第四届光电赛方案

第四届全国大学生光电设计竞赛设计方案11级电气王喆、吴振东、戴志平指导老师：林寿英、绉腾跃光电小车方案1主控芯片、核心算法2电源稳压、电机驱动方案

3测树的数量方案4显示、循迹方案5测隧道长度、终点方案611车体

1制作进展1、团队完成车体的组装、传感器的安装。2、绘制好原理图，绘制好局部PCB电路板。3、测试树木测量方案，完成树木棵树测量局部。4、完成PWM调速局部。5、完成舵机转向控制局部。6、完成LCD液晶显示局部。7、完成电源稳压局部。8、完成增量式PID算法局部。车体

综合考虑速度、稳定性等因素，我们采用飞思卡尔车模。车体采用RS-540电机，转速2000r/min，内置散热风扇，最大功率118W，采用SD-5舵机转向，力矩5.0kg，动作速度<=0.14±0.02sec/60°。优点：

车体速度快、稳定。相对双电机两轮或四电机四轮小车，该车体只有一个电机，驱动模块简单但要求功率更高，不存在各电机参数不一致、小车直线难走等问题。缺点：

控制较复杂，转弯半径大，过弯时需要提前转向，不能原地转向。

电路设计要求大功率。

车体较大，容易冲出跑道。车体电机、舵机、编码器主控芯片、核心算法使用高性能ARMCortex-M3内核单片机，8M晶振9倍频，频率到达72MHz，32位单片机还具有运算快速等特点。使用JTAG进行在线调试，易于发现问题，此外，STM32还拥有ADC，PWM，串口，外部中断等丰富片上资源。核心算法基于PID控制，我们使用增量式PID调节，在速度闭环控制和转向闭环控制中参加PID控制环节。速度使用编码器反响，使速度更快到达目标值，更稳定的速度也为测量隧道长度做好准备。转向使用激光循迹模块反响，使小车稳在白线上，不易跑偏冲出跑道。电源稳压、电机驱动方案在本系统中，我们需要3.3V的电压为单片机和液晶供电，需要5V的电压为各种逻辑芯片供电。

因为电机功率大，所以我们采用大容量18650锂电池两节串联方式供电，不同电池容量在2000-4000mAH不等。3.3V稳压使用AMS1117-3.3，能为单片机提供稳定的电压。5V稳压使用低压差LDO，最大电压差小于1V，在大功率电机运行时，低压差稳压器相对7805等稳压芯片具有更好的稳定性。

在舵机、电机供电中，我们使用了多个稳压器单独供电，使得电机或舵机转动时不影响其他逻辑电路的电压。电机转动需要较大电流，我们选择内部MOS管搭建H桥的芯片33886作为我们的电机驱动。

在实际测试中，芯片长时间工作发热量低，我们使用PWM脉宽调制的方式调节电机速度，PWM周期设置在20KHZ，这个频率电机能很好的调速并且不会刺耳的噪声。循迹方案循迹我们使用的是激光传感器，在车体前面架上一排激光，总共10个。激光前瞻性强，在短距离内光束发散程度很低，因此此方案稳定可靠。通过合理安排激光间距，以及程序中多种算法的结合，能够稳定，快速地使小车在轨道上行驶测树的颗数方案测量铅笔时，铅笔距离较远〔5-25cm〕，普通光源容易发散，所以我们选择光束集中的激光作为测量数目的传感器，通过激光调制使传感器能测量到小于1m内的数目，并通过电位器调整相应测量距离，使在20cm内的铅笔都能被测量到。显示、循迹方案显示方法使用液晶模块，1602液晶显示器显示内容太少，12864液晶价格高，体积比较大，而小体积COG12864液晶在测试过程中存在不稳定的现象所以我们选择了价格廉价，体积小的84x48显示器。该模块与单片机以SPI方式通信，接线少，显示清晰，可靠性高。循迹模块我们选择前瞻性较好的激光模块来保证车体提前转弯，在激光的引导下，车体能在转弯前20cm提早做出反响。测隧道长度、终点方案测量隧道长度使用的是GP2Y0A21YKOF红外测距传感器，输出的是电压模拟信号，通过比