图如图所示。
    1．系统硬件设计 （1）路面黑线检测设计与实现 当检测到黑线时，红外光管接收到反射回来的红外光，其输出立即发生高低电平跳 变，该信号经放大整形后送单片机分析处理。为保证小车延黑线行驶，采用了两个检测 器并行排列。在小车行走过程中，若向左方向偏离黑线，则右侧的探头就会检测到黑线， 把信号传给单片机。，单片机控制车头向右转。路面黑线检测电路如图1-5所示。 （2）电机驱动电路的原理和实现 由于电动机的工作电压为 12V，所以，此时必须经过驱动芯片，给电动机提供工作 电压。此设计中，用的是 L298 芯片，并且还需要用二极管保护电动机和 L298 芯片，此 时，把采集的信号经过单片机的处理，输入到电动机驱动芯片的 IN1、IN2、IN3、IN4 引脚上，如果为高电平，则对应的输出引脚上输出为 Vs，如果为低电平，则输出为 0V， 此芯片的输出引脚为 OUT1、OUT2、OUT3、OUT4,与输入引脚一一对应。例如：IN1 为高电 平，则对应的 OUT1=Vs；IN1 为低电平，则对应的 OUT1=0V。此设计中，由于电动机的工 作电压为 12V，所以 Vs=12V，也就是，Vs 引脚上接 12V 电压。驱动电动机电路如下图（1） （2）所示： 图（1）
    图（2） 第三章 软件设计 3.1 程序设计总体思路 小车通过光电传感器获得路径信息，通过 AT89C51 进行判断小车所处的状态，通过 控制 H 桥驱动芯片来控制前进电机前行及转向电机进行相应的动作。小车的前行通过光 电对管（TCTR5000）采集信号控制进行改变工作状态。 3.2 小车状态定义 小车通过三组传感器获得信息，因此可将小车分为八种状态，不同的状态下小车有 不同的动作。 §3.2.1 小车与黑线方向垂直状态 传感器 黑线 三个传感器都检测到黑线，当小车处于此状态时，小车左转，使得小车之后沿着黑 线运动。 §3.2.2 黑线略偏左状态
    黑线 传感器 左传感器和中传感器检测到黑线存在，当小车处于此状态时，小车向左转。 §3.2.3 黑线正中状态 传感器 黑线 只有中传感器检测到黑线存在，当小车处于此状态时，小车方向不变，直向前开动。 §3.2.4 黑线极度偏左状态 黑线 传感器 只有左传感器检测到黑线存在，当小车处于此状态时，小车向左转弯。 §3.2.5 黑线略偏右状态
    传感器 黑线 右传感器和中传感器检测到黑线存在，当小车处于此状态时，小车向右转弯。 §3.2.6 不可能出现状态 因为黑线只有一条，所以不可能只有左传感器和右传感器检测到黑线而中传感器没 有检测到黑线。 §3.2.7 黑线极度偏右状态 传感器 黑线 只有右传感器检测到黑线存在，当小车处于此状态时，小车向右转弯。 §3.2.8 没有寻找到黑线状态 没有传感器检测到黑线存在，当小车处于此状态时，小车保持直行，而向前寻找黑 传感器
    线。定义此状态的意义在于，小车可以不必放到黑线上才能寻迹，只要黑线在小车的前 方，小车就可以先寻找到黑线，之后沿着黑线运动。 3.3 小车循迹流程图 小车进入循迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接的单片机 I/O 口，一旦检测 到某个 I/O 口有信号，即进入判断处理程序，先确定 3 个探测器中的哪一个探测到了黑 线，如果左面的光电传感器探测到黑线，即小车左半部分压到黑线，车身向右偏出，此 时应使小车向左转；如果是右面的光电传感器探测到了黑线，即车身右半部压住黑线， 小车向左偏出了轨迹，则应使小车向右转。如果是右面和右边的光电传感器探测到了白 线，而中间的光电传感器探测到黑线，即车身端正压住黑线，小车向没有偏出轨迹，则 应使小车向前行。在经过了方向调整后，小车再继续向前行走，并继续探测黑线重复上 述动作。循迹流程图如下图所示： 循迹流程图
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