电子设计大赛论文材料.doc

测距模块
方案一：采用一体化红外接收头即光电开关（DC30C4），此光电开关可实现最远30cm障碍物检测，电路设计简单，其输出信号为数字量即0或1，容易实现与单片机的连接。
方案二：超声波传感器通过发射纵波，超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射产成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应，监视测量发射脉冲和接受脉冲的时间差，从而完成测距。具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。
方案选择：由于本设计需要持续性测距且对精度要求较高，我们选择了方案二，通过超声波传感器进行距离检测。

控制模块：
方案一：选用51系列单片机，结构熟悉，编程相对容易，但由于多次利用，发现资源空间较少，对于更多更复杂的功能控制，很难实现，所以弃用。
方案二：以ATmega16L单片机为核心。与51系列相比，其空间资源更多，容易生成PWM电机控制信号，内部集成A/D转换模块，使用方便，功能强大。
方案选择：由于整个控制系统需要充分的空间资源：遥控模块，显示模块，驱动电机模块，趋光模块，避障模块，基于经济和实用功效考虑，使单片机的资源得到充分利用，选用Atmega16L单片机是最合适的。

电源模块
方案一：整个系统都采用同一电源电路，因此电路连接比较简单。但是由于电动机启动瞬间需求电流很大，而且给定脉冲信号驱动的电机电流波动较大，会造成干扰，对单片机系统造成严重的干扰，缺点明显。
方案二：双电源供电，将电机驱动电源（12V）和单片机的供电电源（5V）完全隔开，这样 设计可以彻底消除电机驱动所造成的干扰，降低主控制板的负载，提高了系统的稳定性。基于上述考虑，所以选择方案二。

电机模块
方案一：采用直流电机控制运动，直流电机力量大，能获得较大的启动转矩，转动速度快，但由于存在机械触点，直流电机容易产生噪声， 而且单独使用时不能完成位置控制，需要配以传感器才能控制定位，增加了系统的复杂度。
方案二：采用步进电机控制悬挂物体的准确运动，步进电机能精确定位，通过给定的脉冲周期，能够以任意速度转动，定距运动较精确。虽然步进电机不能高速转动，但根据题目要求的时间和移动距离，步进电机完全能够符合要求，是该种要求下广泛使用的一种电机。基于上述理论分析，我们选择方案二。

电机驱动模块
方案一：使用专用电机驱动芯片，专用驱动芯片内部的压降一般比较低，在驱动电路上的功耗较低，如L297和L298构成的驱动模块。因此是一种比较合适的选择。
方案二：基于PWM原理的H型桥式驱动电路，由四个大功率晶体管组成H型桥式电路构成。四部分晶体管以对角组合分为两组：根据两个输入端的高低电平决定晶体管的导通和截止。4个二极管在电路中。起防止晶体管产生反向电压的保护作用。4个电感在电路中是起防止电动机两端的电流和晶体管上的电流过大的保护作用。此方案电路较为复杂。
本系统选择了方案一。

显示模块
方案一：采用LED数码管显示器，LED 数码管亮度高，醒目，但是其电路复杂，占用资源较多，显示信息量较小。
方案二：采用汉字LCD1602液晶显示器，LCD有明显的优点：微功耗、显示信息量大、字迹清晰、美观、视觉舒适；可以用中文LCD液晶进行菜单显示，使整个控制系统更加人性化。基于上面的比较分析，决定选用方案二。

输入模块（4*4矩阵键盘）
选用自制矩阵键盘，占用单片机的端口少，节约单片机的硬件资源，电路设计较为复杂，开发时间相对较长，软件设计也相对复杂，主要针对多键盘设计，适用于控制要求高、控制功能多的系统。而此系统需要充分调节物体的位置，所以需要4*4的矩阵键盘来完成所需的功能。

循迹模块
方案一：线阵CCD获取二维图像，必须配以扫描运动，在此过程中，线阵CCD在电机驱动下水平前移，按照固定的时间间隔采集一行图像。从理论上讲，电机运动速度应该是匀速的；CCD采集图像的时间间隔主要取决于光积分时间，也应该是相等的，因此行距应该是相等的，但由于电机运动产生的振动、启停过程中速度的变化，特别是机械传部分的误差都会影响采集行距的一致性，同时，线阵CCD 自身光积分时间也会影响采集行距。
方案二：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。
方案三：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。因此我们选择了方案3。

趋光模块：
方案一：利用光敏二极管或光敏三极管，实现光源的跟踪，以三极管为例说明，采用3DU5光敏三极管，利用光线照射基极感光面，实现三极管的导通，进而利用分压电路，采集信号，进入单片机的A/D转换，实现光源的跟踪，控制灵敏，可实现长距离的检测光源，缺点是受干扰严重。
方案二：采用光敏电阻实现光源的跟踪，硬件电路与三极管连接相似，可实现快速性，容易检测电阻的变化，受干扰较小，缺点是检测距离短。
方案选择：选择方案二，因为自然光线较强，若选用三极管受干扰太强，很难实现光源的跟踪控制，而我们的控制需实现较小光照条件下跟踪，且光源距离可变，没有长距离要求。