简易智能电动车(全国大学生电子设计大赛)
电子设计大赛控制类题目汇总
全国大学生电子设计竞赛历年题目（1994－2011）第一届（1994年）全国大学生电子设计竞赛题目题目三简易无线电遥控系统一、任务设计并制作无线电遥控发射机和接收机.1．无线电遥控发射机2．无线电遥控接收机二、要求1．基本要求（1）工作频率：fo=6～10MHz中任选一种频率.（2）调制方式：AM、FM或FSK……任选一种.（3）输出功率：不大于20mW（在标准75Ω假负载上）.（4）遥控对象：8个,被控设备用LED分别代替,LED发光表示工作.（5）接收机距离发射机不小于10m.2．发挥部分（1）8路设备中(de)一路为电灯,用指令遥控电灯亮度,亮度分为8级并用数码管显示级数.（2）在一定发射功率下（不大于20mW）,尽量增大接收距离.（3）增加信道抗干扰措施.（4）尽量降低电源功耗.注：不能采用现成(de)收、发信机整机.三、评分意见电子设计大赛控制类题目汇总·控制类(de)题目均要注意外界(de)干扰.要采取一定(de)屏蔽措施.·涉及到电机时要考虑控制部分和电机部分,分开供电.双电源供电.将电动机驱动电源与单片机以及其周边电路完全隔离,利用光电耦合传输信号.这样做虽然不如单电源方便灵活,但可以将电动机所造成(de)干扰彻底消除,提高了系统稳定性.·掌握各种算法.第三届（1997年）C题水温控制系统一、任务设计并制作一个水温自动控制系统,控制对象为1升净水,容器为搪瓷器皿.水温可以在一定范围内由人工设定,并能在环境温度降低时实现自动控制,以保持设定(de)温度基本不变.二、要求1．基本要求（1）温度设定范围为40～90℃,最小区分度为1℃,标定温度≤1℃.（2）环境温度降低时（例如用电风扇降温）温度控制(de)静态误差≤1℃.（3）用十进制数码管显示水(de)实际温度.2．发挥部分（1）采用适当(de)控制方法,当设定温度突变（由40℃提高到60℃）时,减小系统(de)调节时间和超调量.（2）温度控制(de)静态误差≤℃.（3）在设定温度发生突变（由40℃提高到60℃）时,自动打印水温随时间变化(de)曲线.三、评分意见四、说明(1)加热器用1千瓦电炉.(2)如果采用单片机控制,允许使用已右(de)单片机最小系统电路板(3)数码显示部分可以便用数码显示模块.(4)测量水温时只要求在容器内任意设置一个测量点.(5)在设计报告前附一篇400字以内(de)报告摘要.赛题分析：一、赛题要点：水温(de)范围水温调节(de)误差水温变化(de)速度打印水温变化(de)曲线二、参考设计方案1、水温(de)测量.温度传感器（参考型号AD590K）2、加热水.用脉冲移相触发可控硅来调节加热丝有效功率.3、控制算法.采用分段非线性加积分分离PI算法进行温度控制.模糊控制算法三、一些设计中(de)创新1、加入报警装置,当温度变化过大时,报警.2、通过键盘在线打印曲线与数据.3、加入语音模块.四、设计中(de)注意事项若采用1000w电炉加热1L水,控制对象(de)数学模型难以准确确定,所以要通过实验总结其控制特性,以确定控制算法(de)各项参数.第五届（2001年）C题自动往返电动小汽车一、任务设计并制作一个能自动往返于起跑线与终点线间(de)小汽车.允许用玩具汽车改装,但不能用人工遥控（包括有线和无线遥控）.跑道宽度,表面贴有白纸,两侧有挡板,挡板与地面垂直,其高度不低于20cm.在跑道(de)B、C、D、E、F、G各点处画有2cm宽(de)黑线,各段(de)长度如图1所示.二、要求1．基本要求（1）车辆从起跑线出发（出发前,车体不得超出起跑线）,到达终点线后停留10秒,然后自动返回起跑线（允许倒车返回）.往返一次(de)时间应力求最短（从合上汽车电源开关开始计时）.（2）到达终点线和返回起跑线时,停车位置离起跑线和终点线偏差应最小（以车辆中心点与终点线或起跑线中心线之间距离作为偏差(de)测量值）.（3）D～E间为限速区,车辆往返均要求以低速通过,通过时间不得少于8秒,但不允许在限速区内停车.2．发挥部分（1）自动记录、显示一次往返时间（记录显示装置要求安装在车上）.（2）自动记录、显示行驶距离（记录显示装置要求安装在车上）.（3）其它特色与创新.三、评分标准四、说明（1）不允许在跑道内外区域另外设置任何标志或检测装置.（2）车辆（含在车体上附加(de)任何装置）外围尺寸(de)限制：长度≤35 cm,宽度≤15cm.（3）必须在车身顶部明显标出车辆中心点位置,即横向与纵向两条中心线(de)交点.赛题分析一、题目要点1、要求往返一次(de)时间最短,中间有限速区,接近终点也要减速,故要时时对小车(de)速度进行调整.2、限速区低速通过,接近终点要减速.故要准确判断加速减速(de)区域,即要精确定位.3、前轮方向要有纠偏装置,防止小车撞到挡板.4.、车速、行驶距离要显示.二、参考设计1、控制系统.采用两片单片机分工协作.2、车速和距离(de)检测.检测仪器应安装在前轮.因为后轮刹车时易打滑和反转.○1断续式光电开关.由于该开关是沟槽结构,可以将其置于固定轴上,再在车轮上均匀地固定多个遮光条.让其恰好通过沟槽,产生一个个脉冲.通过脉冲(de)计数,对速度进行测量.○2开关式霍尔传感器.该器件内部由三片霍尔金属相组成,当磁铁正对金属板时,出于霍尔效应,金属板发生横向导通,因此可以在车轮上安装磁片、而将霍尔集成片安装固定在轴上,通过对脉冲(de)计数进行车速测量.○3光电码盘.3、路面黑线检测.○1脉冲调制(de)反射式红外发射—接收器○2光电传感器.传感器(de)放置位置可以使小车底部(de)前中后,也可以是小车前面.根据不同(de)位置,采用不同(de)算法分析.4、停车方案.满速前进,临近终点反向制动．到终点后再反向制动断电即停.5、限速方案.反向制动-----正向驱动-----反问驱动------正向驱动(de)循环驱动过程.该方案通过单片机精确(de)驱动信号,使反向制动时间小于正向驱动时间,以达到小车总体向前缓速前进.6、避免小车碰壁(de)方案.○1超声波传感器.超声波传感器可以给CPU提供足够精确(de)位置信息,使得CPU可以根据该信息精确调整小车(de)运行方向和状态,使小车在运行时达到最小(de)横向抖动.单片机根据发射和接收到超声波(de)时间差判断小车离挡板(de)长度,根据这个数据发出前轮左转、右转或保持方向(de)指令．从而实现自动校正行车路线,少撞墙而快速地往返.○2光电传感器完成对左右挡板(de)检测.同时为了减小车与挡板相撞时(de)摩擦,可以在车体(de)四个角加装四个小滑轮.三、设计中(de)亮点1、加入语音模块.2、可以用实验(de)方法确定脉冲宽度(de)工作频率.3、加装车灯,指示行驶状态.4、刹车时,加入自动防抱死（ABS）环节.第六届（2003年）简易智能电动车（E题）一、任务设计并制作一个简易智能电动车,其行驶路线示意图如下：二、要求1、基本要求（1）电动车从起跑线出发（车体不得超过起跑线）,沿引导线到达B点.在“直道区”铺设(de)白纸下沿引导线埋有1~3块宽度为15cm、长度不等(de)薄铁片.电动车检测到薄铁片时需立即发出声光指示信息,并实时存储、显示在“直道区”检测到(de)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(de)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(de)声光信息.（3）电动车在光源(de)引导下,通过障碍区进入停车区并到达车库.电动车必须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即停车,但全程行驶时间不能大于90秒,行驶时间达到90秒时必须立即自动停车.2、发挥部分（1）电动车在“直道区”行驶过程中,存储并显示每个薄铁片（中心线）至起跑线间(de)距离.（2）电动车进入停车区域后,能进一步准确驶入车库中,要求电动车(de)车身完全进入车库.（3）停车后,能准确显示电动车全程行驶时间.（4）其它.三、评分标准试数据及测试结果分析实际完成情况50发挥部分完成第（1）项15 完成第（2）项17 完成第（3）项8 其它10四、说明1、跑道上面铺设白纸,薄铁片置于纸下,铁片厚度为～.2、跑道边线宽度5cm,引导线宽度2cm,可以涂墨或粘黑色胶带.示意图中(de)虚线和尺寸标注线不要绘制在白纸上.3、障碍物1、2可由包有白纸(de)砖组成,其长、宽、高约为50cm12cm6cm,两个障碍物分别放置在障碍区两侧(de)任意位置.4、电动车允许用玩具车改装,但不能由人工遥控,其外围尺寸（含车体上附加装置）(de)限制为：长度≤35cm,宽度≤15cm.5、光源采用200W白炽灯,白炽灯泡底部距地面20cm,其位置如图所示.6、要求在电动车顶部明显标出电动车(de)中心点位置,即横向与纵向两条中心线(de)交点.赛题分析一、题目要点1、小车(de)尺寸限制.2、全程行驶时间限制,弯道速度要适宜.3、检测到薄片且能显示金属薄片到起跑线(de)距离.4、在C处停留5秒,停车期间发出断续(de)声光信息计时.5、停车后,显示全程行驶时间.6、注意到障碍物高6厘米,而光源高20厘米.二、参考设计整个系统可以分为以下几个模块：线路跟踪金属检测光源检测避障电路路程计算模块1、路程计算.○1光电传感器○2霍尔开关（霍尔传感器）2、线路跟踪.○1脉冲调制(de)反射式红外发射接收对管.启动时,小车跨骑在黑线上.两个红外发射接收对管,分别安装在黑线(de)两侧(de)白色区域,输出为低电压,当走偏,位于黑线上时,输出为高电压.因黑线较窄（2cm）,为及时调整车(de)方向,选择比较器(de)阀值为,即黑白相间(de)位置,即开始调整.○2光电传感器.用三只光电开关.一只置于轨道中间,两只置于轨道外侧,当小车脱离轨道时,即当置于中间(de)一只光电开关脱离轨道时,等待外面任一只检测到黑线后,做出相应(de)转向调整,直到中间(de)光电开关重新检测到黑线（即回到轨道）再恢复正向行驶.○3色标传感器.在小车(de)中部平行装有两个色标传感器,采用查询检测(de)方法对黑线进行检测3、金属检测.○1电感式接近开关.当金属物体接近开关(de)感应区域,开关就能无接触,无压力、无火花、迅速作出反应○2金属探测传感器（涡流型铁金属探测传感器,参考型号LJ18A3-Z/BX）4、光源检测.光敏电阻（光敏传感器）.只用三到五只光敏电阻就可以达到目(de),只是因其对光非常敏感,所以必需为每只光敏电阻加上黑色隔离板.在各光敏电阻间用隔板隔开如此摆放可以很好(de)解决探测光源方位(de)难题,从而正确控制小车(de)转向．当小车行驶方向朝向光源时,中间电阻阻值为低,当小车偏移光源方向时,由于光敏电阻间挡板(de)遮拦作用,两侧(de)电阻定有一侧为低.参考摆放位置如下图5、避障电路.注意到障碍物高6厘米,而光源高20厘米.故设计避障电路时,可以先寻找光源,当找到光源后,再检测障碍物,调整前进方向.这样做,可以节省时间.○1超声波测距.采用超声波传感器探测障碍物.超声波传感器安装于小车前端,在规定(de)检测距离内,当探测到障碍物时,超声波传感器给出脉冲信号至单片机,单片机检测到该信号后,调整小车方向,以控制小车准确(de)绕过障碍物.○2反射式红外传感器○3采用试验(de)方法,确定一条比较精确(de)路线,让单片机记住（通用性差,但节省时间）三、设计中(de)一些亮点发挥1、因为涉及(de)模块比较多,故要用多片单片机协作工作.最好增加一个时钟模块,统一系统时间.2、软件降温.在长转弯过程中通过设置前端转向电机间隙停转以达到降温(de)目(de).3、弯道要减速.4、增加车顶彩灯等装饰,更加人性化.附：参考元件安装方位第七届（2005年）悬挂运动控制系统（E题）一、任务设计一电机控制系统,控制物体在倾斜（仰角≤100度）(de)板上运动.在一白色底板上固定两个滑轮,两只电机（固定在板上）通过穿过滑轮(de)吊绳控制一物体在板上运动,运动范围为80cm×100cm.物体(de)形状不限,质量大于100克.物体上固定有浅色画笔,以便运动时能在板上画出运动轨迹.板上标有间距为1cm(de)浅色坐标线（不同于画笔颜色）,左下角为直角坐标原点,示意图如下.二、要求1、基本要求：（1）控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数；（2）控制物体在80cm×100cm(de)范围内作自行设定(de)运动,运动轨迹长度不小于100cm,物体在运动时能够在板上画出运动轨迹,限300秒内完成；（3）控制物体作圆心可任意设定、直径为50cm(de)圆周运动,限300秒内完成；（4）物体从左下角坐标原点出发,在150秒内到达设定(de)一个坐标点(两点间直线距离不小于40cm).2、发挥部分（1）能够显示物体中画笔所在位置(de)坐标；（2）控制物体沿板上标出(de)任意曲线运动(见示意图),曲线在测试时现场标出,线宽～,总长度约50cm,颜色为黑色；曲线(de)前一部分是连续(de),长约30cm；后一部分是两段总长约20cm(de)间断线段,间断距离不大于1cm；沿连续曲线运动限定在200秒内完成,沿间断曲线运动限定在300秒内完成；（3）其他.三、评分标准四、说明1、物体(de)运动轨迹以画笔画出(de)痕迹为准,应尽量使物体运动轨迹与预期轨迹吻合,同时尽量缩短运动时间；2、若在某项测试中运动超过限定(de)时间,该项目不得分；3、运动轨迹与预期轨迹之间(de)偏差超过4cm时,该项目不得分；4、在基本要求(3)、(4)和发挥部分(2)中,物体开始运动前,允许手动将物体定位；开始运动后,不能再人为干预物体运动；5、竞赛结束时,控制系统封存上交赛区组委会,测试用板(板上含空白坐标纸)测试时自带.赛题分析：一、题目要点要求概述：寻点画线画圆画一般曲线寻轨1、板是倾斜(de),则在考虑物体(de)运动时只考虑一边即可.2、悬挂物体(de)质量>=100g,要考虑电机(de)功率是否满足.3、各种运动均有时间限制,则要考虑控制系统(de)运算速度是否能够满足.4、因为涉及平面上(de)运动,画直线、圆等,要多多结合数学知识.二、设计系统时(de)注意事项：1、误差(de)分析与补偿.误差来源有,电动机(de)惯性、绳子(de)收缩、坐标(de)计算等.补偿方法有多次测量后修改程序中(de)参数,通过程序修正；选用材料时使用到对系统影响小(de)；采用更优(de)算法.2、电机(de)保护.可以在L298N外围接续流二极管,保护电机.3、考虑光电传感器(de)灵敏度问题,加比较器,使输出一致.三、设计参考1、寻点画线采用数学上(de)坐标间(de)关系,计算出两条绳子收放(de)长度,进而转换为步进电机(de)转数.2、画圆○1采用多边形逼近方法,等分圆周,计算出每一点(de)坐标值,利用画直线(de)方法画每一小段.○2也是分割(de)思想,不过是分割圆(de)转角,一般以1°为单位分割,计算从起点到终点每隔1°(de)点(de)直角坐标.3、寻迹○1采用红外对射光电传感器检测黑色轨迹,安装于物体(de)边上.○2采用红外对射光电传感器检测黑色轨迹,安装于物体(de)底部.○3寻迹(de)算法,根据传感器位置(de)不同,采用不同(de)算法.4、利用光电耦合器隔离控制部分和电动机电路.5、画图时可采用逐点逼近(de)方法,减小误差.6、设计(de)一些特点,发挥○1加入语音提示○2利用视频识别采集黑线信息○3LED(de)亮灭提示两电机(de)工作状态.○4加入电机测速模块,尽量通过算法使两电机同时完成转动,这样画出(de)曲线更光滑.第八届（2007年）小车跷跷板（F题）一、任务设计并制作一个电动车跷跷板,在跷跷板起始端A一侧装有可移动(de)配重.配重(de)位置可以在从始端开始(de)200mm～600mm范围内调整,调整步长不大于50mm；配重可拆卸.电动车从起始端A出发,可以自动在跷跷板上行驶.电动车跷跷板起始状态和平衡状态示意图分别如图1和图2所示.二、要求1.基本要求在不加配重(de)情况下,电动车完成以下运动：（1）电动车从起始端A出发,在30秒钟内行驶到中心点C附近；（2）60秒钟之内,电动车在中心点C附近使跷跷板处于平衡状态,保持平衡5秒钟,并给出明显(de)平衡指示；（3）电动车从（2）中(de)平衡点出发,30秒钟内行驶到跷跷板末端B处（车头距跷跷板末端B不大于50mm）；（4）电动车在B点停止5秒后,1分钟内倒退回起始端A,完成整个行程；（5）在整个行驶过程中,电动车始终在跷跷板上,并分阶段实时显示电动车行驶所用(de)时间.2.发挥部分将配重固定在可调整范围内任一指定位置,电动车完成以下运动：（1）将电动车放置在地面距离跷跷板起始端A点 300mm以外、90°扇形区域内某一指定位置（车头朝向跷跷板）,电动车能够自动驶上跷跷板,如图3所示：（2）电动车在跷跷板上取得平衡,给出明显(de)平衡指示,保持平衡5秒钟以上；（3）将另一块质量为电动车质量10％～20％(de)块状配重放置在A至C间指定(de)位置,电动车能够重新取得平衡,给出明显(de)平衡指示,保持平衡5秒钟以上；（4）电动车在3分钟之内完成（1）～（3）全过程.（5）其他.三、说明（1）跷跷板长1600mm、宽300mm,为便于携带也可将跷跷板制成折叠形式.（2）跷跷板中心固定在直径不大于50mm(de)半圆轴上,轴两端支撑在支架上,并保证与支架圆滑接触,能灵活转动.（3）测试中,使用参赛队自制(de)跷跷板装置.（4）允许在跷跷板和地面上采取引导措施,但不得影响跷跷板面和地面平整.（5）电动车(含加在车体上(de)其它装置)外形尺寸规定为：长≤300mm,宽≤200mm.（6）平衡(de)定义为A、B两端与地面(de)距离差d=∣dA -dB∣不大于40mm.（7）整个行程约为1600mm减去车长.（8）测试过程中不允许人为控制电动车运动.（9）基本要求（2）不能完成时,可以跳过,但不能得分；发挥部分（1）不能完成时,可以直接从（2）项开始,但是（1）项不得分.赛题分析一、题目要点以及实现时(de)注意点1、从A点出发到C点附近,有时间(de)限制,最小平均车速应该在750mm/30S=25mm/S以上.2、寻找平衡点有时间(de)限制,故平衡点(de)判断方法要简单方便,同时还要求控制系统对信息(de)处理速度要快.3、电动车找到平衡后还要保持平衡5秒以上,要注意防止跷跷板(de)抖动.4、电动车行驶到B点后要停留,此时要注意小车不能掉下来.因此要记录位置.5、小车(de)重量以及配重(de)重量均要适当选择.二、设计参考1、驱动方式(de)选择.因为有速度(de)要求而且在平衡点附近要精确定位,要有减速机构.可选择(de)电机有连续旋转伺服电机、直流减速电机、步进电机.2、平衡检测(de)选择.○1可选用单轴倾角传感器（参考型号SCA60C）可将传感器固定在小车上,并在轴上挂一个重锤.由于地球引力,重锤竖直向下,当小车行驶时,随车体倾斜位置变化,角度传感器输出也会有相应(de)变化,即可测出倾角.由于小车行驶时,重锤会有一定(de)摆动,要采用软件滤波.○2选用Accustar电子倾角传感器.电子倾角传感器是基于液态电容原理、无可动部件(de)敏感器件.当绕其灵敏轴旋转时,器件(de)电容值发生线性变化,通过电子线路将其转化为角度值输出,其精度比较高.3、发挥部分(de)寻迹,○1采用光电传感器○2反射式红外线传感器○3CCD摄像头4、定位测距.○1采用光电开关（参考型号TCST1030）和安装在车轮上(de)码盘实现计数进行测距.○2可采红外对管和编码盘.将一个转上孔(de)编码盘固定在转轴上,然后由红外对管检测编码盘(de)孔对红外线(de)阻通.通过在单位时间对其计数可计算出车辆行驶(de)瞬时速度,累计开关信号可以计算出小车行驶(de)距离.5、控制算法(de)选择.○1PID算法○2模糊控制算法○3仿人工智能算法三、设计中(de)一些亮点1、数字滤波.单片机通过ADC采集到(de)角度信号是离散(de),由于电机(de)控制脉冲,会对电子角度传感器产生干扰,所以采用数字滤波(de)方法进行数据处理.常见(de)数字滤波方法有程序判断法、中值滤波法、算数滤波法、加权平均滤波法、滑动平均值滤波法、低通滤波发和中位置滤波法.2、加入语音模块,更加人性化.3、主从单片机分工协作.。
简易智能电动车
陕西科技大学毕业设计说明书作者：李旺学号：学院：兵团技师培训学院系(专业)：工业电气自动化题目：简易智能电动车指导者：马世强教师评阅者：2021年 4 月 26日目录摘要.......................................... 错误!未定义书签。
Abstract ........................................ 错误!未定义书签。
1 引言...........................................................2 方案设计.......................................................2.1 设计要求..................................................2.2 电动机的选择2.3 传感器的选择..............................................2.4 系统操纵的选择2.5 电动机驱动调速模块........................................3 硬件的设计与实现...............................................3.1 电动机PWM驱动模块的电路设计与实现 ........................3.2 避障模块的设计与实现......................................3.3 线路跟踪的设计与实现......................................4 软件的设计与实现...............................................4.1 软件所实现的功能4.2 软件设计原那么...........................................4.3 编程思路4.4 系统软件流程.............................................4.5 软件程序设计部份源程序5 性能测试与结果分析.............................................5.1 性能测试..................................................5.2 系统的调试及结果分析......................................致谢........................................................ 参考文献......................................................... 附录A 系统总电路图 ..............................................智能小车的设计与实现1引言随着汽车工业的迅速进展，关于汽车的研究也就愈来愈受人关注。
电子设计大赛智能小车
自动往返小车设计报告Design Report of Automatic Motor-Driven Car 安徽赛区小组成员：A,B,C指导老师: D摘要本系统以单片机SPCE061A为控制器，控制电动小车行驶方向，采用PWM脉宽调制技术控制小车的行驶速度。
采用红外光电开关和霍尔传感器分别对小车行驶的位置和距离跟踪检测，并将小车行驶的时间和距离等数据通过LCD显示器显示出来。
整个系统的电路结构简单，可靠性高。
关键词：智能控制，电动小车，PWM脉宽调制，光电检测，霍尔传感器，LCD显示AbstractThis system bases on the MCU (Micro Controlled Unit) SPCE061A to control the direction of the automatic motor-driven car, and uses the PWM (Pulse Width Modulation) technology to control the speed of the motors. The location and distance of the car are detected by the infrared ray photoelectric detector and Hall sensor. The running time and distance of the car are also displayed with LCD model meantime.The structure of the model is simple but reliable.Key words: Intelligent Control, Motor-driven Car, PWM, Photoelectric Detector, Hall sensor，LCD.目录一、系统方案的选择与论证A、系统基本方案1、控制器模块2、电机模块的选择3、电机驱动模块的选择4、距离检测模块5、黑线检测模块6、显示模块7、小车的选择8、电源的选择9、挡板检测模块B、系统各模块的最终方案C、系统总体设计框图二、系统主要电路设计1、直流电机驱动模块设计2、黑线检测电路设计3、路程检测电路设计4、LED显示电路5、稳压电源电路设计三、系统软件设计1、车底黑线检测设计2、PWM程序设计3、路程计算原理设计4、主程序流程图5、挡板检测流程图四、系统测试1、测试仪器2、计时测试3、路程测试4、限速区测试5、系统实现的功能6、结论五、总结六、参考文献 0七、附录一、系统方案的选择与论证A 、系统基本方案根据题目要求，系统可以划分为控制部分和信号检测部分。
简易智能电动车控制系统设计
简易智能电动车控制系统设计
摘要
随着技术的发展，智能电动车的研究日益受到关注，以及进入市场应用。
本文介绍了简易智能电动车控制系统的设计。
该系统以单片机为核心，结合传感器，电机驱动器，制动器等组成了一套完整的智能控制系统。
它
采用模糊控制技术，使得车辆能够自动实现转弯、转向、加速、制动等动作，以及实现自动避障等功能。
最后，在实验中证明，该系统能够较好地
实现智能化控制，提高电动车的智能度，从而达到安全驾驶的目的。
1.引言
随着技术的发展，以及社会的进步，智能化技术在不同领域都得到了
应用。
其中，智能电动车在包括交通在内的生活中越来越受欢迎，因为它
们拥有更高的安全性，更便捷的服务，以及更低的污染。
为此，研究和探
索智能控制系统就变得尤为重要。
电动车是一种装有电动机，通过电池来驱动的车辆。
传统的电动车需
要驾驶员来操控，无法实现自动控制。
而智能电动车就是针对这一问题，
通过控制系统设计，将传感器、电机驱动器以及制动器等设备完美的结合
起来，实现智能化控制，同时提高电动车的使用安全性。
电子设计竞赛报告_简易小车
简易智能电动车目录一、方案比较、设计与论证 (2)二、理论分析与计算 (5)三、电路图及设计文件 (6)四、程序设计思路与流程图 (10)五、测试方法、数据及结果分析 (12)六、设计总结 (14)七、主要测试仪器 (15)八、参考资料 (15)九、附件一（系统设计总电路图） (16)一、方案比较、设计与论证本设计基于闭环测量、控制的原理，通过传感器将检测信号反馈给微处理，实时监控小车的运动状态并显示必要信息。
利用微处理产生脉冲宽度调制（PWM）信号，通过驱动电路来控制直流电机的转动，从而实现小车的直线行走、左右拐弯、倒退、停止、躲避并绕过障碍物、自动寻找引导光源并定位等功能。
功能框图见图1。
整个设计关键在于传感器的选择和安装，这些传感器要能够给出准确的信号让微处理来控制小车的行走。
图11、小车的比较与选择常见的电动小车是两轮驱动，一个电机驱动后面两个轮子转动，另一个电机控制前面两个轮子转向。
它的缺点是：转弯的角度较大且固定，不能精确地控制转角的大小。
小车在运行时平稳性较差。
而四轮驱动的小车，左右两边的轮子分别由两个电机控制，可以通过改变左右电机的转速来控制小车的转向，转弯的角度可大可小，这种控制方法能够使小车平稳地实现拐弯的功能，运行时车身稳定、没有左右摇摆的现象。
综合两者的特点，我们在设计中选择了四轮驱动的小车，小车的尺寸为14cm ×25cm，完全符合题目中15cm×35cm的尺寸要求。
2、传感器的比较与选择(1)路径识别传感器要求准确识别黑线与白纸，给出识别信号。
常用的传感器有可见光光电传感器、红外光光电传感器、CCD光电传感器等。
我们经过比较，选用了体积小、抗干扰性强、价格便宜的红外光光电传感器GK-SB5，配以外围电路可准确实现识别黑色和白色的功能。
GK-SB5使用的是红外光发射和接收，受外界环境的影响较小，另外GK-SB5体积较小，便于调节位置，以适应识别不同宽度黑线的需要。
第六届全国大学生电子设计竞赛题目(2003年)
第六届（2003年）全国大学生电子设计竞赛题目电压控制LC 振荡器（A 题）一、任务设计并制作一个电压控制LC 振荡器。
二、要求1、基本要求（1）振荡器输出为正弦波，波形无明显失真。
（2）输出频率范围：15MHz～35MHz。
（3）输出频率稳定度：优于10-3。
（4）输出电压峰-峰值：V p-p=1V±0.1V。
（5）实时测量并显示振荡器输出电压峰-峰值，精度优于10％。
（6）可实现输出频率步进，步进间隔为1MHz±100kHz。
2、发挥部分（1）进一步扩大输出频率范围。
（2）采用锁相环进一步提高输出频率稳定度，输出频率步进间隔为100kHz。
（3）实时测量并显示振荡器的输出频率。
（4）制作一个功率放大器，放大LC 振荡器输出的30MHz 正弦信号，限定使用E=12V 的单直流电源为功率放大器供电，要求在50Ω纯电阻负载上的输出功率≥20mW，尽可能提高功率放大器的效率。
（5）功率放大器负载改为50Ω电阻与20pF 电容串联，在此条件下50Ω电阻上的输出功率≥20mW，尽可能提高放大器效率。
（6）其它。
三、评分标准四、说明1、需留出末级功率放大器电源电流I C0(或I D0)的测量端，用于测试功率放大器的效率。
宽带放大器（B 题）一、任务设计并制作一个宽带放大器。
二、要求1、基本要求（1）输入阻抗≥1kΩ；单端输入，单端输出；放大器负载电阻。
（2）3dB 通频带10kHz～6MHz，在20kHz～5MHz 频带内增益起伏≤1dB。
（3）最大增益≥40dB，增益调节范围10dB～40dB（增益值6 级可调，步进间隔6dB，增益预置值与实测值误差的绝对值≤2dB），需显示预置增益值。
（4）最大输出电压有效值≥3V，数字显示输出正弦电压有效值。
（5）自制放大器所需的稳压电源。
2、发挥部分（1）最大输出电压有效值≥6V。
（2）最大增益≥58dB (3dB 通频带10kHz～6MHz，在20kHz～5MHz 频带内增益起伏≤1dB)，增益调节范围10dB～58dB（增益值9 级可调，步进间隔6dB，增益预置值与实测值误差的绝对值≤2dB），需显示预置增益值。
全国大学生电子设计竞赛题目类型简介
全国大学生电子设计竞赛题目分析全国大学生电子设计竞赛题目类型简介由国家教委高教司倡导并组织的全国大学生电子设计竞赛从1994年的首届试点到2003年已经成功地举办了6届。
从6届电子设计竞赛的试题来看，可以归纳成7类，即：（1）电源类：简易数控直流电源（第一届），直流稳压电源（第三届）；（2）信号源类：实用信号源的设计和制作（第二届），波形发生器（第五届），电压控制LC振荡器（A题）（第六届）；（3）高频无线电类：简易无线电遥控系统（第二届），调幅广播收音机（第三届），短波调频接收机（第四届），调频收音机（第五届）；（4）放大器类：实用低频功率放大器（第二届），高效率音频功率放大器（第五届），宽带放大器（B题）（第六届）；（5）仪器仪表类：简易电阻、电容和电感测试仪（第二届），简易数字频率计（第三届），频率特性测试仪（第四届），数字式工频有效值多用表（第四届），简易数字存储示波器（第五届），低频数字式相位测量仪（C题）（第六届），简易逻辑分析仪（D题）（第六届）；（6）数据采集与处理类：多路数据采集系统（第一届），数字化语音存储与回放系统（第四届），数据采集与传输系统（第五届）。
（7）控制类：水温控制系统（第三届），自动往返电动小汽车（第五届）；简易智能电动车（E题）（第六届）；液体点滴速度监控装置（F题）（第六届）。
从以上试题可见，试题具有实用性强、综合性强、技术水平发挥余地大的特点。
涉及到的电子信息类专业的课程有：低频电路、高频电路、数字电路、微机原理、电子测量、单片机、可编程逻辑器件、EDA设计等；实践性教学环节有：电子线路实验课、微机原理实验课、课程设计、生产实习等；可选用的器件有：晶体管、集成电路、大规模集成电路、单片机、可编程逻辑器件等；设计手段必须采用现代电子设计方法与开发工具，如VHDL语言、Xilinx Foundation Series EDA工具、单片机编程器等。
不难看出，电子设计竞赛的试题既反映了电子技术的先进水平，又引导高校在教学改革中应注重培养学生的工程实践能力和创新设计能力。
简易智能电动车 毕业设计
毕业设计(论文)中文摘要简易智能电动车摘要:本小车以MSP超低功耗单片机系列MSP430F149和MSP430FE425为核心，完成寻迹、检测金属、避障、寻光、测速等功能。
在机械结构上，对普通的小车作了改进，即用一个万用轮来代替两个前轮，使小车的转向更加灵敏。
采用PWM 驱动芯片控制电机，红外传感器检测黑线，金属传感器检测铁片，光敏器件检测光强，红外LED和一体化接收头来避障。
基于可靠的硬件设计和稳定的软件算法，实现题目要求。
而且附加实现显示起跑距离、行驶时间、检测金属数目等扩展功能。
关键词：MSP430 寻迹检测金属避障寻光毕业设计(论文)外文摘要Title: Simple Intelligent CarAbstract: This design is controlled with the MCU(MSP430F149,MSP430FE425) to complete the function of finding trace, detecting medal, avoiding barrier, tending to light and measure speed. By using infrared sensor to locate the trace、photoelectricity sense to measure the light、metal sensor to detect the metal and ultrasonic wave sensor to avoid the barrier. Based on the reliable hardware and software designing,this design is well fulfilled. In addition, such extended functions as measuring thedistance and recording the running-time are completed well. On the level of machine structure, we use a perfect wheel to make the car turning more convenience.Key words:MSP430 find trace detect medal avoid barrier and tend to light目录1 引言 (4)2 系统设计 (4)2.1 设计要求 (4)2.1.1 基本要求 (4)2.1.2发挥部分 (4)2.2方案论证与比较 (5)2.2.1电机驱动方案的选择与论证 (5)2.2.2路面寻线模块 (5)2.2.3金属检测模块 (5)2.2.4寻光模块 (5)2.2.5避障模块 (5)3硬件电路设计 (6)3.1 主控制模块 (6)3.2 电机驱动模块 (8)3.3 寻迹模块 (9)3.4 金属检测模块 (11)3.5 寻光避障模块 (11)3.6 测距和显示模块 (12)3.7电源模块 (13)4软件设计 (14)4.1 寻迹算法 (14)4.2 寻光，避障算法 (16)4.3串口通信 (20)5.系统测试 (22)5.1测试用仪表： (22)5.2测试数据： (22)结论 (23)致谢 (23)参考文献 (23)附录 (24)附件1：使用TI芯片 (24)附件2：元器件清单 (24)附件3：实物及PCB 图片 (25)1 引言随着素质教育的越来越被重视，很多学校都把制作智能小车作为首选课题，智能小车有趣生动并且还牵扯到机械结构、电子基础、传感器原理、自动控制、单片机、编程等诸多学科知识，学生通过动手实践能大大提高解决实际问题的能力，而且智能小车还是一个很好的硬件平台，只要增加一些控制电路就能完成循迹小车，机器人等课题。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2003年全国大学生电子设计竞赛
简易智能电动车
简易智能电动车（E题）
摘要：简易智能电动车由一个电动玩具车改造而成。
系统的控制部分以单片机为核心，通过对前向通道各种传感器信号的采集、处理，较好地实现了后向通道驱动及转向电机的运动控制和相关信息的处理、显示和声光报警。
关键词：电动车，路径跟踪，避障，光源引导
本系统要求设计并制作一个简易智能电动车，其行驶路线示意图如图1所示：
图1 智能电动车行驶路线示意图
1 设计方案包括基本要求，发挥部分及其它创新部分
总电路框图如图2所示： 1．1 基本要求
① 电动车从起跑线出发（车体不得超过起跑线）、沿宽度为2cm 的黑色引导线到达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，立即发出声光指示信息，并实时存储、显示在“直道区”检测到的薄铁片数目。
② 电动车到达B 点后进入“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 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。
电动车必须在两个障碍物之间通过且不得与其接触。
跑线
④电动车完成上述任务后立即停车，全程不得超过90秒，行驶时间达到90秒时立
即自动停车。
图2 系统总体框图
1．2 发挥部分和创新部分
①电动车在“直道区”行驶过程中，我们存储并显示出了每个薄铁片（中心线）至起跑线间的距离。
②电动车进入停车区域后，能准确驶入车库中。
③停车后，能准确显示全程行驶时间及成功或完成信息。
2 单元电路的方案论证与电路参数计算
2．1 线路跟踪电路
方案一：采用CCD单色摄像头，配计算机主板及图像采集卡。
对白背景下，黑线的识别，目前做的比较成熟，效果相当好。
但成本高，很难找到合适的载体。
方案二：采用颜色传感器。
目前颜色传感器的应用，越来越广泛，效果也可以。
但几百元的价格及相对复杂的处理电路，并且还需要光源，所以也不是一个很好的选择。
方案三：采用一左一右两个红外发射接收对管。
该传感器不但价格便宜，容易购买，而且处理电路（如图3所示），简单易行，实际使用效果很好，能很顺利地引导小车到达C点。
在该电路中，加比较器LM311的目的，是使模拟量转化为开关量，便于处理。
为
使发射有一定的功率，发射回路要求不小于20mA 的电流。
根据 mA R I 201
7
.15>-=
，故可选择R1=150Ω。
启动时，小车跨骑在黑线上。
两个红外发射接收对管，分别安装在黑线的两侧的白色区域，输出为低电压，当走偏，位于黑线上时，输出为高电压。
因黑线较窄（2cm ），为及时调整车的方向，选择比较器的阀值为2.5v ，即黑白相间的位置，即开始调整。
实验表明，效果较理想
+5v
+5v
图3 红外发射接收对管处理电路
2．2 避障电路
方案一：采用激光传感器测距。
能非常准确地测出小车与障碍物的距离，但价格也高，处理复杂，不符合我们的要求。
方案二：采用超声传感器。
进口的超声传感器，换能器薄，并且带处理电路，输出与距离成比例的模拟信号，通过AD 转换，可获得距离信息，价格贵。
也有一些较简单的超声传感器及处理电路，能输出开关量信息，价格也不贵，是一个好的选择，但由于没买到现成的处理电路，平常又没有做过这种电路，时间紧，故未采用。
方案三：采用左右两个红外传感器。
红外传感器，是目前使用比较普遍的一种避障传感器，其处理电路如图4所示，通过调节R23、R24两个电位器，可调节两个红外传感器的检测距离为10—80cm ，开关量输出（TTL 电平），简单、可靠。
我们采
用这种电路，能可靠地检测左前方、右前方、前方的障碍情况，为成功避障提供了保证。
D9
图4 红外发射及接收处理电路
2．3 光源检测电路
为了检测光线的强弱，我们在小车左前方、右前方加了2只光敏传感器，即光敏电阻。
电路如图5所示。
光敏传感器根据照射在它上面的光线的强弱，阻值发生变化，输出电压随之变化，通过ADC0809后，得到与光强相对应的数字量，从而引导小车，向光源靠近。
不同型号的光敏电阻，暗电阻及亮电阻差别较大，需根据不同参数的光敏电阻，选用不同大小的分压电阻。
+5v
04图5 光源检测电路
2．4 金属检测电路
采用了一只涡流型铁金属探测传感器，型号：LJ18A3-8-Z/BX。
可靠探测距离，
小于8cm。
2．5 电机驱动电路
电动小车的本身自带的换向及驱动电路，相当粗糙，电机的特性也很不好，不能调速。
电压低了，速度慢，驱动力矩小，走不动；电压高时（刚换上电池时），速度又很快，难以调整。
在这上面，花费了不少的时间，效果很不好。
最后，决定对小车的电机及驱动电路，进行了更换。
后轮采用了一对减速直流电机，其驱动电路如图6所示。
采用PWM控制，可较方便的对电机进行调速。
+-
图6 电机驱动电路
2．6 液晶显示电路
液晶显示器，选用的是16X2点阵字符型显示器，功耗低，小巧、美观。
2．7 电源电路
电动车可提供9V的电源（6节干电池）。
控制系统使用5V的电源，采用了LM7805进行DC/DC变换。
3 软件设计
3．1 软件所实现的功能
①路线跟踪
②障碍检测
③寻找光源
④金属探测，数目存储、显示
⑤运行时间显示
⑥起跑线与金属铁片中心点间的距离计算与显示
3．2 软件流程
系统的主程序流程框图如图7所示。
图7 系统的主程序流程框图
4测试方法与仪表
4．1 测试仪表
秒表两块，刻度尺
4．2 测试方法
◆将汽车放于起跑线，开启电源开关。
小车响第2次声音时，开始前行，第一
块秒表开始计时；
◆运行到C点停车时，第二块秒表开始计时，到车离开C点第二块秒表停止计
时，记录停在C点的时间；
◆汽车到终点区即入库停车，第一块秒表停止计时，记录总运行时间。
读出并
记录此时液晶显示的的时间；
◆在“直道区”引导线下分别埋设1、2或3块薄铁片，每次均用直尺测出并记
录该铁片的中心距起跑线的距离；在汽车运行至该铁片发出声光报警时，读出此时液晶显示的距离并记录。
4．3 测试数据及测试结果分析
◆测试条件
按照题目给定的尺寸，在实验室自做场地，白天和晚上分别测试。
◆测试数据
总共进行20次测量，白天和晚上各10次。
20次中，汽车停留在C点时间，实测值与秒表均为5秒，相对误差和绝对误差为0。
汽车运行总时间测量数据如下表：
绝对误差：最大为1秒；
测试结果表明：晚上明显比白天效果要好。
白天，偶尔会有失败的情况。
距离测试
5参考文献
[1]余永权. Flash 单片机原理及应用. 北京：电子工业出版社，1997
[2] 王福瑞等编著。
单片微机测控系统设计大全。
北京航空航天大学出版社，1999
[3] 李华。
MCS-51系列单片机使用接口技术。
北京航空航天大学出版社，1990
[4] 何立民。
单片机应用系统设计。
北京航空航天大学出版社，1993
[5] 方佩敏。
新编传感器原理应用电路详解。
北京：电子工业出版社，1994
[6] 黄继昌等。
传感器工作原理及应用实例。
北京：人民邮电出版社，1998。
[7] 纪宗南。
单片机外围器件实用手册输入通道器件分册。
北京航空航天大学出
版社，1998。