寻迹小车制作文档

寻 迹 小 车 进度安排：

一、设计要求 利用ATMEGA16单片机和外围扩展电路，实现下述功能： 1． 可以通过简单的I/O操作实现小车的前进、后退、左转、右转功能； 2． 可以在行走过程中声控改变小车运动状态； 3． 超声波传感实现小车的寻迹、避障等功能； 4． 添加遥控功能，实现声控+无线遥控的双控功能。 5. 实现电机过载保护。 （红色的为选做实现功能，黑色为必须实现功能）

二、系统框图

三、模块实现 1、寻迹传感器模块 方案1：用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。 但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。因此我们考虑其他更加稳定的方案。 方案2：用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。这样自己制作组装的寻迹传感器基本能够满足要求，但是工作不够稳定，且容易受外界光线的影响，因此我们放弃了这个方案。 方案3：用RPR220型光电对管。RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。 RPR220采用DIP4封装，其具有如下特点： （1） 塑料透镜可以提高灵敏度。 （2） 内置可见光过滤器能减小离散光的影响。 （3） 体积小，结构紧凑。 当发光二极管发出的光反射回来时，三极管导通输出低电平。此光电对管调

寻 迹 超声波探测障碍物 无线遥控 声 控 车载LCD显示模块 ATMEGA16 单 片 机 ATMEGA8单片机1 ATMEGA8单片机2

速度传感器 L298N 电 机 电 机 速度传感器 理电路简单，工作性能稳定。 因此我们选择了方案3。

2、避障模块 方案1：用红外光电开关进行避障。光电开关的工作原理是根据投光器发出的光束，被物体阻断或部分反射，受光器最终据此作出判断反应，是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均能检测。光电开关E3F-DS10C4操作简单，使用方便。当有光线反射回来时，输出低电平。当没有光线反射回来时，输出高电平。 方案2：用超声波传感器进行避障。超声波传感器的原理是：超声波由压电陶瓷超声波传感器发出后，遇到障碍物便反射回来，再被超声波传感器接收。然后将这信号放大后送入单片机。超声波传感器在避障的设计中被广泛应用。

考虑到AVR单片机有丰富的中断定时器资源。为了使用方便，便于操作和调试，我们最终选择了方案2。

3、测速计程模块 方案1：用霍耳传感器进行测速。当载流导体或半导体出于与电流相垂直的磁场中时，在其两端将产生电位差。这一现象称为霍耳效应。霍耳式传感器利用的就是霍耳效应。 如果在车轮的内侧装上一条细磁铁，把霍耳传感器同样装在车轮的内侧，测量火焰传感器的输出就可以知道车轮转过的圈数。 霍耳传感器是非接触式测量，而且对灰尘、湿度、振动等环境条件不敏感。特性也不随时间而变化。 虽然霍耳传感器具有众多优点。但是由于我们的电动车较小，比较细小的磁铁不易寻找。因此我们尝试着寻找其它的方案。 方案2：用RPR220型光电对管进行测速。在车轮的内侧贴上一个光电码盘，用光电对管对码盘进行检测。光电对管照射到黑色和白色的边界时输出信号会有跳变。将跳变的输出信号送给单片机进行检测就可以得到轮子的转速。 由于我们电动车的寻迹都是用的RPR220型光电对管，所以用该型号光电对管进行测速时可以使用同样的调理电路。从使用的方便和灵活性考虑，我们选择了方案2。

4、电机模块 本系统为智能电动车，对于电动车来说，其驱动轮的驱动电机的选择就显得十分重要。由于本题要实现对路径的准确定位和精确测量，我们综合考虑了一下两种方案。 方案1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。经综合比较考虑，我们放弃了此方案。 方案2：采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生大扭力。 我们所选用的直流电机减速比为1：74，减速后电机的转速为100r/min。我们的车轮直径为6cm，因此我们的小车的最大速度可以达到 V=2πr·v=2*3.14*0.03*100/60=0.314m/s 能够较好的满足系统的要求，因此我们选择了此方案。

5、电机驱动模块 方案1：采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。 方案2：对于直流电机用分立元件构成驱动电路。由分立元件构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉，在实际应用中应用广泛。但是这种电路工作性能不够稳定。 因此我们选用了方案1。

6、电源模块 由于本系统需要电池供电，我们考虑了如下集中方案为系统供电。 方案1：采用12V蓄电池为系统供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。但是蓄电池的体积过于庞大，在小型电动车上使用极为不方便。因此我们放弃了此方案。 方案2：采用3节4.2V可充电式锂电池串联共12.6V给直流电机供电，经过7805的电压变换后为单片机，传感器和舵机供电。经过实验验证，当电池为直流电机供电时，单片机、传感器的工作电压不够，性能不稳定。因此我们放弃了此方案。 方案3：采用3节4.2V可充电式锂电池为直流电机供电，用3节锂电池经过7805的电压变换为单片机和传感器供电。采用此种供电方式后，单片机和传感器工作稳定，且电池的体积较小，能够满足系统的要求。 综上考虑，我们选择了方案3。

7、无线收发模块 无线数据传输被广泛应用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线数据通信、机器人控制、数字音频、数字图像的传输等领域中。 方案1：用DF无线数据收发模块。DF无线发射模块通讯方式为调频AM，工作频率为315MHz，为ISM频段，发射功率<500mW。DF超再生式接收模块通讯方式为调频AM， 接收灵敏度高，用示波器观察输出波形干净，抗干扰能力强。系统中为保证稳定，采用芯片PT2262,PT2272M4进行数据编解码，由于数据传输量较小，经过测试，方案可行。 方案2：其他无线数据收发模块，如nRF401、红外线或蓝牙模块，由于其价格较昂贵，不利于调试，而且系统中不需传输大量的数据，因此我们放弃了此方案。 DF无线收发模块由于其优良的特性和低廉的价格而被广泛应用于工业及日常商品中，因此我们选择了此方案。 PT2262/2272是一对带地址、数据编码功能的无线遥控发射/接收芯片。其中发射芯片PT2262将载波振荡器、编码器和发射单元集成于一身，使发射电路变得非常简洁。 接收芯片PT2272M4是非锁存型4位数据输出，有8位地址编码，有效防止了各个无线模块之间的干扰。 DF无线收发模块结合编解码芯片PT2262/2272可以将单片机发出的数据经过编解码经由DF无线数据收发模块发射出去。这样的无线收发模块具有发射距离远，抗干扰性强的特点。同时PT2262具有8位地址编码，能够防止各个无线模块之间的干扰。 无线发射、接收模块的电路图如图所示：

8、语音识别电路的设计 9、车载LCD显示模块 为满足题目要求，需要在车上显示小车走过的路程，当前运动状态等。因此需要在车上显示这些数据。 方案1：用TS1602液晶屏。该液晶屏可以两行显示数字、汉字，显示清晰。 方案2：用8位数码管进行显示小车走过的路程。 考虑到LCD显示内容丰富，我们选择了方案1。

四、预算 材料名 数量 单价（元） 合计（元）

材

料

减速电机 2 30 60 充电电池 2组 40 80 充电器 1 50 50 MEGA16单片机 1 20 20 MEGA8单片机 3 10 30 无线收、发芯片电路 2 15 30 LCD1602A 1 25 25 7805/7812 4 2 8 超声波测距模组V2.0 1 250 250 RPR220型光电对管 8 25 200 遥控玩具小车 1 150 150 有机玻璃 2种 25 50 其它材料 1 100 100 加 工 机构零件加工 1 150 150

电路板加工 1 100 100 其它 交通费 1 50 50 其它 1 50 50 总 计 1403

五、当前进程 至目前为止（11月7日），我们团队已基本完成电路设计和机构设计，等待老师批阅。其中电路设计如下：