電子設(shè)計競賽控制組設(shè)計報告-智能小車(編輯修改稿)
2025-02-14 22:54 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 芯片超低功耗（發(fā)送 @5dBm；接收 18mA）， nRF2401A 支持多點間通信，最高傳輸速率超過 1Mbit/s, 它采用 Soc 方法設(shè)計，需要極少的外圍電路，且沒有復(fù)雜的通信協(xié)議，工作電壓范圍寬（ 到 ），基于 nRF2401A 的工作原理，自行設(shè)計了無線收發(fā)電路，完全 可以達到設(shè)計的要求。更為重要的是 nRF2401A 價格經(jīng)濟，是業(yè)界體積最小、功耗最少、外圍元件最少的低成本射頻系統(tǒng)級芯片。 從電路工作的穩(wěn)定性 ，低功耗 及性價比的角度考慮，我們選擇方案 二 。 標(biāo)志 線檢測傳感器的 選擇與論證 方案一：使用 TK20 黑白線檢測傳感器 TK20 黑白線檢測傳感器是 TK10 的升級版，有效探測距離達 5cm。雖然具有 受可見光干擾小，使用方便 的優(yōu)點， 但是 檢測的精度比較低，需要傳感器的個數(shù)較多，且道路參數(shù)的檢測種類少，檢測的前瞻距離比較小， 不能滿足 精確控制的要求。 方案二： 利用激光 發(fā) 射接收裝置 進行 檢測。 激光發(fā)射接收裝置 由激光 發(fā)射 器、激光 接收 器組成。它的優(yōu)點是能實現(xiàn)無接觸遠距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強等 可以很好的 完成對路面的檢測，精確控制小車的行駛的路徑。 為簡化設(shè)計和 實現(xiàn) 對 小車 的 精確控制，我們 決定 采用方案二。 4 2. 系統(tǒng)硬件設(shè) 計 ATMega16的最小系統(tǒng) ATMega16 的最小系統(tǒng)包括復(fù)位電路、 ISP 接口、 JTAG 接口、 PA～ PD 四個端口全部引出，支持 JTAG 仿真。 ATmega16 最小系統(tǒng)電路圖如圖 2 所示： 圖 2 ATMEGA16 最小系統(tǒng) nRF24L01無線收發(fā)模塊 無線收發(fā)子系統(tǒng)以 nRF24l01 芯片為核心，輔助以穩(wěn)壓部分、晶振部分、無線部分電路。電壓 VDD 經(jīng)電容 C C C3 處理后為芯片提供工作電壓，晶振部分包括 YC C10,當(dāng)晶振設(shè)為 16MHz 時，通信速率為 1Mbps，天線部分包括 L L2，用來將nRF2401A 芯片的 ANT ANT2 管腳產(chǎn)生的 電平信號轉(zhuǎn)換為電磁波信號，或者將電磁波信號轉(zhuǎn)換為電平信號輸入芯片的 ANT ANT2 管腳。子系統(tǒng)框圖如圖 3 所示，電路具體原理圖 如圖 4 所示 。 圖 3 子系統(tǒng)原理框圖 5 10uFC110nFC21nFC3C4C5C622pFC733nFC815pFC915pFC10VDDCE1DR22CLK23DATA24CS5DR16CLK17DATA8DVDD9VSS10XCLK211XCLK112VDD_PA13ANT114ANT215VSS_PA16VDD17VSS18IREF19VSS20VDD21PER_UP23VDD24VSS22nRF2401A22KR11MR21 2 Y116MHz22nHL1 L2ANTPER_UPCEDR2CLK2DATA2CSDR1CLK1DATA11KR3DS1LED0VDD POWER 圖 4 無線收發(fā)子系統(tǒng)原理圖 由于要驅(qū)動兩個電機，顯然只需利用 MMC_1 的兩個通道，將 MMC_1 的CH1DCPWM 端、 CH1DCDIR 端、 CH2DCPWM 端、 CH2DCDIR 端分別與 L298 的 4 個輸入端相連，利用 SPI 模式軟件編程控制 ， 電路原理圖 如 圖 5 所示 。 VCC+12VOUT1OUT2OUT3OUT4OUT1OUT2OUT3OUT4+12A+MOTOR1Motor Servo+12A+MOTOR2Motor Servo1234IN1MOTOR11MOTOR12104C4100uFC3+12VMOTOR21MOTOR22MOTOR12MOTOR11MOTOR21MOTOR22VCCEN A6EN B11IN15IN27IN310IN412OUT12OUT23OUT313OUT414ISEN A1ISEN B15VS4VSS9GND8U2L298N123456789P1Header 9VCCR1 R2R3 R4R5 R6R7 R8R1R2R3R4R5R6R7R8D1LED2D2LED2D3LED2D4LED212P2Header 212P3Header 2VCC123P4Header 3VCC+12VGNDGND104C2100uFC1GNDVCCD5Diode 1N4007D6Diode 1N4007A1K2D8Diode 1N4007D7Diode 1N4007D9Diode 1N4007D10Diode 1N4007D12Diode 1N4007D11Diode 1N40071122334455667788991010111112121313141415151616U1Component_1R1R2 圖 5 直流 電機驅(qū)動電路 6 發(fā)射部分，經(jīng)過調(diào)制管，便輸出 180khz 的頻率，經(jīng)過三極管 8050 放大之后驅(qū)動發(fā)射管，使發(fā)射管以 180KHZ 的頻率， 20%30%的占空比發(fā)射出 650nm 的光線，經(jīng)過反射 后，接收管接收到反射回來的黑白信號，輸出高低電平，由單片機識別，從而達到識別路徑的功能。 發(fā)射和接收原理電路圖如圖 6 所示 。 圖 7 接收部分 圖 6 發(fā)射 和接收原理電路圖 3. 軟件設(shè)計 系統(tǒng)主要通過檢測起點標(biāo)志線的個數(shù)來計算 小車 跑的圈數(shù)，當(dāng)甲乙中任何一個先檢測到超車標(biāo)志就會通過無 線傳輸模塊向另一輛小車發(fā)出超車信號完成 替 超車 。開始小車啟動初始化轉(zhuǎn)彎進入超車區(qū)前進超車調(diào)整是超車線是邊界線是轉(zhuǎn)彎標(biāo)志線是是是 圖 7 主程序流程圖 GNDVCCNCU?調(diào)制管VCC22R?22R?Q?8050D?LED VCCGNDGND120R?GNDVCCOUTU?接收管VCCGND4K7R?VCC1K5R?D?LED104C? 7 4. 系統(tǒng)測 試 在室內(nèi)環(huán)境下 使用 按規(guī)定制作的跑道，依次測試兩輛小車分別跑一周運行的時間，超車運行一周的時間，改變初始位置運行一周的時間等 ，通過多次 測試后 求出平均值。 4. 2測試表格 表一：甲乙兩車分別運行一周的時間 第一次 （百分秒） 第二次 （百分秒） 第三次 （百分秒） 第四次 百分秒） 平均 值 （百分秒） 甲 1839。5039。39。 1839。2539。39。 1939。3039。39。 1939。1539。39。 1839。1539。39。 乙 1939。3239。39。 2039。1039。39。 20
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