2011电子设计大赛C组一等奖论文(小车).doc

### 2011全国大学生电子设计竞赛C组一等奖作品：智能小车设计解析 #### 一、系统方案设计与论证 ##### 1.1 系统总体框架 本设计中的智能小车系统主要由以下几个模块组成：系统模块、角度检测模块、电机驱动模块、电源模块以及显示模块。这些模块相互协作，共同实现小车的各项功能。 ##### 1.2 方案论证与比较 **1.2.1 控制模块** - **传统51单片机**：虽然使用简便且成本低廉，但由于运算能力和处理速度有限，难以满足复杂的控制需求。 - **MC9S12XS128**：这是一款高性能的16位微控制器，具有丰富的片上资源，如10位精度的ADC、强大的定时器等，非常适合用于复杂控制任务。此外，它还支持浮点运算，并具备大容量的RAM和ROM，能够有效提高系统的处理能力和程序存储空间。 **1.2.2 电机模块** - **步进电机**：虽然可以实现精确的位置控制，但其驱动能力较弱，不适用于驱动小车。 - **直流电机+VNH3SP30驱动芯片**：采用这种组合，不仅能够提供足够的驱动力，而且响应速度快，适合于小车的动力驱动。 **1.2.3 显示系统方案** - **LED数码管显示器**：虽然亮度高，但显示信息量较小，且占用资源较多。 - **LCD液晶显示器**：具有微功耗、大信息量显示、清晰美观等特点，更适合用于展示实时信息。 最终选择了以MC9S12XS128为核心处理器，采用VNH3SP30驱动直流电机，以及使用LCD液晶显示器的方案。 #### 二、系统的硬件设计与实现 ##### 2.1 系统的总体设计 整体架构以MC9S12XS128为核心，通过驱动芯片控制直流电机实现小车的运动控制，使用红外发射接收管检测边线和标志线，并在LCD上显示实时信息。 ##### 2.2 单元电路设计及参数计算 **2.2.1 边线检测模块** - **工作原理**：通过XL6003产生的恒流源驱动红外发射管，接收管采用1KL3B高灵敏度红外接收管，通过LM393比较器实现硬件二值化输出。 - **优势**：简化了系统设计，提高了工作效率。 **2.2.2 标志线检测模块** - **实现方式**：使用TCRT5000对管检测标志线，直接连接单片机IO口。 - **特点**：简单高效，易于实现精准的标志线检测。 **2.2.3 直流电机驱动电路** - **驱动芯片**：采用VNH3SP30，相比L298N，具有更低的内阻和更好的驱动能力。 - **性能提升**：提高了PID调速稳定性，确保了良好的速度特性。 **2.2.4 液晶显示电路** - **选择**：使用48*84点阵型的NOKIA5110液晶显示器。 - **功能**：用于显示与前车的距离等信息。 #### 三、软件设计 **3.1 系统软件设计** - **开发环境**：采用C语言，在CodeWarrior IDE环境下进行编程和调试。 - **模块化结构**：软件设计采用模块化方法，便于维护和扩展。 **3.2 主程序流程** - **初始化**：进入主程序后先进行初始化设置。 - **程序分支**：根据拨码开关的状态执行不同的程序段，实现寻线或超车功能。 #### 结论 本设计通过细致的方案论证和优化选择，结合高效的硬件设计和合理的软件架构，成功实现了智能小车的各项功能。该设计不仅展示了参赛团队的技术实力，也为其他参与者提供了有价值的参考案例。通过这样的竞赛活动，不仅提升了学生的实践能力和创新能力，也促进了电子技术领域的学术交流和发展。