1、 项目五项目五 小车设计小车设计 摘摘 要要 本文设计的小车，是以 C8051F120 单片机核心板为控制 芯片的简易智能小车，利用各种传感器采集数据，采用 L298N 芯片 作为直流电机驱动。可以通过往返跑道和智能跑道。 小车在行驶过程 中不仅能显示运行状态和行驶速度、测量黑线之间的距离、 自动报警 功能， 而且还能寻迹行驶、 探测铁片、 躲避障碍物、 寻找光源等功能。 采用 PWM 脉宽调制电机控制小车的行驶速度。 整个系统在设计中注 意低功耗处理和力求高性价比等细节，电路结构简单，可靠性能高， 无论在结构和技术上都具有较好的科学性。 关键词关键词 C8051F120 PWM 调速 避障
2、L298N - 1 - 目目 录录 1 系统方案 - 2 - 1.1 电机驱动论证与选择 . - 2 - 1.2 显示模块 . - 3 - 1.3 传感器的选择 - 3 - 1.4 控制系统论证与选择 . - 3 - 2 系统理论分析与计算 . - 3 - 2.1 各个电路的分析 . - 3 - 2.1.1 霍尔传感器测速的分析. - 3 - 2.1.2 光源探测器的分析 - 4 - 2.2 电路的计算 - 4 - 2.2.1 霍尔传感器测速的计算. - 4 - 3 电路与程序设计 - 4 - 3.1 电路的设计 - 4 - 3.1.1 系统总体框图. - 4 - 3.1.2 电机驱动子系统框
3、图与电路原理图 . - 5 - 3.1.3 显示模块子系统框图与电路原理图 . - 6 - 3.1.4 电源. - 7 - 3.1.5 探测模块电路 - 7 - 3.2 程序的设计 - 9 - 3.2.1 程序功能描述与设计思路 . - 9 - 3.2.2 程序流程图 - 9 - 3.2.3 LN298 子程序 - 11 - 3.2.4 传感器子程序. - 12 - 4 测试方案与测试结果 . - 13 - 4.1 测试方案 . - 13 - 4.2 测试条件与仪器 . - 13 - 4.3 测试结果及分析 . - 13 - 4.3.1 小车结果的基本调试 - 14 - 4.3.2 自动往返赛
4、道调试与分析 . - 14 - 4.3.3 简易智能赛道调试 . - 14 - 4.3.4 测试分析与结论 . - 15 - 总结. - 15 - 致谢. - 17 - 附录 1 原理图 - 18 - - 2 - 附录 2 源程序 - 19 - 1 系统方案系统方案 本系统主要由系统控制模块、传感模块、显示模块、电机驱动模块和电源模块组成，下 面分别论证这几个模块的选择。其各个模块分部如下图所示。 图 1.1 车身模块分部图 1.1 电机驱动电机驱动论证与选择论证与选择 方案一： 采用分立元件 （三极管或 MOS 管） 接成 H 桥电路来实现电机驱动。 这样虽然价格低。但稳定性不高、体积大，安
5、装起来也比较麻烦。 方案二： L298N 是 ST 公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该 芯片采用 15 脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达 46V；输出 电流大，瞬间峰值电流可达 3A，持续工作电流为 2A；额定功率 25W。可以采 用 PWM 脉宽平滑调试。 综合以上两种选择，选择方案二。 前 后 电机驱动 - 3 - 1.2 显示显示模块模块 方案一：用 LED 显示，优点亮度高、成本低。但不能显示汉字，显示内容 较少。 方案二：用 LCD1602 显示，小巧、成本较低。能显示汉字，但显示内容较 少。观看不方便。 方案三：用 LCD12864 显示，成本较高，但显示
6、量大。人站着也能很容易观 察到放在行驶的小车上的液晶显示内容。 综合以上三种方案，选择方案三。 1.3 传感器的选择传感器的选择 （1）寻迹和黑线探测用小车底座自带的寻迹电路，根据实际情况小车的底 座离地面的距离更近，更利于有效地检测地面信息。 （2）寻找光源采用指向性光敏电阻作为光源定位器。 （3）壁障用红外电路对障碍物进行探测。 （4）铁片的检测利用金属传感器对铁片检测。 （5）采用自制霍尔传感器来测量行驶速度 1.4 控制控制系统系统论证与选择论证与选择 方案一：采用 ATMEL 公司的 AT89C51。51 单片机价格便宜，应用广泛， 但是功能单一， 引脚过少。 如果系统需要增加语音播报功能， 还需外接语音芯片， 实现较为复杂；另外 51 单片机需要仿真器来实现软硬件调试，较为烦琐。 方案二： 采用 Silicon Lab 公司的 C8051F120。 C8051F120 是完全集成的混合 信号片上系统型 MCU。具有 64 个数字 I/O 引脚，高速性能流水结构的 8051 兼 容的 CIP-51 内核；12 位、100ksps 的 ADC、而我们使用的是 C80
