2022年课程设计方案之智能小车循迹壁障系统.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 目录1．课程设计目的⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯2．课程设计目的题目和要求⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯3．设计内容⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯3.1 总体设计⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯3.2 硬件电路设计⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 3.2.1 主掌握模 块⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 3.2.2 电机驱动模 块⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 3.2.3 寻迹模 块⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 3.2.4 金属检测模 块⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 3.2.5 寻光避障模 块⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 3.2.6 测距和显示模 块⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 3.2.7 电源模 块⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯3.3 软件设计⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 3.3.1 寻迹算法⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 3.3.2 寻光避障算法⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 3.3.3 串口通信⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯4. 设计总结⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯参考书目⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯附录⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯1 / 11 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1. 课程设计目的微机掌握技术是机械电子工程专业的专业课程,是一门实践性很强的课 程；课程设计是课堂教案的延长和进展,是理论学问与工程实践之间的连接,也是加强同学实践才能的一个强有力手段；通过此课程设计,使同学进一步学 习与懂得微机掌握系统的构成原理、接口电路与应用程序,进一步巩固与综合 专业基础学问和相关专业课程学问,提高同学运用理论学问解决实际问题的实 践技能；培育同学独立自主、综合分析的思维与创新才能,最终使同学初步具 有设计小型运算机掌握系统的硬件及软件的才能,并把握微机掌握系统的单片 机的硬件接口方法 <包括 A/D 转换、显示技术、键盘处理、报警等）以及软件 设计方法；同时,通过资料搜集、方案分析、系统设计与报告撰写的一系列过 程,使同学得到一次科学讨论工作的初步训练；严格实施课程设计这一环节,对于同学基本硬/软件的设计素养的培育和综合运用学问的才能是一次很好的训练,将起到显著的促进作用,在专业学问与 讨论方法方面为日后的毕业设计乃至毕业后的工作奠定良好的基础；总体来说,本次课程设计的目的如下：<1）通过本设计,使同学综合运用《微型运算机掌握技术》、《 C语言程序 设计》、《汇编语言程序设计》以及电子技术等课程的内容,为以后从事计 算机检测与掌握工作奠定肯定的基础；<2）主要把握各种芯片的可编程器件的使用；<3）学会用 C语言 <或汇编语言）编写一个较完整的有用程序；2 / 11 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - <4）把握微型运算机掌握技术应用开发的全过程：分析需求确定方案、设计原理图、选用元器件、编程、调试、撰写报告等步骤；2. 课程设计目的题目和要求<1）课程设计题目：智能小车寻迹避障系统设计 <2）要求 1、基本要求 <1）电动车从起跑线动身 <车体不得超过起跑线）,沿引导线到达 B点；在“ 直道区” 铺设的白纸下沿引导线埋有1-3 块宽度为 15cm、长度不等的薄铁片；电动车检测到薄铁片时需立刻发出声光指示信息,并实时储备、显示在“ 直道区”检测到的薄铁片数目；<2）电动车到达 B点以后进入“ 弯道区” ,沿圆弧引导线到达 C点<也可脱离圆弧 引导线到达 C点）； C点下埋有边长为 15cm的正方形薄铁片,要求电动车到达 C点 检测到薄铁片后在 C点处停车 5秒,停车期间发出断续的声光信息；<3）电动车在光源的引导下,通过障碍区进入停车区并到达车库；电动车必需 在两个障碍物之间通过且不得与其接触；<4）电动车完成上述任务后应立刻停车,但全程行驶时间不能大于 90秒,行驶 时间达到 90秒时必需立刻自动停车；2、发挥部分 <1）电动车在“ 直道区” 行驶过程中,储备并显示每个薄铁片 <中心线）至起跑线间的距离；<2）电动车进入停车区域后,能进一步精确驶入车库中,要求电动车的车身完 全进入车库；<3）停车后,能精确显示电动车全程行驶时间；<4）其它；3 / 11 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.设计内容3.1 总体设计1. 电机驱动方案的挑选与论证方案一：使用继电器对电机进行开关掌握和调制；但缺点很明显,继电器响应慢而且机械结构简洁坏；方案二：使用三极管或者达林顿管,结合单片机输出PWM 信号实现调速的目的,此方案易于实施,但如掌握电机转动方向较为困难；方案三：使用 PWM 掌握芯片来实现对电机的掌握；方案挑选：采纳方案三；该方案电路简洁,性能稳固,可以轻松实现对电机方 向的掌握；2. 路面寻线模块 方案一：采纳光敏传感器,依据白色背景和黑线反光程度的不同来判定传 感器是否位于黑线上； 方案二：采纳反射式红外传感器来进行探测；只要挑选数量和探测距离合 适的红外传感器,可以精确的判定出黑线的位置；方案挑选：采纳方案二；方案一受环境光的影响太大,成效不佳；而红外光不 易受到环境光的干扰；3. 金属检测模块 采纳金属接近开关来检测铁片,当金属接近时,高频磁场在金属中产生了 涡流,使得 LC 谐振回路的震荡幅度下降到阈值电压,开关输出信号；4. 寻光模块 方案一：采纳单一的光敏电阻,利用其在不同的光强下阻值不同,确定小 车的转向,保证其朝着光源最强的角度前进,这样做电路实现简洁,但是精度 不易掌握；方案二：采纳多个光敏电阻,在小车车头排列成为半圆状结构；依据矢量 合成原理,依据各个传感器测量光强的不同,确定小车相对于光的位置；方案挑选 : 采纳方案二；此方案实现较为复杂但能取得良好的成效；5. 避障模块方案一：采纳一体化红外接收头,在38KHz邻近,接收头的灵敏度不同；依次在 38KHz发射频段不同的红外线,在距离障碍物肯定距离时测出障碍物；方案二：采纳超声波测距的方法,利用超声波传感器,监视测量发射脉冲 和接受脉冲的时间差,运算超声波和物体之间的距离；可以将避障和寻光模块 一起排列为环状结构；方案挑选：虽然超声波测距有其性能上的优势,但其价格过高,且通过算法上 的优化红外测距完全可以满意设计要求,故采纳方案一；6. 测距模块 方案一 . 采纳断续式光电开关测距 方案二 . 利用磁钢和干簧管,在车轮上匀称粘贴如干磁钢；每当车轮上磁钢 转动至干簧管处,单片机进行一次计数,结合车轮半径就能求出小车行进距 离； 方案挑选：考虑到小车的实际机械结构,假如采纳方案一必定会对小车结 构有较大的转变；方案二结构简洁、市场上的磁钢、干簧管体积小巧,易于在4 / 11 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 我们的小车上很好的固定安装；而且软件上也易于实现；3.2硬件电路设计 本系统以 MSP430F149 和MSP430F425为掌握核心；整个硬件框图如下图所示：图2.1 系统硬件框图3.2.1主掌握模块 MSP430系列单片机是美国 TI 公司 1996年开头推向市场的一种 16位的超低功 耗的混合信号处理器；其之所以称之为混合信号处理器,主要是由于其针对实 际应用需求,把很多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上,以提 供“ 单片” 解决方案； MSP430单片机更适合于低功耗、高速实时掌握以及数据 运算,它拥有更多的片上资源供设计使用,是设计的不错挑选； 为双 由于本小车实现功能较多,因此我们挑选了 MSP430F149和MSP430FE425 核心的系统；通过编写通信协议,完成其之间的串行通信；MSP430F149主要完成电机驱动、寻迹、避障、寻光等功能；MSP430FE425 主要完成金属检测、测速、液晶显示等功能；3.2.2电机驱动模块 电机的驱动芯片选用 L298N作为驱动芯片；工作稳固电机驱动信号由单片机供应,信号经过光耦隔离后,传至 两个电机相连；PWM 掌握芯片 L298N,通过 L298N的输出脚与芯片掌握方法如下图 2.5 ,11脚为高时,当 10脚电平高于 12脚时, 13脚, 14 脚端电机正转； 12脚电平高于 10 脚时,电机倒转； 11脚为低时,电机自由控 制；5 / 11 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 11 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图2.5 L298N 掌握电机方法3.2.3寻迹模块当小车在白色地面行驶时,装在车下的红外发射管发射红外线信号,经白色反射后,被接收管接收,一旦接收管接收到信号,输出端将输出低电平；当小车行驶到黑线时,红外线信号被黑色吸取后,将输出高电平,从而实现了通过红线检测信号的功能；将检测到的信号送到单片机的 I/O 口,当 I/O 口检测到的信号为高电平常,说明红外光被地上的黑线吸取了,说明小车处在黑色的引线上；同理,当 I/O 口检测到的信号为低电平常,说明小车行驶在白色地面上；反射式红外传感器 ST188 采纳高发射功率红外广电二极管和高灵敏度光电晶体管组成；检测距离可调整范畴为图2.6 反射式红外传感器工作原理4－15mm；采纳非接触检测方式；图2.6 是反射式红外传感器的工作原理图；封装在矩形壳体中的是发射器。