自动壁障寻光太阳能小车

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1、引言设计任务是制作一套自动追光太阳能充电系统，小车以一定的速度追着光源行走并能绕过障碍物，太阳板始终能面对光源给蓄电池充电。基于此任务在驱动模块带动直流电机正常工作的情况下，采用双单片机控制；一单片机控制用黑色胶带套住光敏电阻，来实现固定方向光强的检测，以此用单片机来控制小车的寻光源；同时控制设定好障碍物的距离的红外发射接受一体探头，当行走到设定距离时，通过软件来实现小车的避障，并继续追着光源行走；另一单片机采用灵敏度较好的硅光敏二极管；通过ATMega16单片机自带的AD来采集在光敏电阻在接受不同的光强

2、时的数据，通过比较数据来实现太阳能电池板转动，以此来时时追踪光源，给蓄电池充电，并用液晶来显示充电状态。1.设计任务小车以一定速度追着光源行走，太阳板始终能面对光源给蓄电池充电。小车行进过程中会遇到路障，小车必须能避开路障绕道找到光源并继续追光前进。基于此任务，画出的小车行走几种路线参见附录1。2.总体方案设计和方案选择总体方案的设计要求在能较好的完成任务的情况下，要求电路简单、操作方便可控制性强，节约成本；基于此提出以下设计方案并予以比较。　方案一：采用以STC89C52为控制系统的核心，直流电机和步进

3、电机作为驱动光敏电阻作为寻光主要器件，用A/D芯片来采集信号，来控制小车、太阳电池板追踪光源；优点：操作点单，易处理；缺点：小车行走的速度及转弯不易控制，A/D芯片价格昂贵、成本，并且外围电路复杂。　方案二：采用以一片ATMega16单片机为控制系统核心，直流电机和步进电机光敏电阻作为寻光主要器件利用自带的AD来采集数据；优点：端口易控制，相对节约成本；缺点：小车寻光、避障与太阳能电池板追踪光源同时进行不易控制，小车在运行中容易处在无绪状态。方案三：在方案二的基础上，采用两片单片机，即“双核控制”这样能够

4、解决红外避障模块与追踪光源模块同时工作出现处理次序的问题。综上所述，采用方案三；系统主要由电源模块、驱动模块、光电传感器模块、红外发射接受探头模块、液晶显示模块、蓄电池充电模块、总流程图如图1所示。各个模块设计要求在完成设计任务的情况下，要求电路简单、容易实现低功耗，节约资本，设计美观的原则。各模块方案设计和方案选择如下：2.1电源模块的选择方案一：利用五节干电池串联，直接对驱动模块供电，然后通过稳压芯片对整个控制系统供电；优点：在短时间内能够满足要求，价格便宜；缺点：不能满足长时间供电、时间长供电不稳定

5、、不易放置。方案二：利用铅蓄电池对系统供电，优点：能够满足长时间供电，可重复利用；缺点：电池体积过大，不易放置。13图1系统总流程图方案三：利用锂电池对系统供电，优点；锂电池能够长时间供电，体积小，容易放置，可多次利用。综合考虑选择方案三；电源选好首先通过由LM317组成的可调三段集成稳压电路稳压成9V给直流电机供电，在通过LM7805稳压成5V后给整个控制系统供电，器件LM317起到中间转换作用。具体电路图参见附录2。2.2驱动模块的选择2.2.1小车的选择常用运动方式有轮式和履带驱动式两种，其选择依赖

6、设计要求和测试环境。方案一：采用四轮；特点是一个马达作为动力；另一个马达转动导向轮来决定行驶方向。优点是行驶速度快、方向和速度相互独立。缺点：是转弯半径大、驱动轮易打滑、导向轮方向不易精确控制，价格贵。方案二：采用履带式结构，优点可以在原地转动，在不平衡的路面上性能稳定，牵引力大。缺点是速度慢、速度和方向不能单独控制摩擦力大，能力损耗大，机械机构复杂，价格贵。方案三：采用两个大轮外加一个万向轮，优点：可以达到较好机动性和控制性；价格相对比较便宜是四轮车、履带式车价位的1/3甚至更第；性价比高；综上所述，选

7、择方案三。2.2.2驱动方案的论证：电机调速方案的目的是实现电动机的正转、反转、调速。方案一：电阻网络或数字电位器分压调整电动机的电压，优点：电路简单操作方便；缺点：电动机工作电流很大，分压不仅会降低效率，而且实现比较困难。方案二：采用继电器开关控制，通过开关的切换调整车速；优点是电路简单，不足是电路反应慢、控制精度低、机械结构易损害、寿命降低、可靠性差。方案三：采用由L298芯片及电子原件组成驱动电路，然后通过单片机产生PWM信号，对电机进行控制；通过调节PWM信号的占空比可以较好的实现电机的正转、反转

8、、加速、减速。综上所述，选择方案三；方案三能够容易、准确控制小车的运行；L298的资料参见附录3。我们在利用L298时，为了节约单片机端口，把L298的两个使能端连接到5V电源上；通过试验，效果与接单片机端口一样；这样只需要控制L298的input1~input4来控制电机的正反转。132.3最小系统模块该模块要求在满足任务的情况下，要求容易控制、使用方便、节约资本。基于此要求我们选择ATMega16最为最小系统。具体的电路图