智能小車論文

智能小汽車論文摘要本設(shè)計(jì)為以AVR mega128為主控制器的智能小車控制系統(tǒng)。小車系統(tǒng)由紅外線循跡模塊、L298N電機(jī)控制模塊、電源模塊組成、小車轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)模塊。小車供電系統(tǒng)采用電池組供電。小車循跡模塊4個(gè)RPR220光電對(duì)管構(gòu)成，左面兩個(gè)RPR220光電對(duì)管檢測(cè)左車車道邊沿信號(hào)，使小車的左輪一直沿著左面的黑色跑道行駛；中間的RPR220光電對(duì)管檢測(cè)跑道黑線累加計(jì)數(shù)并在相應(yīng)的跑道處轉(zhuǎn)彎，而右面RPR220光電對(duì)管是防止小車從右面沖出跑道，所以總體4個(gè)傳感器相結(jié)合使小車實(shí)現(xiàn)循跡功能。轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)模塊實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)彎的程度。本次設(shè)計(jì)的小車系統(tǒng)經(jīng)過測(cè)試運(yùn)行比較穩(wěn)定，基本達(dá)到預(yù)期目的。關(guān)鍵詞：AVR mega128、循跡、轉(zhuǎn)彎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 tube structure, left two RPR220 photoelectric tube left car lane edge detection signal to the car's 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 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 achieve the desired objectives.Keywords: AVR mega128, traction, cornering目錄0引言11 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)分析21.1 控制器的選擇1.2 光電開關(guān)檢測(cè)模塊31.3 7.2V直流電機(jī)與L298N電機(jī)控制模塊的論證與選擇31.4電源模塊的選擇42 理論分析與計(jì)算42.1 RPR220檢測(cè)計(jì)算與控制52.2節(jié)能63 硬件設(shè)計(jì)63.1 RPR220檢測(cè)電路63.2 L298N驅(qū)動(dòng)電路74 程序設(shè)計(jì)與流程84.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路84.1.1 程序功能描述84.1.2 程序設(shè)計(jì)思路84.2程序流程圖 95 測(cè)試方法與測(cè)試結(jié)果115.1測(cè)試方案115.2 測(cè)試條件與儀器115.3 測(cè)試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析115.3.1 PWM調(diào)速115.3.2 超車時(shí)間控制126 總結(jié)126.1 設(shè)計(jì)小結(jié)12參考文獻(xiàn)13附錄1：系統(tǒng)原理圖14附錄2：部分源程序150引言在本設(shè)計(jì)中，要求車頭緊靠起點(diǎn)標(biāo)志線，在跑道中黑線的2、3、8、9處轉(zhuǎn)彎，在1、4、5、6、7處正常循跡，在10處停止。跑道如圖1 。0 IntroductionIn this design, requiring the front line against the starting flag, the black line on the runway at the turn of 2,3,8,9, 1,4,5,6,7 place in normal driving, stop at 10. Figure 1 runway.圖0-1 小車跑道具體要求如下所示：1. 基本要求（1）小車從起點(diǎn)標(biāo)志線開始，在行車道各正常行駛一圈。（2）在跑道中黑線的2、3、8、9處轉(zhuǎn)彎，在1、4、5、6、7處正常行駛，在10處停止。1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)分析小車系統(tǒng)由光電循跡模塊、L298N電機(jī)控制模塊、電源模塊組成。系統(tǒng)總體框圖如圖1-1所示。圖1-1 小車系統(tǒng)框圖下面分別對(duì)這幾個(gè)模塊的進(jìn)行選擇：1.1 控制器的選擇在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中中，我們選擇AVRmega128為小車的控制器。因?yàn)锳VRmega128單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度是普通單片機(jī)的8-12倍，內(nèi)部自帶SPI、ADC、EEPROM PWM及雙UART高性能、 先進(jìn)的 RISC 結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的外圍設(shè)施等。1.2 光電循跡模塊的論證與選擇方案一：采用4個(gè)RPR220循跡。此方案運(yùn)用4個(gè)RPR220檢測(cè)轉(zhuǎn)彎標(biāo)志及跑道兩側(cè)的邊沿標(biāo)志。，它測(cè)量距離近，但反應(yīng)靈敏、準(zhǔn)確。方案二：采用光電開關(guān)循跡。小車跑道兩側(cè)均有一定的高度差，可以通過控制光電開關(guān)的靈敏度實(shí)現(xiàn)邊沿檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)小車的循跡。在本設(shè)計(jì)中在轉(zhuǎn)彎處都有兩厘米寬度的黑膠帶，無論小車前端走到何處，都可以利用RPR220很靈敏的檢測(cè)到轉(zhuǎn)彎標(biāo)志，由于跑道兩側(cè)的高度差不是很大，故RPR220更容易控制小車，防止小車沖出跑道。因此，綜合以上兩種種方案，選擇方案一。1.3 5V直流電機(jī)與L298N電機(jī)控制模塊的論證與選擇方案一：采用繼電器對(duì)電機(jī)的開關(guān)進(jìn)行控制，可以完成電機(jī)的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，調(diào)速，但繼電器響應(yīng)時(shí)間慢，使小車運(yùn)動(dòng)靈敏度降低，增加了避障的難度。而且機(jī)械結(jié)構(gòu)易磨損，可靠性不高。它適用于大功率電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，對(duì)于中小功率的電機(jī)則極不經(jīng)濟(jì)。方案二：采用L298N控制芯片，通過單片機(jī)I/O口輸入改變控制端的電平，即可實(shí)現(xiàn)5V直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)、停止的操作。運(yùn)用此方案可以很好的利用單片機(jī)程序控制達(dá)到控制電機(jī)的目的。基于以上兩種的方案的比較，選擇方案二。1.4電源模塊的選擇整個(gè)電路系統(tǒng)我們采用電池組供電，能夠滿足系統(tǒng)要求。5V電池為控制器及外圍電路供電，7.2V電池為兩個(gè)電動(dòng)機(jī)供電。2 理論分析與計(jì)算2.1信號(hào)檢測(cè)與控制2.1.1 光電開關(guān)檢測(cè)計(jì)算與控制 在本設(shè)計(jì)中我們運(yùn)用的光RPR220是一種靈敏度可調(diào)，可以根據(jù)不同的環(huán)境的光線強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)以使其準(zhǔn)確的響應(yīng)檢測(cè)信號(hào)?？刂品椒ㄔ恚喊裄PR220接入TTL電平，根據(jù)RPR220光電對(duì)管的發(fā)出和返回的紅外線的多少來識(shí)別檢測(cè)信號(hào)，即RPR220光電對(duì)管是否壓到黑線。具體做法是先讓4個(gè)RPR220未壓到黑線，通過調(diào)節(jié)與其相連的電位器使4盞相對(duì)應(yīng)的二極管點(diǎn)亮，然后讓4個(gè)RPR220壓到黑線，看4盞相對(duì)應(yīng)的二極管是否全部熄滅，否則通過調(diào)節(jié)與其相連的電位器使相對(duì)應(yīng)的二極管熄滅。如此反復(fù)調(diào)試最終達(dá)到4個(gè)RPR220未壓到黑線時(shí)，4盞相對(duì)應(yīng)的二極管全部熄滅；當(dāng)4個(gè)RPR220壓到黑線，4盞相對(duì)應(yīng)的二極管全部點(diǎn)亮，讓控制如圖2-1所示圖2-1 RPR220光電對(duì)管工作原理圖圖2-1 RPR220與地面垂直高度2.2節(jié)能電機(jī)功耗計(jì)算：直流電機(jī)功率=機(jī)械效率*電壓*電流扭矩=9.55*（功率/轉(zhuǎn)速）機(jī)械效率=輸出功率/輸入功率輸入功率=電壓*電流我們需要運(yùn)用的電機(jī)是直流，并且為了使小車有足夠的動(dòng)力，選電壓值為7.2V。要求電機(jī)的扭矩在一定值范圍內(nèi)。由于小車要循跡和超車，小車的速度要求也比較小，通過以上直流電機(jī)功率計(jì)算公式可知：選用7.2V直流電機(jī)，電機(jī)的功率小，并且機(jī)械效率高。3 硬件設(shè)計(jì) 3.1 RPR220檢測(cè)電路當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)到黑膠帶時(shí)，會(huì)傳送給控制器一個(gè)跳變信號(hào)，從而使控制器實(shí)行相關(guān)操作。電路如圖3-1所示圖3-1 RPR220檢測(cè)電路3.2 L298N驅(qū)動(dòng)電路電路如圖3-2所示，即可通過單片機(jī)I/O直接口至電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3-2 L298N驅(qū)動(dòng)電路4 程序設(shè)計(jì)與流程4.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路4.1.1程序功能描述1、 當(dāng)單片機(jī)接收到RPR220的檢測(cè)到信號(hào)后，控制電機(jī)左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn);以此實(shí)現(xiàn)循跡4.1.2 程序設(shè)計(jì)思路1、 循跡轉(zhuǎn)彎設(shè)計(jì)思路當(dāng)左右兩邊RPR220都接收檢測(cè)到信號(hào)時(shí)，兩光電開關(guān)都輸出低電平，小車直行；當(dāng)左右RPR220分別為接收不到信號(hào)、接收到信號(hào)時(shí)，左右光電開關(guān)分別輸出高、底電平，小車右拐；當(dāng)左右RPR220分別為接收到信號(hào)、接收不到信號(hào)時(shí)，左右光電開關(guān)分別輸出底、高電平，小車左拐；當(dāng)中間RPR220檢測(cè)到拐彎標(biāo)志線時(shí)，輸出為高電平，并實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)志線計(jì)數(shù)功能，作為小車起始、拐彎，實(shí)現(xiàn)小車的起始、拐彎。4.2程序流程圖1、 主程序流程圖圖4-1 主程序流程圖2、 循跡子程序流程圖圖4-2 循跡子程序流程圖圖4-3 超車子程序流程圖5 測(cè)試方法與測(cè)試結(jié)果5.1測(cè)試方案一、硬件模塊測(cè)試：系統(tǒng)本身由兩個(gè)獨(dú)立的模塊構(gòu)成，所以分兩部分進(jìn)行調(diào)試。 1、接入5V電源，把光電開關(guān)與RPR220固定在小車上，單獨(dú)調(diào)試，調(diào)整其靈敏度2、接入7.2V電源，調(diào)試L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。二、軟件模塊測(cè)試：采用自下而上的調(diào)試方式，先進(jìn)行模塊測(cè)試程序的調(diào)試，待全部通過之后將所有的軟件程序串接起來并結(jié)合硬件電路進(jìn)行整體調(diào)試。5.2 測(cè)試條件與儀器測(cè)試條件：檢查多次，仿真電路和硬件電路必須與系統(tǒng)原理圖完全相同，并且檢查無誤，硬件電路保證無虛焊。測(cè)試儀器：數(shù)字萬用表、秒表，計(jì)算器、直尺。5.3 測(cè)試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析5.3.1 PWM調(diào)速測(cè)試數(shù)據(jù)如表5-1所示：表5-1 小車前進(jìn)10s行駛的距離（單位：cm）次數(shù)占空比1：3占空比1：2占空比1：1占空比1：0.5占空比1：0.310.40.71.32.23.420.50.71.123.330.40.61.22.13.340.40.51.12.13.4拐彎誤差太大較小可以較小較大結(jié)果分析：當(dāng)車速過快過慢時(shí)，小車容易沖出軌道。當(dāng)占空比為1:1時(shí)，小車行駛最穩(wěn)定，可以作為小車正常行駛速度。當(dāng)占空比為1:2與1:0.5時(shí)拐彎誤差較小，所以可選用占空比1：0.4與1:1.8應(yīng)用于小車的加速與減速。6 總結(jié)6.1 設(shè)計(jì)小結(jié)本設(shè)計(jì)每輛小車?yán)霉怆婇_關(guān)與RPR220光電對(duì)管實(shí)現(xiàn)循跡功能，通過調(diào)整能夠使小車沿著跑道行駛一圈。在循跡的過程中，RPR220光電對(duì)管反應(yīng)靈敏，能夠非常正確的捕獲信號(hào)，實(shí)現(xiàn)循跡。本系統(tǒng)性能穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。參考文獻(xiàn)1童詩白. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 第三版. 北京：高等教育出版社，2001.12孫肖子. 實(shí)用電子電路手冊(cè)（模擬分冊(cè)）.北京：高等教育出版社，19923譚浩強(qiáng). C語言程序設(shè)計(jì)(第二版). 北京：清華大學(xué)出版社，2000 4黃智偉. 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程. 北京：電子工業(yè)出版社，2005附錄1：系統(tǒng)原理圖附錄2：部分源程序我的大學(xué)愛情觀目錄：1、 大學(xué)概念2、 分析愛情健康觀3、 愛情觀要三思4、 大學(xué)需要對(duì)愛情要認(rèn)識(shí)和理解5、 總結(jié)1、什么是大學(xué)愛情：大學(xué)是一個(gè)相對(duì)寬松，時(shí)間自由，自己支配的環(huán)境，也正因?yàn)檫@樣，培植愛情之花最肥沃的土地。大學(xué)生戀愛一直是大學(xué)校園的熱門話題，戀愛和學(xué)業(yè)也就自然成為了大學(xué)生在校期間面對(duì)的兩個(gè)主要問題。戀愛關(guān)系處理得好、正確，健康，可以成為學(xué)習(xí)和事業(yè)的催化劑，使人學(xué)習(xí)努力、成績上升；戀愛關(guān)系處理的不當(dāng)，不健康，可能分散精力、浪費(fèi)時(shí)間、情緒波動(dòng)、成績下降。因此，大學(xué)生的戀愛觀必須樹立在健康之上，并且樹立正確的戀愛觀是十分有必要的。因此我從下面幾方面談?wù)勛约旱膶?duì)大學(xué)愛情觀。2、什么是健康的愛情：1) 尊重對(duì)方，不顯示對(duì)愛情的占有欲，不把愛情放第一位，不癡情過分；2) 理解對(duì)方，互相關(guān)心，互相支持，互相鼓勵(lì)，并以對(duì)方的幸福為自己的滿足; 3) 是彼此獨(dú)立的前提下結(jié)合；3、什么是不健康的愛情：1)盲目的約會(huì)，忽視了學(xué)業(yè);2)過于癡情，一味地要求對(duì)方表露愛的情懷，這種愛情常有病態(tài)的夸張;3)缺乏體貼憐愛之心，只表現(xiàn)自己強(qiáng)烈的占有欲;4)偏重于外表的追求;4、大學(xué)生處理兩人的在愛情觀需要三思：1. 不影響學(xué)習(xí)：大學(xué)戀愛可以說是一種必要的經(jīng)歷，學(xué)習(xí)是大學(xué)的基本和主要任務(wù)，這兩者之間有錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系，有的學(xué)生因?yàn)閻矍?，過分的忽視了學(xué)習(xí)，把感情放在第一位；學(xué)習(xí)的時(shí)候就認(rèn)真的去學(xué)，不要去想愛情中的事，談戀愛的時(shí)候用心去談，也可以交流下學(xué)習(xí)，互相鼓勵(lì)，共同進(jìn)步。2. 有足夠的精力：大學(xué)生活，說忙也會(huì)很忙，但說輕松也是相對(duì)會(huì)輕松的！大學(xué)生戀愛必須合理安排自身的精力，忙于學(xué)習(xí)的同時(shí)不能因?yàn)楦星榈氖虑榉中?，不能在學(xué)習(xí)期間，放棄學(xué)習(xí)而去談感情，把握合理的精力，分配好學(xué)習(xí)和感情。3、 有合理的時(shí)間；大學(xué)時(shí)間可以分為學(xué)習(xí)和生活時(shí)間，合理把握好學(xué)習(xí)時(shí)間和生活時(shí)間的“度”很重要；學(xué)習(xí)的時(shí)候，不能分配學(xué)習(xí)時(shí)間去安排兩人的在一起的事情，應(yīng)該以學(xué)習(xí)為第一；生活時(shí)間，兩人可以相互談?wù)剳賽?，用心去談，也可以交流下學(xué)習(xí)，互相鼓勵(lì)，共同進(jìn)步。5、大學(xué)生對(duì)愛情需要認(rèn)識(shí)與理解，主要涉及到以下幾個(gè)方面：（1） 明確學(xué)生的主要任務(wù)“放棄時(shí)間的人，時(shí)間也會(huì)放棄他?！贝髮W(xué)時(shí)代是吸納知識(shí)、增長才干的時(shí)期。作為當(dāng)代大學(xué)生，要認(rèn)識(shí)到現(xiàn)在的任務(wù)是學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)做人、學(xué)習(xí)知識(shí)、學(xué)習(xí)為人民服務(wù)的本領(lǐng)。在校大學(xué)生要集中精力，投入到學(xué)習(xí)和社會(huì)實(shí)踐中，而不是因把過多的精力、時(shí)間用于談情說愛浪費(fèi)寶貴的青春年華。因此，明確自己的目標(biāo)，規(guī)劃自己的學(xué)習(xí)道路，合理分配好學(xué)習(xí)和戀愛的地位。（2） 樹林正確的戀愛觀提倡志同道合、有默契、相互喜歡的愛情：在戀人的選擇上最重要的條件應(yīng)該是志同道合，思想品德、事業(yè)理想和生活情趣等大體一致。擺正愛情與學(xué)習(xí)、事業(yè)的關(guān)系：大學(xué)生應(yīng)該把學(xué)習(xí)、事業(yè)放在首位，擺正愛情與學(xué)習(xí)、事業(yè)的關(guān)系，不能把寶貴的大學(xué)時(shí)間，鍛煉自身的時(shí)間都用于談情說有愛而放松了學(xué)習(xí)。 相互理解、相互信任，是一份責(zé)任和奉獻(xiàn)。愛情是奉獻(xiàn)而不時(shí)索取，是擁有而不是占有。身邊的人與事時(shí)刻為我們敲響警鐘，不再讓悲劇重演。生命只有一次，不會(huì)重來，大學(xué)生一定要樹立正確的愛情觀。（3） 發(fā)展健康的戀愛行為 在當(dāng)今大學(xué)校園，情侶成雙入對(duì)已司空見慣。抑制大學(xué)生戀愛是不實(shí)際的，大學(xué)生一定要發(fā)展健康的戀愛行為。與戀人多談?wù)剬W(xué)習(xí)與工作，把戀愛行為限制在社會(huì)規(guī)范內(nèi)，不致越軌，要使愛情沿著健康的道路發(fā)展。正如馬克思所說：“在我看來，真正的愛情是表現(xiàn)在戀人對(duì)他的偶像采取含蓄、謙恭甚至羞澀的態(tài)度，而絕不是表現(xiàn)在隨意流露熱情和過早的親昵?！保?） 愛情不是一件跟風(fēng)的事兒。很多大學(xué)生的愛情實(shí)際上是跟風(fēng)的結(jié)果，是看到別人有了愛情，看到別人幸福的樣子（注意，只是看上去很美），產(chǎn)生了羊群心理，也就花了大把的時(shí)間和精力去尋找愛情（5） 距離才是保持愛情之花常開不敗的法寶。愛情到底需要花多少時(shí)間，這是一個(gè)很大的問題。有的大學(xué)生愛情失敗，不是因?yàn)槟信p方在一起的時(shí)間太少，而是因?yàn)樗麄冊(cè)谝黄鸬臅r(shí)間太多。相反，很多大學(xué)生戀愛成功，不是因?yàn)槟信p方在一起的時(shí)間太少，而是因?yàn)樗麄儨?zhǔn)確地把握了在一起的時(shí)間的多少程度。（6） 愛情不是自我封閉的二人世界。很多人過分的活在兩人世界，對(duì)身邊的同學(xué)，身邊好友漸漸的失去聯(lián)系，失去了對(duì)話，生活中只有彼此兩人；班級(jí)活動(dòng)也不參加，社外活動(dòng)也不參加，每天除了對(duì)方還是對(duì)方，這樣不利于大學(xué)生健康發(fā)展，不僅影響學(xué)習(xí)，影響了自身交際和合作能力?？偨Y(jié)：男女之間面對(duì)戀愛，首先要擺正好自己的心態(tài)，樹立自尊、自愛、自強(qiáng)、自重應(yīng)有的品格，千萬不要盲目地追求愛，也不宜過急追求愛，要分清自己的條件是否成熟。要樹立正確的戀愛觀，明確大學(xué)的目的，以學(xué)習(xí)為第一；規(guī)劃好大學(xué)計(jì)劃，在不影響學(xué)習(xí)的條件下，要對(duì)戀愛認(rèn)真，專一，相互鼓勵(lì)，相互學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步；認(rèn)真對(duì)待戀愛觀，做健康的戀愛；總之，我們大學(xué)生要樹立正確的戀愛觀念，讓大學(xué)的愛情成為青春記憶里最美的風(fēng)景，而不是終身的遺憾！