车辆会车自动控制系统的设计(D题)

1、 编号：031d003 学 校：枣庄学院参赛题目：车辆会车自动控制系统的设计（d题）参赛学生：王喜彬 于长江王鹏超指导教师：郑桂兴摘 要 本系统以stc12c5a60s2单片机为控制核心，充分利用了自动检测技术、光电传感技术、无线通信技术和mos管h桥电机驱动电路，并在系统供电电路上进行了创新设计，取得了较好的效果。通过tcr5000光电对管传感器自动检测黑色标志线，单片机利用pid算法对数据进行整合处理得到相应的控制信息，输出对应的pwm信号到mos管h桥电机驱动中进而控制直流电机，实现车辆的实时智能控制。光电开关

2、采集两车的距离，单片机利用无线模块nrf24l01+进行双机交流，智能化处理车辆会车的自动控制。关键词: stc12c5a60s2单片机；tcr5000；mos管的h桥驱动电路。abstractthis system to stc12c5a60s2 single-chip microcomputer as control core, make full use of the automatic detection technology, photoelectric sensing technology, wireless communication technology and mos tub

3、e h bridge motor drive circuit, power supply circuit in the system and the innovation design, produced a good effect.through the tcr5000 photoelectric pipe sensor automatic detection black marker, microcontroller using pid algorithm to integrate data processing to get the corresponding control infor

4、mation, output corresponding pwm signal to mos tube h bridge in motor drive and control dc motor, realize real-time intelligent control of the vehicle. photoelectric switch acquisition two car distance, single-chip microcomputer using wireless module nrf24l01+ for double machine communication, intel

5、ligent processing passing vehicles automatic control. keyword: stc12le5a60se；tcr5000；h-bridge driver circuit of mos. 目 录一、系统方案论证11.1系统方案11.2pid算法1二、测试与控制方案分析与器件选择22.1主控芯片的选择22.2电源的比较与选择22.3电机驱动模块的选择22.4 整流降压模块的选择3三、电路与程序设计43.1电路设计43.1.1 mos管h桥电机驱动电路43.1.2整流升压模块电路图43.1.3整流降压模块电路图43.2程序流程图5四、测试与控制结果54

6、.1赛道的尺寸制作54.2小车发车模式与测试数据54.2.1 小车行驶模式一54.2.2 小车行驶模式二64.2.3 小车行驶模式三64.2.4 小车行驶模式四6五、总结7创新点7六、参考文献7七、附录8附录一 系统原理图8附录二 光电传感器电路图9附件三 无线模块降压电路图9附录四 整流升压模块原理图10一、系统方案论证1.1系统方案车辆会车自动控制系统以stc12c5a60s2单片机为核心控制器，通过光电对管采集信息并传送给stc12c5a60s2单片机，单片机利用pid算法对信息进行处理，输出4路pwm波通过mos管h桥电机驱动控制4个电机，实现电动小车的智能行驶。单片机通过光电对管、光

7、电开关采集信息，无线模块用来双机交流，利用pid算法处理数据，驱动电机转动，带动小车智能行驶，小车的行驶又不断更新采集到的信息到单片机上，从而实现小车会车自动控制。智能小车控制如图1。 1.2 pid算法pid控制是比例、积分、微分三者的控制有机结合。利用pid算法来控制电机转速。pid控制具有以下优点：(1)pid算法蕴含了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息，控制过程快速、准确、平稳，具有良好的控制效果；(2)pid算法在设计过程中不过分依赖系统参数，系统参数的变化对控制效果的影响很小，控制的适应性好，具有较强的鲁棒性；(3)pid算法简单明了，便于用单片机实现。二、测试与控制方案分析

8、与器件选择2.1主控芯片的选择方案一：采用现在比较通用的51系列单片机。此系列单片机是8位机，处理速度较慢，i/o资源较少，程序存储空间小，没有控制pwm的寄存器，对电机控制不方便。而且其最小系统的外围电路都要自己设计和制作，使用起来不方便。方案二：stc的一些芯片完全兼容mcs-51，新增两级中断优先级，多一个外中断，内置eeprom，512b内存等。速度快812倍, 2路pwm,抗干扰强。具有与8051兼容的高速cip-51内核，与mcs-51指令集完全兼容，片内集成了数据采集和控制系统中常用的模拟、数字外设及其他功能部件；内置flash程序存储器、内部ram。片上i/o口资源丰富，拓展功

9、能齐全。结合题目的要求，stc单片机的特点与实际的竞赛需求，本系统选用方案二stc单片机作为主控芯片，实现整个系统的调节控制。2.2电源的比较与选择方案一：使用干电池。干电池价格便宜，随处可买来使用，使用过程轻松无需护理。但是，因其内阻相对较大，所以放电电压特性较软，也导致其输出电流能力不及蓄电池。方案二：使用蓄电池。蓄电池一次性投资大，但多次使用可以彰显其经济性，供电时内阻小，电流电压特性硬。比较以上两种方案，方案二更好，使用7.2v蓄电池电压更加稳定，有利于智能小车的行驶。 2.3电机驱动模块的选择方案一：采用l298电机驱动模块。l298内部就是8个功率管加驱动电路，使用起来电路简单。l

10、298内置两个h桥，每个h桥提供1a的额定工作电流和最大3a的峰值电流。方案二：采用三极管h桥驱动。采用三极管npn8050和pnp8550组成的h桥电路作为驱动器驱动直流电机。方案三：采用mos管h桥驱动。采用mos管lm3205和lm4905组成的h桥电路作为驱动器驱动直流电机。mos管是压控元件，具有输入阻抗大，所以对电压源的负载轻。开关速度快、无二次击穿现象等特点，满足高速开关动作需求。比较以上三种方案，方案一的不足之处在于l298电机驱动模块的驱动马达较小，单端驱动方式性能比较差。方案二晶体管本身有导通电阻，在通过大电流时会明显发热，如果没有散热措施会很容易烧毁，这样就会限制电路功率

11、的增加。方案三mos管的导通电阻值比普通三极管低，允许流过更大的电流，而且mos管都内置有反向二极管来保护管子本身。所以，采用方案三mos管连接h桥不但效率可以提高，电路也可以简化。2.4 整流降压模块的选择方案一：采用三端固定式集成稳压模块7805.此模块是串联型稳压电源，噪音小，压差大，纹波较小，当该稳压器输入电压为5.6v时，输出电压为5.0v，功耗为4.5w，功耗大，需要加散热片。输出电压精度低。方案二：采用开关型稳压模块2596.此模块是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3a的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。内部集成频率补偿和固定频率发生器。压差较小，纹波大，ic的发热

12、量小。输出电压的误差可以保证在的范围内，振荡频率误差在的范围内。方案比较与选择：方案一采用7805压差大，虽然最小压差为2v，7.2v电池电源降压到5v时，输出电压不稳，效率很低。功耗太大，对于用电池供电的小车来说无疑是对电能的浪费，大大减小了电池的可供电时间。方案二采用lm2596芯片很容易的解决了使用7805芯片带来的不足之处，其压差小、功耗低、输出电压稳定、散热小等特点。所以，采用方案二更加合理。三、电路与程序设计3.1电路设计3.1.1 mos管h桥电机驱动电路图3.1.1mos管h桥电机驱动电路3.1.2整流升压模块电路图系统由蓄电池供电，电池电压的稳定性不是很好，要实现对直流电机的

13、精确控制，首先要控制直流电机的电压稳定，采用lm2577芯片的升压电路，把7.2v蓄电池升压为8v直流电压供给直流电机。整流升压模块的原理图如附录四3.1.3整流降压模块电路图图3.1.3整流降压模块电路图3.2程序流程图四、测试与控制结果4.1赛道的尺寸制作车长车宽道路宽度会车区宽度会车区长度甲车18.5cm16.0cm35.2cm51.2cm74.0cm乙车18.5cm16.0cm4.2小车发车模式与测试数据4.2.1 小车行驶模式一甲乙两车分别从各自从发车区出发，正常行驶至对方的发车区停止的时间测试如表4.2.1. 试验车型12345平均甲车/时间s13.414.712.315.214.

14、914.1乙车/时间s15.213.914.516.312.514.5表4.2.14.2.2 小车行驶模式二两车同时发车，以对方的发车点为终点行进。其中甲车首先进入号会车区避让，待乙车通过后再继续前进。两车同时发车为时间的起点，检测甲乙两车停止的时间。得到测试数据如表4.2.2 试验车型12345平均甲车/时间s26.728.425.628.530.527.9乙车/时间s14.313.614.615.714.614.6表4.2.24.2.3 小车行驶模式三甲车先开行，乙车后开行，且使之在2号路段相遇；相遇后，后出发的乙车后退进入ii号会车区避让，会车后两车继续前进到达各自的终点。测试甲乙两车到

15、达终点的时间。测试结果如表4.2.3.试验车型12345平均甲车/时间15.316.715.816.517.416.3乙车/时间24.523.625.723.725.724.6乙车是否退让是是是是是是表4.2.34.2.4 小车行驶模式四任意指定一辆车先开行，另外一辆车后开行。相遇后，两辆汽车能根据各自离开会车区的距离进行避让，离会车区距离近的车辆后退进入会车区避让，进行会车，然后到达各自的道路终点。先发车辆发车即开始计时，并记录后发车辆的发车时间（甲车的发车时间，乙车发车时间）和两辆车的停止时间（甲车的停止时间，乙车的停止时间）以及退让车辆的型号和总行驶时间，并判断退让车辆的型号是否正确。测

16、试结果如表4.2.4 项目试验理论退让车辆实际退让车辆10.02.015.330.2乙乙30.220.03.016.831.5乙乙31.531.00.028.914.7甲甲28.942.00.029.615.6甲甲29.653.00.026.214.9甲甲26.2表4.2.4五、总结创新点本设计采用stc12c5a60s2单片机为主控器，i/o资源丰富，指令执行速度快。电机驱动采用mos管h桥电机驱动，输入阻抗大,开关速度快、无二次击穿现象,降低能耗，热量散失少。综合利用了自动检测技术、光电传感技术、无线通信技术以及经典的pid算法，使得此车辆会车系统的精度更高。电源降压模块采用lm2596t-5.0（开关电压调节器）芯片，对7.2v蓄电池进行降压，输出5v稳定电压对单片机进行供电。利用ams1