智能小车软件设计部分.doc

摘要: 智能小车是各类电子竞赛的经典题目。本项目在现有的玩具小车的基础上加装各类传感器及微处理器,实现对路况的识别及小车的控制,并最终实现智能小车电路板的开发设计, 完成一套完整的自设计智能小车体系。本论文主要叙述 1.) 智能玩具小车控制板的电机驱动模块的原理图设计及调试。电机驱动控制模块是整个控制板的核心内容,主要涉及到电机方向控制单元和速度控制单元两大部分。方向控制单元负责小车电机的正转、反转和停止三态控制, 速度控制单元是扩展单元, 是为了适应不同的场合需求而设置的。 2.) 着重讨论智能小车辅助设备的原理与运用,包括摄像头设备( ET21X111 ) ,霍尔传感器( A3144 ), 光电对管( TCRT5000 ), LCD 液晶屏幕( RT1602C )等。 3.) 本文主要论述智能玩具小车控制板的无线通信模块的原理图设计及调试。无线通信模块是智能玩具小车得以实现智能化的重要因素,电脑通过架设在场地上的摄像头,处理得到的数据,同时把控制小车的指令通过无线通信模块传送给小车,达到控制小车的目的。 4. )智能玩具小车控制的总后台,即电脑的图象处理程序。图象处理是整个控制的核心内容, 主要涉及到小车方向控制和速度控制两大部,它首先判断小车和目标的相对位置,然后通过无限芯片发送不同的指令来控制小车的行动路线。关键词: 智能玩具小车,电机驱动模块,方向控制,速度控制,摄像头,霍尔传感器,光电对管, LCD 液晶屏幕,无线通信,图象处理 1. 系统总述 系统组成图 智能玩具小车系统组成示意图单片机路线/ 转速检测电动机驱动路况检测无线传输 LCD 显示电脑处理 5 2. 系统的主要功能 单片机子系统通过无线传输设备接收电脑输出的命令并执行; 连接电动机进行简单转速控制运算; 进行小范围内路线自动控制;输出当前状态至 LCD 显示。本系统采用 ATS9852 芯片。 电动机驱动子系统采用两步进电机, 接收来自单片机信号, 通过电机前后转动组合实现小车前向、后向以及左右运动。 路线/ 转速检测子系统利用光电对管对小车进行自动路线纠正; 利用霍尔传感器进行小车速度检测并反馈到单片机内进行小范围内速度调控。 LCD 显示子系统从单片机获取当前小车动态数据以数字形式在 LCD 屏幕显示, 方便实时监控小车状态并检测调试。本系统采用 RC1602C LCD 屏幕显示。 无线传输子系统接收来自电脑处理所得的命令并发送到单片机。本系统采用 ET13X330/ET3X340 无限发送接收模块。 电脑处理子系统接收摄像头路况图像并进行处理,将处理后命令通过无线模块发送至单片机执行。 路况检测子系统利用连接到电脑上的摄像头进行路况摄像, 所得图像经电脑处理成为小车控制命令。本系统采用 ET21X111 摄像头。 6 3. 主系统的硬件设计 主要功能及设计目标将电动机驱动电路以及单片 7 机控制电路整合在同一电路中,实现单片机对小车的基本操作,包括前后运动以及左右转向。 电路设计方案图 电路设计方案图 7 4. 电动机驱动电路的设计 H 桥电路简介下面详细地介绍一下 H 桥的工作原理: 众所周知 H 桥有四个臂分别为 B1 、 B2 、 B3 、 B4 ,分别对应图 中的 Q2 、 Q3 、 Q7 、 Q8 。四个臂分为两组 Q2 、 Q3 和 Q7 、 Q8 , 每一组的两个臂都是同时导通,同时关断的。如果让 Q2 、 Q3 导通 Q7 、 Q8 关断,电流会流经 Q3 、负载、 Q2 组成的回路, 加在负载 Load 两端的电压左正右负, 如图 所示,此时电机正转;如果让 Q7 、 Q8 导通 Q2 、 Q3 关断,电流会流经 Q8 、负载、 Q7 组成的回路,加在负载 Load 两端的电压为左负右正,此时电机反转,对应图 所示。另外如果让 Q2 、 Q3 关断 Q7 、 Q8 也关断,负载 Load 两端悬空,此时电机停转。这样就实现了电机的正转、反转、停止三态控制。图 由于 Q2 、 Q3 , Q7 、 Q8 的导通和关断是通过 Q1 、 Q6 控制,而 Q1 、 Q6 的导通和关断又是通过 MOT1 ( IOB10 )、 MOT2 ( IOB11 ) 控制的, 所以电机的状态还是通过 I/O 端口来控制的。表 描述了 IOB10 和 IOB11 所控制电机运行状态与端口数据的对应关系注意:由H 桥的工作原理可知,H 桥的四个臂不能同时导通, 一旦四个臂同时导通会出现类似短路的现象,在 H 桥的每一个臂上都会有很大的电流流过。如图 , Q2 、 Q