1、2016年TI杯大學生電子設計大賽自動循跡小車（C題）【本科組】摘要：該系統以STM32F103VET6和89C52單片機為控制核心，采用了比賽指定的LDC1000電感傳感器來探測鐵絲和硬幣，通過單片機產生的PWM和LM298模塊控制電機，通過光耦傳感器測量小車輪胎轉動圈速，并應用LCD1602顯示模塊，以LM2596S為核心的電源電路為系統供電，從而實現了電動小車循跡、檢測到硬幣后蜂鳴器發出聲響和實時顯示小車行駛的距離和運行時間等功能。整個系統的電路結構簡單明了，可靠性能高，多次實驗測試結果滿足基本要求和大部分發揮部分的要求。關鍵詞：STM32F103VET6 89C52 LDC1000 智

2、能小車一、 方案論證1.方案選擇1.1電機驅動方案的選擇 方案一：采用繼電器對電動機的開或關進行控制，通過開關的切換對小車進行調整，此方案的優點是電路較為簡單，缺點是繼電器的響應時間慢，易損壞，壽命較短，可靠性不高。 方案二：采用專用L298N作為電機驅動。L298N是一個具有高電壓大電流的全橋驅動，它相應頻率高，一塊L298N可以分別控制兩個直流電機。用該模塊驅動電機，操作方便，穩定性好，性能優良。 因此決定采用方案二。1.2電機的選擇 方案一：采用步進電機，步進電機具有快速啟動和停止能力，其轉換靈敏度比較高，正轉、反轉控制靈活。但是步進電機的價格比較昂貴，且該實驗對小車速度等沒有特殊要求，

3、因而，不選取該方案。 方案二：采用普通的直流電機。直流電機具有優良的調速特性，調速平滑、方便。調整范圍廣，過載能力強，能承受頻繁的沖擊負載，可實現頻繁的無極快速啟動、制動和反轉。可以滿足實驗要求。 因此選擇方案二1.4探測線圈的選擇方案一：使用TI公司生產的LDC1000模塊自帶的PCB線圈，其優點是布線精致，感應靈敏，但其探測范圍小，對小車探測載體的機械結構要求較高。方案二；使用自制線圈，其優點是檢測范圍大，但其精度不夠高，且繞制難度較高。綜合考慮，選擇方案一。1.5主控芯片的選擇方案一:采用51單片機，操作簡單，功耗低，廉價，但IO口不足，運行速率較低，無法控制LDC1000。方案二：采用

4、STM32單片機，高性能，低功耗，還有較多IO口，但操作相對較難。經過綜合評測，采用STM32控制小車循跡，51控制小車的實時顯示的方案。2.方案描述根據題目的要求，設計任務是通過使用TI公司生產的LDC1000電感數字轉換器作為循跡傳感器，在規定的平面跑道上自動按順時針方向循跡前進，并對沿路檢測到的硬幣產生聲光提示，而且實時顯示路程與時間。為了完成上述功能，將整個系統設計為四個基本模塊，電機控制模塊，信號采集與檢測模塊，檢測提醒模塊實時路程與時間顯示模塊，其中電機控制模塊由穩壓電源電路，L298N驅動電路兩部分組成，信號采集與檢測模塊由小車正前方的掃描載體和LDC1000傳感器構成的金屬探頭

5、組成，檢測提醒模塊包括聲光報警電路，實時路程與時間顯示模塊是通過光耦傳感器采集實時路程傳輸給ST89C52，通過處理使LCD1602顯示路程與時間。整個系統的總框圖如下圖所示STC89C52STM32F103VET6光耦傳感器L298N驅動蜂鳴器與小燈LCD1602小車LDC1000傳感器圖1 系統總體框圖本系統核心模塊是信號采集與檢測模塊，機械架構的穩定性決定了金屬探頭采集的精確度，采用將LDC1000使用螺母固定在小車的正前方的結構具有很好的穩定性并可以根據鐵絲的高度實時調節探頭的高度，檢測裝置的，結構和控制算法相對較為簡單。2、 理論分析與計算2.1探測器組成方案與工作原理分析 LDC1

6、000的原理就是電磁感應，其只需要外接一個PCB線圈或者自制線圈就可以實現非接觸式電磁檢測。在PCB線圈或者自制線圈中加上交變電流，線圈周圍就會產生交變磁場。這時，如果有金屬物體的進入磁場，將會在金屬的表面產生渦流。渦流電流跟線圈的電流方向相反，產生的電磁場與線圈產生的相反。所以，渦流是金屬物體距離，大小，成分的函數。渦流產生的反向磁場與線圈耦合在一起，就象是有另一個次先線圈一樣，這樣就形成一個變壓器。由變壓器的互感作用，在初級線圈的這一側就可以檢測到次級線圈的參數。所以當有金屬物體接近時，就會使傳感器的數值發生變化，對這一變化進行判斷便可得知小車是否在正確的軌道上。2.2檢測與控制算法上電后

7、，先檢測傳感器返回的數值并保存，以應對不同環境下傳感器返回數值不同的情況，然后比較保存的數值與設定好的值（即探頭感應到鐵絲的阻抗）比較，若不相等則通過STM32輸出PWM波進而控制輪子的轉速，使得小車左右掃描，找到合適的數值即鐵絲的位置進而繼續前進，當遇到硬幣的時候，由于所保存的參數會發生較大的變化，進而進行聲光提示，即可順利循跡。當小車前進時，在電機一側安裝了光耦傳感器，可以實時返回光柵的遮光次數，通過STC89C52的處理，即可輸出實時路程，通過內部定時器進行對時間的計時，即可在LCD1602上顯示實時路程與時間。3、 電路與程序設計1.電路設計圖2 L298N電機驅動電路圖3 1602顯示屏電路圖4 STM32F103VET6連接電路圖5 LDC1000連接電路2程序設計開始運行判斷ADC碼值是否大于設定值增加擺動角度否小車左轉一個幅度，再右轉回來繼續右轉一個幅度，在左轉回來轉動的同時進行檢測是判斷是否達到硬幣設定值否判斷ADC碼值是否大于設定值是是進行聲光提示直行 圖6 程序流程圖4、 測試方案與測試結果1. 軟件仿真測試圖7 無鐵絲情況下檢測到的ADC碼值圖8 有鐵絲情況下檢測到的ADC碼值2. 實際運行測試在地面上使用0.7mm鐵絲模擬賽道；在沿賽道隨機擺放硬幣，測