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1、循跡避障尋光電動(dòng)小汽車(chē) 摘要：采用美國(guó)ATMEL公司資源豐富的ATmegal128產(chǎn)品作為主控芯片進(jìn)行設(shè)計(jì) 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 1模塊方案比較與論證 1.1車(chē)體設(shè)計(jì) 方案1：自己制作電動(dòng)車(chē)。經(jīng)過(guò)考慮，若自己制作電動(dòng)車(chē)，價(jià)格便宜，可靠性良好，但制作工序復(fù)雜，耗費(fèi)大量時(shí)間，在如此緊迫的賽程里，我們只能選擇放棄此方案。 方案2：使用已有車(chē)模改裝。在已有車(chē)模的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝，省去了制作電動(dòng)車(chē)的大量時(shí)間，且可靠性高，用塑料做的車(chē)架，比鐵制小車(chē)更輕便、美觀，綜合考慮，我們選擇此方案。 1.2控制器模塊 方案1：可采用AT89C51，AT89C51是一款帶4K字節(jié)FLASH寄存器的

2、低電壓、高性能CMOS 8位微處理器1288位內(nèi)部RAM，32可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源，電路簡(jiǎn)單，編程也比較容易，資料齊全,芯片很便宜,也很容易買(mǎi)到,適合入門(mén)級(jí)，由于I/O不足，一旦數(shù)據(jù)量很大、涉及復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制等內(nèi)容時(shí)，AT89C51就力不從心了。運(yùn)算的速度和效率低也是AT89C51的一個(gè)缺點(diǎn).。 方案2：采用美國(guó)ATMEL公司資源豐富的ATmegal128產(chǎn)品作為主控芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。ATmegal128為基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器，具有快速、靈活、集成度高、加密性強(qiáng)和易實(shí)現(xiàn)等諸多優(yōu)點(diǎn)。ATmegal128具有128KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程FLAS

3、H、4KB的SRAM、35個(gè)中斷、53個(gè)通用I/O口線、32個(gè)通用寄存器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC、4個(gè)靈活的具有比較模式和PWM功能的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T/C）、2個(gè)USART、面向字節(jié)的兩線接口TW1、8通道10位ADC、具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器、SPI串行端口、與IEEE 1149.1規(guī)范兼容的JTAG測(cè)試接口，以及6種可以通過(guò)軟件選擇的省電模式。 總的來(lái)說(shuō)，CPU構(gòu)架不同，雖然都是8位的，但指令集不同，ATmega128是用RISC的，哈佛結(jié)構(gòu)的總線；AT89C51是用CISC，馮諾衣曼結(jié)構(gòu)的總線。跟ATmega128比，AT89C51是老掉牙的東西，內(nèi)部資源少，速度慢，但學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單，經(jīng)

4、過(guò)仔細(xì)比較，我們選擇方案2。 1.3避障模塊 方案1：用超聲波傳感器進(jìn)行避障。超聲波傳感器在避障系統(tǒng)中普遍使用，其避障性能很好，接收與發(fā)射信號(hào)不易受外界干擾，可以很好的實(shí)現(xiàn)避障的功能，但是，超聲波傳感器信號(hào)CHULI復(fù)雜，技術(shù)難度較高，綜合考慮后，放棄此方案。 方案2：用紅外接收頭和紅外二極管進(jìn)行蔽障，紅外接收頭接受已調(diào)制的信號(hào)，因此受其它光源的影響較小，能實(shí)現(xiàn)避障的功能。造價(jià)低，體積小，便于裝在小車(chē)上。綜合考慮我選擇此方案。 1.4電機(jī)的選擇 方案1：采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)體積大價(jià)格高昂，且它的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，其轉(zhuǎn)速較

5、低，不適合于小車(chē)等有一定速度要求的系統(tǒng)。綜合考慮比較，我們放棄了此方案。 方案2：采用直流電機(jī)。直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，電路簡(jiǎn)單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，可以產(chǎn)生大力矩。能夠較好的滿足系統(tǒng)要求，方向可用于控制前輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度，可實(shí)現(xiàn)避障、循跡和尋光功能。因此我們選擇此方案。 1.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 方案1：采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MC338886，驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)2A，外圍器件簡(jiǎn)單，貼片封裝體積小, 但調(diào)速時(shí)MC338886發(fā)熱量很大，導(dǎo)致MC338886的FS引腳置位，從而使其不工作，特別是采用反向制動(dòng)后置這這只這種情況更嚴(yán)重。 方案2: 采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L

6、298N，驅(qū)動(dòng)電流總和可達(dá)到4A，它可以驅(qū)動(dòng)二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專用芯片，我們利用它內(nèi)部的雙H(如圖1)橋式電路來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，這種驅(qū)動(dòng)電路可以 很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分 別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)?？刂票容^簡(jiǎn)單，電路也很簡(jiǎn)單。因此我們選擇此方案。 1.6顯示模塊 方案1：采用LED顯示器,它采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng)，亮度高、刷新速率快，但是功耗高、顯示字符不美觀。綜合考慮后，放棄此方案。 方案2: 采用LCD顯示器，LCD的優(yōu)點(diǎn)主要包括零輻射、低功耗、散熱小、體積小、圖像再現(xiàn)精確、字符顯示美觀等，便于安裝。而且現(xiàn)在LCD技術(shù)很成熟，在顯示器的市場(chǎng)比LED占的比重要大，

7、因此我們選擇此方案。 1.7循跡模塊 方案1：采用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏二極管接受。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的可見(jiàn)光照射到黑線時(shí)，光線被黑線吸收。光敏二極管檢測(cè)到信號(hào)，呈高阻抗，使輸出端為低電平。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的可見(jiàn)光照射到地面時(shí)，它發(fā)出的可見(jiàn)光反射回來(lái)被光敏二極管檢測(cè)到，其阻抗迅速降低，此時(shí)輸出端為高電平。但是由于二極管受環(huán)境中的可見(jiàn)光影響較大，且電路的穩(wěn)定性差。 方案2:使用紅外對(duì)管，特點(diǎn)是價(jià)格低、體積小、質(zhì)量輕、對(duì)小車(chē)的轉(zhuǎn)向不會(huì)造成影響，其抗光干擾能力強(qiáng)，靈敏度高響應(yīng)快，光電轉(zhuǎn)換速度快， 1.8尋光模塊 方案1：使用光敏電阻檢測(cè)光源時(shí)，其光照特性為非線性、反應(yīng)靈敏度一般，檢測(cè)距離范圍

8、有限，其受外部影響較大，檢測(cè)信號(hào)易出現(xiàn)誤差，故放棄使用此方案。 方案2：使用光電三極管自制追光傳感器。光電三極管靈敏度高，線性好，能將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，便于判斷。其溫度變化對(duì)光電流影響較小，且便于安裝在小車(chē)上，此方案價(jià)格低廉，可靠性良好，能滿足此系統(tǒng)的要求，所以我們選擇此方案。 1.9檢測(cè)金屬模塊 方案1：使用接近開(kāi)關(guān)：它即有行程開(kāi)關(guān)、微動(dòng)開(kāi)關(guān)的特性，同時(shí)具有傳感性能，其動(dòng)作可靠，性能穩(wěn)定，頻率響應(yīng)快，應(yīng)用壽命長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)等、并具有防水、防震、耐腐蝕等特點(diǎn)。當(dāng)金屬檢測(cè)體接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)區(qū)域，開(kāi)關(guān)就能無(wú)接觸，無(wú)壓力、無(wú)火花、迅速發(fā)出電氣指令，準(zhǔn)確反應(yīng)出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置和行程，即使用于

9、一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性和對(duì)惡劣環(huán)境的適用能力，是一般機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)所不能相比的。 觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)：是傳統(tǒng)的按鈕開(kāi)關(guān)，通過(guò)接觸觸點(diǎn)來(lái)控制開(kāi)關(guān)的通斷。電路抗靜電能力較弱，很容易靜電損壞。不適用在高溫，防潮，耐腐蝕的地方。 1.10電源模塊 方案1采用若幾節(jié)干電池串聯(lián)供電。干電池有較強(qiáng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。但是，攜帶電池盒會(huì)影響整體布局，在小型電動(dòng)車(chē)上使用不方便，且不能很好的利用太陽(yáng)能充電系統(tǒng)。因此我們放棄了此種方案。 方案2：采用7.2V蓄電池為系統(tǒng)供電。7.2V電壓蓄電池經(jīng)過(guò)LM7805、LM7806穩(wěn)壓后，可為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和單片機(jī)系統(tǒng)的工作提供穩(wěn)定的電壓，且攜帶方便，便于調(diào)整布局，綜合考慮，選用了此方案。 1.11PWM調(diào)速的優(yōu)點(diǎn) PWM調(diào)速主要是針對(duì)功率較小的低慣量電機(jī),具有高的定位速度和精度，低速性能好,穩(wěn)速精度高,調(diào)速范圍寬，系統(tǒng)頻帶寬,動(dòng)態(tài)響應(yīng)好,抗干擾能力強(qiáng)，且經(jīng)濟(jì)可靠，因而有很大的使用價(jià)值。 調(diào)壓調(diào)速主要是針對(duì)饒線式電機(jī)，通過(guò)串電阻調(diào)壓調(diào)速。價(jià)格便宜。在一些精度要求不高，低電壓時(shí)力矩小，調(diào)速范圍小的場(chǎng)合。足已。