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智能寻迹小车设计制作,含原理图、源代码、实物图.pdf
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2020-07-20
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本项目使用光电传感器检测小车的运动轨迹,金属传感器和超声波传感器检测小车周围的障碍,对小车的相关信息进行采集,采用AVR单片机Atmega128L作为电动小车的寻迹控制,AVR单片机Atmega128L完成算法分析、信息处理和小车的控制。
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项目名称:智能寻迹小车的研究与开发
一、项目成果简介
本项目使用光电传感器检测小车的运动轨迹,金属传感器和超声
波传感器检测小车周围的障碍,对小车的相关信息进行采集,采用
AVR
单片机
Atmega128L
作为电动小车的寻迹控制,
AVR
单片机
Atmega128L
完成算法分析、信息处理和小车的控制。构建了以微处
理器为核心、多传感器的小车信息检测与融合、声光报警与
LCD
数
码显示、双向
PWM
控制驱动电机的智能小车寻迹系统。电动小车能
沿着任意设定的轨迹行走,遇到障碍自动停止
5
秒并发出声光报警,
之后能自动倒回按设定的轨迹行走,小车能自动纠偏。经过测试,小
车能够按任意设定的轨迹行走流畅。
二、项目研究背景和意义
随着计算机技术、控制技术、信息技术的快速发展,工业的生产
和管理进入了自动化、信息化和智能化时代,智能化已经成为时代发
展的需要。在柔性自动化生产线、智能仓储管理及物流配送等领域,
当生产现场环境恶劣时,人工不能完成的任务如物料运输和装卸等,
可采用智能寻迹小车完成相应的任务。基于生产现场和日常生活的实
际需要,研究和开发智能小车寻迹系统具有十分重要的意义。该项目
的研究可以应用于机车头灯自动寻迹、工厂自动化、仓库管理、智能
玩具和民用服务等领域,可提高劳动生产效率,改善劳动环境。
三、研究计划
2
1.
收集资料,确定研究内容、技术方案、研究路线。(由组内
3
人共同研究)。
2.
完成小车硬件的电路制作(陈绪雄负责小车整体方案确定、
制作电路板,周锋负责购买元器件和电路焊接,蒋晶负责电路图绘
制)。
3.
完成小车软件的编写和小车整机调试。(三人共同协作完成)。
4.
完成成果总结。
四、研究内容
1
方案与论证
1.1
控制芯片的选择
方案一:选用 AVR 单片机 Atmega128L,Atmega128L 是高性能、低功耗的
AVR ® 8 位微处理器,64 引脚。采用先进的 RISC 结构,具有 133 条指令,大
多数可以在一个时钟周期内完成。它具有两个独立的预分频器和比较器功能的 8
位定时器/计数器和两个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的 16 位定时器/计
数器及具有独立预分频器的实时时钟计数器。片内带有模拟比较器。具有上电复
位以及可编程的掉电检测功能。
其片内资源丰富,具有: 8 个外部中断, 4 个定时计数器,53 个 I/O 口,可解
除 I/O 口资源不足的困难。其引脚大多数都有具有第二功能,功能强大。.
方案二:采用 AT89S52 单片机,AT89S52 单片机是一种低功耗、高性能
CMOS 8 位微控制器,具有 8K 在系统可编程存储器。使用 Atmel 公司高密度非
易失性存储器技术制造,与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash
允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。AT89S52 有 5 个中断源,和
3 个定时计数器。
方案三:采用 FPGA(现场可编辑门列阵)作为系统控制器。FPGA 可以实
现各种复杂的逻辑功能,规模大,集成度高,体积小,稳定性好,并且可利用
EDA 软件进行仿真和调试。FPGA 采用并行工作方式,提高了系统的处理速度,
3
常用于大规模实时性要求较高的系统。
方案比较:由三种方案可以看出,以 Atmega 128L 核心可以方便地实现对各个部
分的控制和外接,而 AT89S52 而需要外扩大量的 I/O 口才能满足需要,而 FPGA
的高速处理能力得不到充分发挥且价格较贵,所以我们选择方案一。
(2)轨道行程控制方案的选择
为了使电动车能够识别黑线不跑离轨道,我们在系统中加装了光电传感器和金属
传感器。
1.2 路面检测
我们采用检测黑线的方法来控制智能小车的行走轨迹,使用了两个红外对管
来检测黑线,同时用超声波传感器检测小车周围的障碍物。
方案一:采用热探测器。热探测器是利用所接收到的红外辐射后,会引起温
度的变化,温度的变化引起电信号输出,且输出的电信号与温度的变化成比例,
温度变化是因为吸收热辐射能量引起的,与吸收红外辐射的波长没有关系,即对
红外辐射吸收没有波长的选择。但热探测器对其吸收的红外辐射波长没有选择
性,受外界环境的影响比较大。
方案二;采用光电探测器。光电探测器接收红外辐射后,由于红外光子直接
把材料的束缚态电子激发成传导电子,由此引起电信号输出,信号大小与所吸收
的光子数成比例。且这些红外光子的能量的大小(即红外光还必须满足一定的波
长范围),必须满足一定的要求,才能激发束缚电子,起激发作用。光电探测器
吸收的光子必须满足一定的波长,否则不能被吸收,所以受外界影响比较小,抗
干扰比较强。基于上面分析,我们采用方案二
1.3 小车运行终点检测
方案一:采用计算路程的方法来控制。只要将计算出来的路程不断的与预置
的初值进行比较,只要相等说明已经到了终点,倒回起点也如此。这种方法不仅
计算路程麻烦而且占用了 CPU 的开销。
方案二:采用检测金属片的方法。只要在运行轨迹的终点放置一块铁片,再
用金属传感器检测金属片就可以了,电路简单、程序采用中断的方式不会占用很
多 CPU 资源。综合上述我们采用方案二
1.4 显示装置的选择
4
方案一:采用美信公司的 MAX7219 是一款串行共阴极数码管动态扫描显示
的驱动芯片,其峰值段电流可达到 40mA 最高串行扫描频率 10MHz,典型扫描
频率为 1.3MHz,仅用 3 线串行接口传送数据,可直接与单片机接口,用户可以
方便地修改其内部参数以实现多位 LED 显示。它内含硬件动态扫描显示控制电
路,每片芯片可同时驱动 8 位共阴 LED。点是控制比较简单,而且串行显示只
占用很少的 I/O 口。
方案二:采用点阵型 LCD 显示,点阵型 LCD 虽然占用的 I/O 口资源多,控
制比较复杂,但其功能强大的,显示信息量大,可以保证良好的用户模式。它具
有显示质量高、体积小、重量轻、功耗低、轻薄短小、无辐射危险、平面直角显
示以及影像稳定不闪烁等优势,可视面积大,图面积效果好,分辨率高,抗干扰
能力强等特点等优点。考虑到 Atmega128 I/O 口资源丰富和 LCD 的众多优点,
我们选择使用 LCD 显示。
2
主要电路设计与分析
2.1
系统结构框图
单片机将传感器送来的数据进行处理、算法分析,其输出信号控制电机并送
LCD 显示。光电传感器负责黑线的检测,引导智能小车的行使轨迹。金属传感
器负责前起点和终点的检测,当金属传感器检测到金属条时,说明电动小车已经
到起点或终点,采用超声波传感器检测智能小车的周围障碍物及其距离,若检测
的距离达到超过给定值,发出声光报警,声音报警信号为“请注意倒车”。系统
框图如图 2.1。
2.2
系统模块理论分析与设计
(1)
探测路面黑线的基本原理
当光线照射到路面会反射,由于黑线和地面对光的反射系数不同,可根据接
图 2.1 系统框图
5
收到的反射光强弱,用光电传感器判断黑线。光电管基本原理图如图
2.2
。
当光电管检测不到黑线时,红外光管接收到反射回来的红外光,使其输出由
高电平立即跳至低电平。我们在小车上并排加上两个红外光电管,黑线置于两红
外光电管之间,并且将两个光电管产生的电信号脉冲分别送单片机的
PE2
和
PE3
。这样通过
PWM
来调节两个电机的速度来校正行使路线,电动车行驶状态
和红外对管产生的电信号关系如表
2-1
。
表
2-1
电动车行驶状态和红外对管产生的电信号关系
(2)
金属探测模块
金属探测模块主要用于行驶轨迹中金属片的探测。考虑到金属一般都是导
体,根据电磁场理论可知,在受到变化的电磁场作用的任何导体,都会产生电涡
流。因此,在本系统中采用电感式接近开关实现对金属片的检测。电感式接近开
关由
LC
高频振荡器和放大处理电路组成
,
金属物体接近传感器的振荡感应头时
,
物体内部产生电涡流
,
当电涡流作用于接近开关时
,
接近开关振荡能力衰减
,
内部
电路的参数发生变化
,
由此识别出有无金属物体接近
,
进而控制开关的通和断,并
以电信号脉冲的形式送入单片机的
PD7
。电感式接开关内部工作原理图如图
2.3
。
图 2.2 光电管基本原理图
图 2.3 电感式接开关内部工作原理图
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资源评论
- 艾法2023-07-25文件中包含了详细的原理图、源代码和实物图,让人可以清晰地了解小车的组成和工作原理。
- 周林深2023-07-25这个文件提供了智能寻迹小车的设计制作资料,对于对这方面感兴趣的人来说是一个很好的参考。
- 查理捡钢镚2023-07-25简洁实用的语言,易于理解和跟随,有助于读者快速上手并实现类似的项目。
- RandyRhoads2023-07-25资料质量可靠,适合初学者学习和实践,并能帮助他们更好地理解电子小车的制作过程。
- 邢小鹏2023-07-25通过这个文件,读者可以获得不仅仅是一个智能寻迹小车的制作方案,更是一种探索电子技术的乐趣和培养动手能力的机会。
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