“TI杯”2013年南京邮电大学电子设计竞赛复赛暨全国大学生电子设计竞赛选拔赛试题（C题）控制类题目名称：搬运货物过程模拟小组成员：B11011322侯文元B11011316孙兆强B11011317张志凡二0一三年四月六日摘要随着智能自动化技术的发展和传感器技术的发展，各种各样的智能设备给人们的生活带来巨大的便利，尤其是具有各种功能的智能小车开始走进千家万户。我们组的小车系统采用模块化的设计方案，该方案以STC89C52RC为核心，运用灰度循迹传感器模块来控制小车的行走路线，使用测速传感器即槽型光耦模块来测量小车的运行速度，通过L298N两直流电机驱动模块来控制小车的运行状态。对于电源部分，为了满足既可以提供足够的电能又不至于电压过高的要求，我们用一节9V层积电池串联四节1.5V普通电池组成电源，再经过一个电压转换模块输出5V左右的电压。而对于显示部分，我们采用1602液晶显示屏，可以实时显示小车运行时间与路程，车体我们选择了亚克力平台小车。该智能小车具有很好的循迹能力，并且定位准确，运行稳定可靠。并且有很强的应用价值，可用于生活中简单的货物搬运。关键字：STC89C52RC单片机灰度循迹传感器槽型光耦L298N两直流电机驱动电源转换LCD1602速度，时间，路程检测一系统总体方案与论证1602液晶显示A，B点检测单片机电源转换模块小车运动姿态调整控制电机驱动控制根据题目要求，将系统划分为若干个基本模块。根据各个模块的功能要求，分别有以下一些设计方案：1.循迹检测模块方案一：采用不调制的反射红外发射接收电路。但是由于用直流电供电，发射管工作电流不宜过大，且易受外界环境的光源干扰。方案二：采用调制的反射式红外接收器电路。这种方案可以大大提高其信噪比，大幅度地减少外界干扰，提高瞬间的发射电流，达到较好的检测目的。但专用芯片μPC1373的灵敏度以及所用的电感不易调整。方案三：利用专用的反射式红外传感器件，可以方便地实现实时监控，有效地防止误触发，灵敏度容易控制。基于上述考虑，拟采用方案三作为循迹检测模块电路。2.小车控制模块方案一：采用通用的51单片机作为主控制器。51单片机通用灵活、价格低廉、使用方便，但此单片机字长有限，数据处理能力很弱，处理速度较慢，资源不够丰富，需要扩展较多的外围电路，降低了系统的可靠性，增加了制作的费用，难以满足本设计要求。方案二：EasyARM1138人机界面扩展板是专门为广州致远电子有限公司开发的EasyARM1138开发板量身定制的一款人机界面的扩展板。该扩展板方案使用了基于ST7920控制器的中文图形128×64的LCD和4×4矩阵键盘，丰富的人机界面完全能够满足用户的要求。此方案给用户提供了完整的硬件设计原理图，PCB图，软件调试例程，LCD模拟SPI软件包，键盘管理芯片ZLG7289模拟SPI软件包。用户在选用了这个方案后，将会大大缩减产品开发周期，提高产品设计的可靠性。综合比较以上两个方案，本系统选择方案二。电机驱动3.电机驱动电机驱动方案一：采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片，L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。方案二：对于直流电机用分离元件构成驱动电路，结构简单，价格低廉，在实际应用中很广泛，但在应用中不够稳定。方案三：采用达林顿管组成的H型PWM电路，用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，可精确调整电动机的转速。这种电路工作在饱和截止模式下，一般用起来不大经济，且难于控制。由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，要求精度较高，所以选择方案一。4.电源模块方案一：直接采用多节1.5号干电池供电，但此方案难以供出5V的直流电源给单片机，且体积庞大，接线麻烦。方案二：采用两节层积电池加一个3V+5V电源转换模块给L298N的逻辑部分和单片机，灰度传感器，光耦测速传感器供电，采用一节层积电池给L298N的电源部分供电。经检验，方案二较好，能提供较多的3V和5V电压二．系统的具体设计与实现1.小车的控制模块基本思想：如下图所示为自制小车运动赛道（从A到B为前进，B到A为后退），本方案在小车的前部安装有三个灰度传感器，当小车从A出发后，通过三个传感器的协同工作来控制小车不偏离中间黑线。当小车由A驶向B时，若小车左偏，左轮不转，右轮前进；若小车右偏，右轮不转，左轮前进，若三个传感器同时感受到黑色时，小车的轮子发生反转，反转过程中的姿态控制同理。可设置一个计数的变