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循迹小车设计方案简述

5.单片机最小系统:
6.液晶显示:
液晶由单片机控制,实时显示小车行驶的时间和路程,由于其内部集成了显 示处理模块,所以外围电路十分简单。电路图如下:
7.串口电路: 采用 MAX232E 专用芯片作 RS232/TTL 电平转换。实现 PC 机与单片
机的数据传输。 第三部分:循迹小车整体硬件电路图如下:
2.驱动: 驱动部分采用的是 L298 芯片,该芯片是专门的双全桥步进电机驱动芯片,
也可以作为两个直流电机的驱动。该芯片有较强的的驱动能力,可驱动 2A 的步 进电机或两个 1A 的直流电机。
芯片上的的 ENA 与 ENB 为高电平时有效,只有当 ENA 与 ENB 为高电平时, 电机才旋转,否则电机不转,这里的电平指的是 TTL 电平。ENA 为 IN1 和 IN2 的 使能端,ENB 为 IN3 和 IN4 的使能端。当 ENA=1,IN1=1 INT2=0 时电机 1 正转, ENA=1,IN1=0 IN2=1 电机 1 反转。同理,当 ENB=1,IN1=3 INT4=0 电机 2 正转, ENB=1,IN3=0 IN4=1 电机 2 反转。OUT1、OUT2 接电机 1,OUT3、OUT4 接电机 2。 L298 的应用电路图如下所示
3.信号采集系统
小车共放置四个光电传感器来采集路面信息和小车行驶的路程,采集到的信 号通过 P1 口传给单片机,循迹传感器采集到的信息经 LM339 放大整形后后 传送给单片机,最终达到控制小车循迹的目的。
因每个光电传感器的信号处理过程相同,其电路图如下:
4.蜂蜜器:
蜂鸣器用于小车位置指示,用三极管驱动,由单片机 P2.0 口控制,小车到 站后,单片机给蜂鸣器一个方波信号,蜂鸣器鸣叫提示。电路图如下
1.小车个模块分布
小车的总体布局应以尽量减少互相干扰为原则,兼顾美观整齐。基于这两点, 通过调试,在小车底板下面只安放了两个直流电机,防止电机磁对电气信号的干 扰。小车的后面安放电源,有利于电流的方向一致以较少对信号的影响。电机驱 动紧挨着电源部分,同在小车的尾部,这样有利于大电流的直接输送,减少干扰。 车头部分放置传感器以及 LM339,这样和别的电流通路基本隔离,有利于信号的 稳定。单片机置于车的中央且用铜柱将其支起来,于电机、电源等干扰源远离, 很好地保证单片机的稳定可靠地运行。
2.小车传感器分布
小车循迹的保证是传感器反映回正确的信息,所以传感器的合理排布是小 车能够圆满完成任务的基本保证,经过反复的调试和实验,得出的最佳传感器分 布图如图中所示。
第三部分:小车电路部分
1.电源: 电源共分为两部分,一部分是外部电源 12V,只要供电机的正常运作,第二
部分是用 LM7805 稳压管将 12V 电压至 5V 电压供整个单片机及其外围电路的正常 工作电流。LM7805 是一片最经典的三端线性稳压芯片,具有较好的线性稳压效 果,外围电路十分简单,所以在本次设计中选为逻辑供电稳压芯片。为了得到理 想的电压,在输出端用大的滤波电容和小电容并联的方式进行整波。经测试,完 全符合电气性能以及各项指标。电路图如下图所示。
循迹小车设计方案
第一部分:方案论证
1.小车主体设计方案
自己设计制造小车主体结构,能够按照布局设计思路来完成小车主体结构的 调整,保证电路部分和机械部分的全面协调。可以合理地安放传感器,成本低廉。
2.电源设计方案
选用 7805 作为整个电源电路的核心,除供给电机的电源外,其次将 12V 电 压转换为供整个单片机控制电路的 5V 电流。
赛道只有黑白两种颜色,小车只要能区分黑白两色就可以采集到准确的路面 信息。所以在这里我们选择光电传感器作为信息采集元件。
5.显示模块设计方案
12864 液晶显示,液晶显示驱动简单,于控制,功耗小,且显示信息量大, 可以直观地观测到小车的位置及速度信息。
第二部分:循迹小车的硬件设计
一:机械设计
小车机械部分设计有以下几个要求:符合机械力学性能,能够很好地完成各 机械动作;易于组装拆卸以便于维护维修;方便扩展布局,面向以后学习研究的 扩展开发;总体布局有一定的电气隔离性能,尽量减少互相干扰;美观大方。
3.电机驱动设计方案
使用双电机驱动芯片 L298 经测试性能可以满足小车的电机控制要求,而且 外围电路比较简单,稳定性较好,驱动能力够强。能够很好的保证两电机的同步。
4.传感器设计方案
使用光电传感器来采集路面信息,使用红外传感器最大的优点就是结构简 明,实现方便,成本低廉,免去了繁复的图像处理工作,反应灵敏,响应时间低, 便于近距离路面情况的检测。但红外传感器的缺点是,它所获取的信息是不完全 的,只能对路面情况作简单的黑白判别,检测距离有限,而且容易受到诸多扰动 的影响,抗干扰能力较差,背景光源,器件之间的差异,传感器高度位置的差异 等都将对其造成干扰。
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