雙車追逐與超車系統(B題)
【本科組】
1系統設計
1.1 設計要求
1.1.1 總體要求設計兩輛智能小車。甲車車頭緊靠起點標志線,乙車車尾緊靠邊界,甲、乙兩輛小車同時啟動,先后通過起點標志線,在行車道內同向而行,實現雙車追逐與超車功能,跑道如圖1所示。
圖1.1 跑道圖
1.1.2 基本部分(1)甲車、乙車分別從起點標志線開始,在行車道各正常行駛一圈(15分)。
(2)甲、乙兩輛小車在圖1所示位置同時啟動,開始雙車追逐,在甲車通過超車標志區時視為雙車追逐結束。此過程中,兩車間距始終小于30cm(20分)。
(3)甲、乙兩車在完成基礎要求(2)時的行駛時間小于10秒(10分)。
(4)完成基礎要求(2)后,乙車通過超車標志線后在超車區內實現超車功能,并先于甲車到達終點標志線,即實現乙車超過甲車,若超車時間小于5秒,得25分。(25分)。
1.1.3 發揮部分(1)在完成基礎要求(4)后,甲,乙兩車繼續行駛第二圈,要求甲車通過超車標志線后實現超車功能(20分)。
(2)甲,乙兩車行駛第二圈總時間不超過10秒(10分)。
2系統方案本系統主要由輸入模塊、輸出模塊、人機交互模塊組成,下面分別論證這幾個模塊的選擇。
2.1 驅動電機的論證與選擇方案一:采用直流電機作為系統的主要動力機構,直流電機是日常生活中比較常用 的電機類型,可以采用L298N 芯片對直流電機的控制,但直流電機無法精確控制;本次設計要用到兩個電機相互配合來控制小車轉彎的角度以及雙車追逐之間的距離,要求很高的精度,直流電機較難實現。
方案二:舵機。 舵機體積小, 安裝方便,其轉動的角度用脈沖來進行控制,能做到精確轉動,且轉動力矩比同質量的直流電機或步進電機都大,轉動的范圍有限, 不適合本系統。
方案三:采用步進電機作為系統的主要動力機構,步進電機通過脈沖控制,每次可以走一個很小的角度,這就可以滿足本題精確控制小車轉彎的角度以及雙車追逐之間的距離的要求。
綜合以上三種方案,選擇方案三。
2.2 人機交互與輸入模塊的論證與選擇 應題目要求,按鍵作為人機交互模塊,光電傳感器對賽道數據進行采集。這兩個模塊固定。
3系統總體設計3.1系統硬件的設計3.1.1系統總體框圖系統總體框圖如圖所示
圖3.1 系統總體框圖
3.1.2 輸入模塊與電路原理圖 光電傳感器作為數據采集端。
圖3.2 紅外光電傳感器實物圖
圖3.3 紅外光電傳感器原理圖
3.1.3 輸出模塊與電路原理圖 步進電機空系統的執行端。
圖3.4 步進電機實物圖
圖3.5 步進電機驅動電路圖
3.1.4 人機交互模塊與電路原理圖 按鍵KEY用于人機交互。
圖3.6 按鍵電路圖
3.2系統軟件的設計3.2.1程序功能描述與設計思路1、程序功能描述
根據題目要求軟件部分主要實現按鍵控制小車按指定距離走完一圈和超車功能。
2、程序設計思路
我們從系統設計出發,根據硬件系統設計,將軟件設計分為硬件層、驅動層、應用層。這樣設計符合模塊化思想,有助于代碼調試、閱讀、學習。
3.2.2程序流程圖1、主程序流程圖
2、轉圈與追逐功能流程圖

3、超車功能流程圖
4、直走子程序流程圖
5、轉彎子程序流程圖
6、超車子程序流程圖
附錄1:源程序
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