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2011年全国大学生电子设计竞赛论文模板[1]1


2011 年全国大学生电子设计竞赛

智能小车( 智能小车(C 题) 【1C01271313 组】

2011 年 9 月 3 日





每辆车使用一片 atmage16 单片机做处理中心,光电传感器分别前置采集和 实时采集道路的信息传输给单片机,单片机通过处理前置信息和实时信息,输出 PWM 实现对发动电机和舵机的控制进而控制车行驶的速度和方向。两车之间通过 NRF24L01 进行通讯,把彼此的运行的情况传输给单片机,单片将信号机处理和 反馈进而更好的控制两车的运行,避免追尾或侧撞情况发生。

关键词:

前置信息 实时信息 信息设置

I





关键词: 前置信息 实时信息 信息设置 ......................................... I 1 系统方案 ................................................................... 1 1.1 探测模块的论证与选择 .................................................................................................... 1 1.2 超车模块的论证与选择 .................................................................................................... 1 1.3 控制系统的论证与选择 .................................................................................................... 1 2 系统理论分析与计算 ......................................................... 2 2.1 模块构成的分析 .............................................................................................................. 2 2.1.1 转向模块................................................................................................................. 2 2.1.2 测速测距模块 ......................................................................................................... 2 2.1.3 动力模块................................................................................................................. 2 3 电路与程序设计 ............................................................. 3 3.1 电路的设计......................................................................................................................... 3 3.1.1 系统总体框图 .......................................................................................................... 3 3.1.2 信息检测子系统框图与电路原理图 ..................................................................... 3 3.1.3 通信子系统框图与电路原理图 ............................................................................. 4 3.1.4 电源.......................................................................................................................... 5 3.2 程序的设计......................................................................................................................... 5 3.2.1 程序功能描述与设计思路 ...................................................................................... 5 3.2.2 程序流程图 .............................................................................................................. 6 4 测试方案与测试结果 ......................................................... 7 4.1 测试方案............................................................................................................................. 7 4.2 测试条件与仪器................................................................................................................ 7 4.3 测试及分析........................................................................................................................ 8 4.3.1 测试分析与结论 ...................................................................................................... 8 附录 1:源程序 ............................................................... 9 附录 2:原理图 .............................................................. 14

II

智能小车( 智能小车(C 题) 【1C01271313 组】
1 系统方案
本系统主要由探测模块、超车信息通信模块、atmage16 单片机及电源模块组成, 下面分别论证这几个模块的选择。

1.1 探测模块的论证与选择 探测模块的论证与选择
方案一:采用激光探测,激光探测器。 激光传感器:利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电 路组成。激光传感器是新型测量仪表,它的优点是能实现无接触远距离测量,速度快, 精度高,量程大,抗光、电干扰能力强等。 方案二:采用光电探测。 光电传感器由 7 组带发射、接收的二极管组成。方案原理基于落在轨迹指示黑线内 的光电二极管接收到的反射光线强度与白色的赛道的不同判断行车的方向, 为了增加可 感知的前方距离、提高行驶效率故选择不同的光电排布、传感器在车体的安装位置。该 方案的优点是电路简单,信号处理速度快。 方案三:激光光电综合应用。 综合以上三种方案,选择方案二。

1.2 超车模块的论证与选择 超车模块的论证与选择
方案一:采用 PDR8000 进行双车通讯 PTR8000 是高性能嵌入式无线收发模块,它的核心芯片是挪威 Nordic VLSI ASA 公司的 nRF905。具有可选频道多,低功耗,抗干扰能力强的优点, 方案二:采用 nrf24l01 进行双车通讯 题目要求在甲、乙两车在各自起跑点同时起动,乙车通过超车标志线后在超车区内 实现超车功能,并先于甲车到达终点标志线,即第一圈实现乙车超过甲车,其后交替进 行。所以甲车通过超车区标志线后需要减速,待乙车经过超车区并行至甲车前方才能加 速前行。因此需要甲乙两车需要先后发送本车信息给对方,完成超车功能。而 RF24.L01 是一款新型单片射频收发器件,工作于 2.4 GHz~2.5 GHz ISM 频段。有多种低功率工作 模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。 综合以上二种方案,选择方案二。

1.3 控制系统的论证与选择
单片机是本设计的核心部分,由于红外考虑到 Atmage16 单片机集成功能强大, 因此有以下方案: 方案一:采用 AT89C51 方案二:采用 Atmage16
1

方案三:采用 Atmage32 综合考虑采用 Atmage16 和 Atmage32。

2 系统理论分析与计算
2.1 模块构成的分析 模块构成的分析
2.1.1 转向模块 此车的转向模块是由传感器构成的,通过采集小车经过标志线的次数来控制小车是 否转弯。该模块可以控制小车转弯的角度,具有精确灵活性。 2.1.2 测速测距模块 此车的测速测距模块是编码器。编码器本体,编码器本体安装在CNC同步轮加长 轴上,在加长轴的外段安装一轴承,在加长轴的内段安装双轴承,双轴承之间设置有挡 片,所述三个轴承的尺寸相同。由于三个轴承的尺寸相同,这样可以使三个轴承连接的 加长轴位置的直径不需要进行变化,可以使加长轴的加工更为方便,而三个尺寸相同的 轴承的同轴度也更容易保证,使编码器的连接更为稳固,不容易出现同轴度的问题。编 码器本体的侧面通过直角板与电机连接,编码器可以通过编码器滑槽安装在直角板上, 编码器滑槽的设计可以保证直角板与多种型号、尺寸的编码器进行连接配合,在编码器 损坏需要更换的情况下,客户可以有很大的选择空间,不需要重新开孔或更换零件。 2.1.3 动力模块 此车的动力模块是动力电机。舵机内部由舵盘、减速齿轮组、位置检测器(可变电 阻)、直流电机、控制电路板等器件构成。

2

3 电路与程序设计
3.1 电路的设计
3.1.1 系统总体框图 舵 机

Atmage16 单 光 电 模 块 片 机 无 线 模 块

电 机

图1 系统总体框图 3.1.2 信息检测子系统框图与电路原理图 信息检测子系统框图与电路原理图 1、信息子系统框图,如图

初始化

采集数据

记数

判断转弯

3

图2

信息子系统框图

2、信息检测子系统电路,如图 3

图3 通信子系统框图与电路原理图 3.1.3 通信子系统框图与电路原理图 1、通信子系统框图,如图 4

信息子系统电路

Atmage 16
传感器或红外

单 片 机

无线通信

图4 2、通信子系统电路,如图 5

通信子系统框图

4

图5 3.1.4 电源

通信子系统电路 5V 或者 12V 电

电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。为整个系统提供

压,确保电路的正常稳定工作。这部分电路比较简单,都采用三端稳压管实现,故不作 详述。

3.2 程序的设计
3.2.1 程序功能描述与设计思路 1、程序功能描述 根据题目要求软件部分主要实现程序各模块的实现和显示。 1)实现功能:设置频率值、单片机的型号、及设置输出信号类型。 2)显示部分:显示测试结果、信号、频率值。 2、程序设计思路 程序员在写程序是时,先要分析程序所用模块,先把各个模块的程序写出来,然后 测试各单独的程序在硬件中是否正常运行, 若程序的运行结果与所设想的结果相同再把 各单独的程序模块写到一个完整的系统中,然后测试结果,若存在偏差,调试程序直到 完成要求。

5

3.2.2 程序流程图 1、主程序流程图,如图 6
开始

初始化状态

采集数据

判断是否拐弯 否 拐弯

继续采集

是否进入超车区 否 超车 是 两车交换速 度和位置

图6

2、无线测试子程序流程图,如图
初始化

探 测 两车 位

是否出超车区

交换程序

图7
6

3、通信子程序流程图,如图

开始

光电管初始化

红外管发射

信号调制

光敏管接收

信号分析

控制电机

图8

4 测试方案与测试结果
4.1 测试方案
1、硬件测试 用水平尺检测车身和轮胎两点一线。经万用表检测车的够成模块没有虚接,短路, 断路等焊接故障。 2、软件仿真测试 经串口连接在计算机上测试程序的执行情况。 3、硬件软件联调 在摸拟跑道上将组装好的智能车进行直道、弯道等情况进行实际 细微的调试。

4.2 测试条件与仪器
测试条件:检查多次,仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同,并且检查 无误,硬件电路保证无虚焊。 测试仪器:高精度的数字毫伏表,模拟示波器,数字示波器,数字万用表,指针式 万用表。

7

4.3 测试及分析 测试及分析
4.3.1 测试分析与结论 根据实际赛道测试分析,弯道转弯过程中,由此可以得出以下结论: 1、转弯过程车速不要太大,保证车身平稳 2、转速过程中转速度角度适中,保证不压线走 3、超车时两车间有足够的间距,以确保不撞车 综上所述,本设计达到设计要求。

8

附录 1:源程序 :
#include<avr/io.h> #include<util/delay.h> #include<avr/interrupt.h> #include"avr_1602.h" #define uchar unsigned char #define uint unsigned int

void void void void void void void void

set_pwm(); slow_pwm(uchar z); normal_pwm(); chaoche(); guai_wan(); chushi(); diyitiaoxian(); tingche();

uchar table[2]; volatile int i=0,flag=0,flag1=0; void port_init() { DDRD|=(1<<PD4)|(1<<PD5); PORTD=0X00; DDRB=0X00; PORTB=0X00; DDRC|=(1<<3)|(1<<5)|(1<<4)|(1<<6); PORTC|=(1<<3)|(1<<5); } void set_INT0() { MCUCR|=(1<<ISC01)|(1<<ISC00); GICR|=(1<<INT0); } /*void timer0_init() { TCCR0 |=(1<<CS01)|(1<<CSO0); TCNT0=130;
9

TIMSK|=(1<<TOIE0); }*/ void timer1_init() { TCCR1A|=(1<<COM1A1)|(1<<COM1B1)|(1<<WGM10); TCCR1B|=(1<<WGM12)|(1<<CS11); TCNT1H=0X00; TCNT1L=0X00; OCR1AH=0X00; OCR1AL=254;//1/2 OCR1BH=0X00; OCR1BL=254;//1/3 } void device() { cli(); port_init(); timer1_init(); set_INT0(); sei(); } SIGNAL(SIG_INTERRUPT0) { if(flag==1) { i++;flag=0; } if(i==4)chaoche(); } SIGNAL(SIG_OVERFLOW0) { i++; TCNT0=130; } void slow_pwm(uchar z) { if(z==1) {OCR1AL=190;OCR1BL=254;} else {OCR1BL=190;OCR1AL=254;}

10

} void normal_pwm() { OCR1AL=254; OCR1BL=254; } int main() { uchar zhuangtai=0; lm016_init(); _delay_ms(40); device(); sei(); while(1) { zhuangtai=PINB&0x83; if((zhuangtai&0x80)==0x80)flag=1; if(i==4)chaoche(); lm016_demand(0x80); lm016_write((i/10)+0x30); lm016_write((i%10)+0x30); switch(zhuangtai&0x03) { case 0x03: case 0x02: slow_pwm(2);break; case 0x00: OCR1AL=240;OCR1BL=254;;break; //zuo case 0x01: normal_pwm();break; default: break; } if(i==2)break; } while(1) { zhuangtai=PINB&0x83; if((zhuangtai&0x80)==0x80)flag=1; lm016_demand(0x80); lm016_write((i/10)+0x30); lm016_write((i%10)+0x30); switch(zhuangtai&0x03) { case 0x03: case 0x02: slow_pwm(2);break;
11

case 0x00: slow_pwm(1);break; //zuo case 0x01: normal_pwm();break; default: break; } } } void guai_wan() { _delay_ms(1200); OCR1AL=0; _delay_ms(800); normal_pwm(); flag=0; _delay_ms(410); } void chaoche() { cli(); _delay_ms(2900); OCR1AL=0; _delay_ms(1800); normal_pwm(); _delay_ms(2000); while((PINB&0Xe8)==0); normal_pwm(); _delay_ms(950); OCR1BL=70; OCR1AL=254; _delay_ms(700); normal_pwm(); _delay_ms(2050); OCR1BL=95; OCR1AL=254; _delay_ms(740); normal_pwm(); while((PINB&0X07)==0); _delay_ms(1000); OCR1AL=150; OCR1BL=254; _delay_ms(600); normal_pwm(); sei();
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while(1) { if((PINB&0X10)==0X10) OCR1AL=200; OCR1BL=254; while((PINB&0X40)==0X40); } } void tingche() { OCR1BL=0; OCR1AL=0; while(1);

13

附录 2:原理图 :

信息子系统电路

通信子系统电路

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