智能循迹小车设计与制作

1 智能循迹小车设计与制作 1、 智能循迹小车 的 任务分析 任务分析 工作卡 编号 1 所属 项目 智能循迹小车 计划 工时 1天 共 1 页 学员姓名 班级 电子 0903 所用 器材 设备 序号 名 称 型号（规格） 数量 序号 名 称 型号（规格） 数量 1 联想笔记本 2 方正电脑 1 2 【功能要求】 1、功能指标要求 能够根据轨迹图所提供的路线进行主动的循迹 小车能够在赛道上完成一圈的循迹，及包括前进，左拐，右拐，刹车停止。 发挥要求 按键启动 转向提示 蜂鸣提示 2、任务分析 小车供电后 ,发光二极管发出光线，光线照在路面上反射回来被光电二极管接收，半导体二极管在电场作用下产生电势，将光信号转换成电信号。该智能小车在画有黑线的白纸 “ 路面 ” 上行驶，由于黑线和白纸对光线的反射系数不同，可根据接收到的反射光的强弱来判断 “ 道路 ” 黑线。 当小车检测到黑线时，光线部分被黑线吸收，反射回的光 线极少被光电二极管接收，转换成比较弱的电信号；当小车未检测到黑线时，光线大部分被反射，反射回的光线被光电二极管接收，转换成比较强的电信号。最终，这些电信号经过比较器处理后传入单片机，再由单片机进一步做信号处理。 3 2、 智能循迹小车 工作计划 长沙 航空 职业 技术学院 智能循迹小车系统设计工作计划 工作卡 编号 2 所属 项目 智能循迹小车 计划 工时 1天 共 1 页 学员姓名 琚俊杰 班级 电子 0903 所用 器材 设备 序号 名 称 型号（规格） 数量 序号 名 称 型号 （规格） 数量 1 联想笔记本 2 方正电脑 1 智能循迹小车 系统 设计工作计划 第 组 工作 任务完成安排表 项目名称 时量 任务分解 时间安排 负责人 智能循迹小车 10天 循迹小车任务分析与功能设计 2天 杨名 循迹小车硬件系统设计，制作与调试 4天 琚俊杰 循迹小车软件设计整机调试 4天 李慕宁 实施 任务 的步骤和措施 时间 任务 组员 地点 迹小车总任务与要求下发，小组进行讨论与分析。 琚俊杰，杨名，李慕宁 六机房 定方案，硬件电路的了解 琚俊杰，杨名，李慕宁 六机房 件电路各部分设计 琚俊杰，杨名，李慕宁 六机房 理图的设计与验收 琚俊杰，杨名，李慕宁 六机房 琚俊杰 车间制板 件电路板的制作 琚俊杰 实训车间 车电路板元件的安装、调试电 压 琚俊杰，杨名，李慕宁 数电教室 车程序编写 李慕宁 六机房 车整机调试 琚俊杰，杨名，李慕宁 六机房 辩 李慕宁 数电教室 4 3、 智能循迹小车 方案论证 长沙 航空 职业 技术学院 智能循迹小车系统设计方案论证 工作卡 编号 3 所属 项目 智能循迹小车 计划 工时 1天 共 3 页 学员姓名 琚俊杰 班级 电子 0903 所用 器材 设备 序号 名 称 型号（规格） 数量 序号 名 称 型号（规格） 数量 1 联想笔记本 2 方正电脑 1 智能循迹小车 系统 设计方案及论证 【 原理框图 】 【 原理说明 】 采用 片机是一种低功耗、高性能 位微控制器，具有8K 在系统可编程存储器。 个中断源，和 3 个定时计数器。 通过这些来实现小车的行走，蜂鸣，亮灯，以及转向。但可能会 需要外扩大量的 I/用一个探头来扫描黑线使其前进，反馈的信息来控制电机的转向，及其左右转以及刹车停止。利用一个脉冲来记录时间。分别作出几个小的模块如：电机驱动模块，转向灯模块，蜂鸣器模块，电源模块，循迹检测模块，显示模块等等。 循迹模块 电源模块 键盘模块 鸣器 转向灯 电 动 机 控制 5 【 方 案论证 】 1主控制器模块 方案一：选用 功耗的 8 位微处理器， 64 引脚。采用先进的 构，具有 133 条指令，大多数可以在一个时钟周期内完成。它具有两个独立的预分频器和比较器功能的 8 位定时器 /计数器和两个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的 16 位定时器 /计数器及具有独立预分频器的实时时钟计数器。片内带有模拟比较器。具有上电复位以及可编程的掉电检测功能。 其片内资源丰富，具有： 8个外部中断， 4个定时计数器， 53 个 I/解除 I/O 口资源不足的困难。其引脚大多数都有具有第二功能，功能强大。 . 方案二：采用 片机是一种低功耗、高性能 位微控制器，具有8K 在系统可编程存储器。使用 司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80品指令和引脚完全兼容。片上 适于常规编程器。 个中断源，和 3个定时计数器。 方案三：采用 场可编辑门列阵）作为系统控制器。 模大，集 成度高，体积小，稳定性好，并且可利用 用并行工作方式，提高了系统的处理速度，常用于大规模实时性要求较高的系统。 方案比较：由三种方案可以看出，以 28 ，而 以我们选择方案一。 2. 电机驱动模块 采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，加速能力强 ，采用由达林顿管组成的 单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高， 子管的开关速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的 市面上有很多此种芯片，我选用了 这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。因此决定采用使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。 6 3 循迹模块 方案 一 采用 光敏元件。 该方案缺点：易受到外界光源的干扰，有时甚至检测不到黑线，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。克服此缺点的方法：采用超高亮度的发光二极管能降低一定的干扰，但这又会增加检测系统的功耗。 方案 二 脉冲调制的反射式红外发射接收器。由于采用带有交流分量的调制信号，则可大幅度减少外界的干扰；此外红外发射接收管的工作电流取决于平均电流，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（ 50 100 0则大大提高了信噪比。此种测试方案反应速度大约在 5 方案 三 采用多路阵列式光敏电阻组成的光电探测器。 方案 四 采用 种方法虽然能对路面信息进行准确完备的反应，但它存在信息处理满，实时性差等缺点，而且此次比赛不允许用其它处理器，因此若采用 疑会加重单片机的处理负担，不利于实现更好的控制策略（控制策略才是此次比赛的核心）。 根据以上分析我们采用方案 1， 因为红外对管太过于灵敏了，不适合。 4. 电源模块 方案一 采用 4节 电池供电，电压达到 6V，经 7805稳压后给单片机、电机和其他芯片供电。 方案二 采用市场上流行的 6805，稳压后给单片机系统、直流电机和其他芯片供电。 因为干电池比较简便，所以我们选择了方案一。 5. 蜂鸣模块 方案一 采用普通发光二极管和蜂鸣器分别发出声光报警，该方案虽能达到题目要求，但是蜂鸣器发出声音刺耳，而且受到其他指示灯的影响，发光二极管报警也不够突出。 方案二 采用超高亮发光二极管和语音芯片 成声光报警，该方案避免了方 案一所有缺点。语音芯片声音清晰，超高发亮的发光二极管作用非常明显。 7 4、智能循迹小车硬件电路设计 长沙 航空 职业 技术学院 智能循迹小车 硬件电路设计 工作卡 编号 4 所属 项目 智能循迹小车 计划 工时 1天 共 3 页 学员姓名 琚俊杰 班级 电子 0903 所用 器材 设备 序号 名 称 型号（规格） 数量 序号 名 称 型号（规格） 数量 1 华硕笔记本 2 方正电脑 1 智能循迹小车硬件电路设计 【 主控制模块设计 】 【 循迹电路的设 计 】 8 【 电机驱动电路设计 】 【 按键和转向指示电路设计 】 9 【 发声电路设计 】 10 5、智能循迹小车的 理图绘制 长沙 航空 职业 技术学院 智能循迹小车原理图绘制 工作卡 编号 5 所属 项目 智能循迹小车 计划 工时 1天 共 2 页 学员姓名 琚俊杰 班级 电子 0903 所用 器材 设备 序号 名 称 型号（规格） 数量 序号 名 称 型号（规格） 数量 1 联想笔记本 2 方正 电脑 1 原理图元件自制图形结果 自制元件名称 排阻 规格型号 自制元件 封装名称 请附元件图） 12345678910原理图元件自制图形结果 自制元件名称 格型号 制元件 封装名称 请附元件图） 1 智能循迹小车原理图的绘制结果 （请附电路原理图） 【 工 作 内 容 操 作 步 骤 1、在元件库内找到相应的元器件 2、并将没有找到的元件自己绘制出来 3、将各元件布好局，再按要求将元件一 一连接起来 4、按照各个模块的分布进行命名 注 意 事 项 1、每一个元件都要添加封装。 2、 再给各段线接口命名时一定要对应好。 12 6、智能循迹小车 绘制 长沙 航空 职业 技术学院 智能循迹小车 作卡 编号 6 所属 项目 智能循迹小车 计划 工时 1天 共 3 页 学员姓名 琚俊杰 班级 电子 0903 所用 器材 设备 序号 名 称 型号（规格） 数量 序号 名 称 型号（规格） 数量 1 联想笔记本 自制元件名称 二极管 规格型号 自制元件 封装名称 （请附 自制元件名称 开关 规格型号 自制元件 封装名称 （请附 13 智能循迹小车 智能循迹小车阻焊图绘制结果 14 智能循迹小车丝印图绘制结果 工 作 内 容 操 作 步 骤 1、在元件库内找到相应的元器件 2、并将没有找到的元件自己绘制出来 3、将各元件布好局，再按要求将元件一一连接起来 4、按照各个模块的分布进行命名 注 意 事 项 1、 注意一一对应。 15 7、智能循迹小车印制电路板的制作 长沙 航空 职业 技术学院 智能循迹小车印制电路板的制作 工作卡 编号 7 所属 项目 智能循迹小车 计划 工时 2课时 共 3页 学员姓名 琚俊杰 班级 电子 0903 所用 器材 和工具设备 序号 名 称 型号（规格） 数量 序号 名 称 型号（规格） 数量 1 打孔机 1 5 烘烤机 1 2 刷光机 1 1 3 曝光机 1 4 电脑 方正 1 工 作 内 容 热转印照片 16 成品 片（顶层） 成品 层） 17 操 作 步 骤 1、裁板 2、打孔 3、刷光 4、线路转移（热转移） 5、腐蚀 6、印字符 注 意 事 项 1、打孔时要小心钻头被弄断 2、热转移和印字符时小心烫手 3、腐蚀电路板时要小心浓氨水 18 8、智能循迹小车的安装检测 长沙 航空 职业 技术学院 智能循迹小车 的安装检测 工作卡 编号 8 所属 项目 智能循迹小车 计划 工时 2课时 共 3 页 学员姓名 琚俊杰 班级 电子 0903 所用 器材 设备 序号 名 称 型号（规格） 数量 序号 名 称 型号（规格） 数量 1 电烙铁 1 2 万用表 器件清单 序号 器件名称 型号 封装要求 数量 1 欧式晶振 12M 插件 1 2 三极管 8550 插件 1 3 自锁开关 6脚 插件 1 4 单排插座 8脚 插件 1 5 单排插座 4脚 插件 1 6 单排插座 2脚 插件 1 7 排阻 10K 插件 1 8 电解电容 105V 插件 1 9 电解电容 1005V 插件 2 10 瓷片电容 15P 插件 2 11 瓷片电容 104 插件 3 12 发光二极管 5红色 插件 1 13 发光二极管 5白色 插件 4 14 按键 4脚 插件 3 15 双排插座 10脚 插件 1 16 蜂鸣器 件 1 17 40脚 插件 1 18 16脚 插件 1 19 单片机 件 1 20 电机驱动芯片 1 21 二极管 1件 1 22 电阻 2K 插件 1 19 23 电阻 件 1 24 电阻 件 1 25 电阻 10K 插件 2 26 电阻 330 插件 5 27 三端稳压块 7805 7805 插件 1 28 散热片 +螺丝 插件 1 智能小车安装结果（正面） 智能小车安装结果（反面） 20 智能小车 整车效果图 操 作 步 骤 1、电路板检测 2、元器件领取 3、元器 件检测 4、安装、焊接 5、电路的测试 注 意 事 项 在焊接时要注意焊接时间，因为板子比较薄，与热电落铁接触时间焊盘容易脱落。安装元件时应注意模块安装。 21 9、智能循迹小车总体软件设计 长沙 航空 职业 技术学院 智能循迹小车总体软件设计 工作卡 编号 9 所属 项目 智能循迹小车 计划 工时 4课时 共 1页 学员姓名 琚俊杰 班级 电子 0903 所用 器材 设备 序号 名 称 型号（规格） 数量 序号 名 称 型号（规格） 数量 1 联想笔记本 总体软件设计思路 小车通过检测电路来判断小车在跑道上的状态，再将此时小车的状态对应数据送至 据处理后，来确定小车电机的工作状态。在小车转向的同时， 制声光模块的提示。按键模块控制着整个程序的启动与停止。 总体软件设计流程图 开始 按键（子程序） 检测（子程序） 1 是否左转 是否前进 电机驱动前进 是否停止 是否右转 左转 右转 停止 保持 22 10、智能循迹小车按键子程序设计 长沙 航空 职业 技术学院 智能循迹小车按键子程序设计 工作卡 编号 10 所属 项目 智能循迹小车 计划 工时 1课时 共 2页 学员姓 名 琚俊杰 班级 电子 0903 所用 器材 设备 序号 名 称 型号（规格） 数量 序号 名 称 型号（规格） 数量 1 联想笔记本 按键子程序流程图 返回 返回键值 开始 0 0 延时 =0 延时 0 23 按键子程序代码 函数名称 能 确定键值 入口参数 无 出口参数 if(0) 0); if(0) ; if(0) 0); if(0) ; 24 11、智能循迹小车信号检测子程序设计 长沙 航空 职业 技术学院 智能循迹小车信号检测子程序设计 工作卡 编号 11 所属 项目 智能循迹小车 计划 工时 1课时 共 1页 学员姓名 琚俊杰 班级 电子 0903 所用 器材 设备 序号 名 称 型号（规格） 数量 序号 名 称 型号（规格） 数量 1 联想笔记本 信号检测子程序流程图 信号检测子程序代码 函数名称 能 检测小车当时状态 入口参数 无 出口参数 0; 开始 读数据 处理数据 返回 25 12、智能循迹小车电机驱动子程序设 计 长沙 航空 职业 技术学院 智能循迹小车电机驱动子程序设计 工作卡 编号 12 所属 项目 智能循迹小车 计划 工时 1课时 共 2 页 学员姓名 琚俊杰 班级 电子 0903 所用 器材 设备 序号 名 称 型号（规格） 数量 序号 名 称 型号（规格） 数量 1 联想笔记本 电机驱动子程序流程图 开始 按键检测 检测探测黑线 判断处理检测左转右转前进结束 26 电机驱动子程序代码 函数名称 能 驱动小车运动 入口参数 无 出口参数 if(0 ; if(00000000; if(000000