自动往返小车

1、自动往返小车方案设计报告指导老师：江敏、唐帅小组成员：孙梓瑜、韦云、丁志康学校：中国人民解放军后勤工程学院专业：141 电力工程及其自动化报警闪光灯电源通过电源模块统一供电一、自动往返小车理论实现方案图例解释： 小车最原始的结构由红外一体传感器、霍尔传感器、51MCU单片机及相应的模块、电机和电源组成。赛道上的黑胶线由红外一体传感器进行感知，并向MCU发出信号，MCU处理后输出信号到电机驱动模块，使其驱动电机运作，从而实现电机的差速运作，使得小车运动方式满足题意。霍尔传感器记录车轮转动圈数，并将数据传入MCU，待MCU计算后，将数据输出到显示模块，最终展示在LED显示屏上。51MCU中包含振荡

2、器元件，可自行计时，将数据输出到显示模块后，最终展示在LED显示屏上。51MCU还可以将霍尔传感器和振荡器中的数据进行综合处理，得出实时速度，将数据输出到显示模块后，最终展示在LED显示屏上。2、 各元件的比较与选择 1、红外一体化传感器产品名：TCRT5000 产品说明：TCRT5000传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，光敏三极管一直处于关断状态，此时模块的输出端为低电平，指示二极管一直处于熄灭状态；被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，光敏三极管饱和，此时模块的输出端为高电平，指示二极管被点亮。 工作电压：

3、3.3V-5V 检测距离：1mm8mm适用，焦点距离为2.5mm 小板PCB尺寸：3.2cm x 1.4cm 输出形式 ：数字开关量输出（0和1） 产品特色：比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA；配多圈可调精密电位器调节灵敏度；设有固定螺栓孔，方便安装使用宽电压LM393比较器。产品名：RPR220 产品说明：RPR220是一种一体化反射性光电探测器。其发射器是一个砷化镓红外发放二极管，而接收器是一个高灵敏度，砷平面光电三极管。主要应用在游戏机，复印机和办公自动化等设备中。工作电压：5V集电极功耗：80mW工作环境温度：-2585贮藏温度：-3085产品特色：塑料透镜以提高灵

4、敏度；内置的可见光过滤器以减小离散光的影响；体积小，结构紧凑。综上阐述，对于此次小车的制作，TCRT5000传感器更加适合。因此，应优先选择TCRT5000。 2、霍尔传感器产品名：霍尔测速传感器 尺寸：2.7 cm*1.4mm主要芯片：LM393、3144 霍尔传感器工作电压：直流5 V产品特点：具有电源指示灯和信号输出指示；单路信号输出；模块无触发，输出低电平；模块有触发，输出高电平；灵敏度可调（精调）；有磁场切割就有信号输出；电路板输出开关量，可以直接接单片机；可用于电机测速/位置检测等场合。 3、单片机产品名:STC89C51 产品说明：STC89C52RC是采用8051核的ISP（I

5、n System Programming）在系统可编程芯片，最高工作时钟频率为80MHz，片内含8K Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。STC89C52RC系列单片机是单时钟/机器周期(1T)的兼容8051 内核单片机，是高速/ 低功耗的新一代8051 单片机，全新的流水线/精简指令集结构,内部集成MAX810 专用复位电路。 工作

6、电压：3.4V-5.5V 工作频率范围：0-35 MHz 计数器：2个16位 工作温度范围： -4085 产品特点：相当于普通8051 的0420MHz，实际工作频率可达48MHz；片上集成512 字节RAM；通用I/O 口（27/23个），复位后为：准双向口/ 弱上拉（普通8051 传统I/O 口）可设置成四种模式：准双向口/ 弱上拉，推挽/ 强上拉，仅为输入/高阻，开漏；每个I/O 口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不得超过55mA；ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器；EEPROM 功能；内部集成MAX810 专用复位电路（外部晶体20M 以下时，可省外

7、部复位电路）；时钟源：外部高精度晶体/ 时钟，内部R/C 振荡器。用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C 振荡器还是外部晶体/ 时钟。常温下内部R/C 振荡器频率为：5.2MHz 6.8MHz。精度要求不高时，可选择使用内部时钟，因为有温漂，请选4MHz 8MHz；有2个16 位定时器/ 计数器；外部中断2 路,下降沿中断或低电平触发中断,Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒；PWM( 4 路）/ P C A（可编程计数器阵列），也可用来再实现4个定时器或4个外部中断(上升沿中断/ 下降沿中断均可支持)STC89Cc516AD具有ADC功能。10 位精度ADC，共

8、8 路；通用异步串行口(UART)；SPI同步通信口，主模式/ 从模式。产品名：89C52 产品说明：89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用ATMEL公司CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统。 工作温度范围：4085 工作电压：5.0V 计数器：3个16位 工作频率范围：3.533MHz 产品特点：互补高性能金属氧化物半导体结构可擦可编程只读存储器/只读存储器/中央处理器；12/24/33MHz操作；三个16位的定时

9、器/计数器；可编程的时钟输出；Up/Down定时器/计数器；三级程序锁定系统；8K/16K/32K片内程序存储器；256字节片内RAM；改进的快速脉冲编程算法；布尔处理器；32根可编程的输入/输出线；六个中断源可编程的串行通道带有：帧错误检测，自动地址识别；TTL和CMOS兼容逻辑电平；64K片外程序存储空间；64K片外数据存储空间；MCS51单片机可兼容指令集；闲置节能和掉电模式；ONCE（On-Circuit仿真）模式；四级中断优先级。 综上阐述，51单片机系列中由INTEL公司生产的89C52在各方面的条件都优于STC89C51，并且，89C52单片机还可以在最简单的操作下，完成我们想要

10、赋予小车相应特点的工作。因此，在单片机方面，应优先选择89C52。 4、电机驱动模块产品名：L298N产品说明：L298N 是一种双H桥电机驱动芯片，其中每个H桥可以提供2A的电流，功率部分的供电电压范围是2.5-48v，逻辑部分5v供电，接受5vTTL电平。一般情况下，功率部分的电压应大于6V否则芯片可能不能正常工作。 类型 ：半桥 输入类型 ：非反相 输出数 ：4 电流-输出/通道 ：2A 电流-峰值输出 ：3A 电源电压 ：4.5 V 46 V 工作温度 ：-25°C 130°C 安装类型 ： 通孔 5、电机 产品名：370直流减速电机 额定功率：2W 产品类型：有刷

11、直流电动机 额定电压：12V 额定电流：0.1A 额定转速：100rpm 额定转矩：0.1NM 外形尺寸：25mm 6、LED显示屏（包含显示模块） 产品名：74HC595数码管 产品说明：74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDECNO.7A标准。74HC595具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。 移位寄存器和存储器有相互独立的时钟。数据在SH_cp（移位寄存器时钟输入）的上升沿输入到移位寄存器中，在ST_cp（存储器时钟输入）的上升沿输入到存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入（Ds

12、），和一个串行输出（Q7）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态。三态。将串行输入的8位数字，转变为并行输出的8位数字，例如控制一个8位数码管，将不会有闪烁。 电压:12V 显示位数:14位 驱动芯片:ULN2003 数据芯片:74HC595 产品名：YB1602A（黑屏） 点阵：16X2 外型尺寸：80.0X36.0X12.5 视区尺寸：64.5X13.8/16.0 控制器：SPLC780C or EQV 工作电压：5.0V /3.3V 产品规格

13、：STN 产品类别：字符 产品颜色：黑底（黄字、白字、橙字、翠绿字） 综上阐述，点阵式显示屏YB1602A在各性能方面都优于数码管显示屏74HC595。因此，最终应优先选择点阵式显示屏YB1602A。 7、电源（4节）产品名：5号南孚电池 8、电源模块产品名：多路MK204一路输入：直流6V-12V (输入电压必须比要输出电压高1V以上。) 三路输出：3.3V(+-0.05v误差)，5.0V(+-0.05v误差)，800mA （负载电流不能超过800ma）,12V（输入12V直接转输出） PCB板尺寸：4.5cm*4.5cm 9、报警闪光灯产品名：5mm 七彩慢闪工作电压：3.23.

14、8V工作电流：20mA亮度：高亮（聚光型）发光颜色：七彩封装材料：环氧树脂寿命：5万10万小时 总结，选择以下器材： 红外一体化传感器：TCRT5000 霍尔传感器：霍尔测速传感器 单片机：89C52 电机驱动模块：L298N 电机：370直流减速电机 LED显示屏：YB1602A 电源：5号南孚电池 电源模块：多路MK204 报警闪光灯：5mm 七彩慢闪三、小车详细工作流程解释1、小车前进与后退 通过红外一体式传感器扫描赛道黑色区域产生的低电平信号传入单片机，根据程序设计将信号传入电机驱动芯片驱动电机工作并使小车前进。当小车扫描到匀速区的黑条时，传感器发送第二个信号至单片机，单片机再给电机控制芯片传送信号使电机以特定速度前进。当扫描至最后停车的黑线，单片机给电机控制芯片一个瞬间反向的信号，使电机瞬间反转进而使小车停车（相当于刹车）。10秒后，单片机重新启动电机反向运转。返回过程相同。 电机控制：（主要采用L298N，通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，输入引脚与输出引脚的逻辑关系图为）2、测距、测速模块。 霍耳效应：将一载流体置于磁场中静止不动，若次载流体中的电流方向与磁场方向不相同时，则在此载流体中平行于由电流方向和磁场方向所组成的平面上将产生电势，此电势称为霍耳