雙車追逐與超車系統(tǒng)(B題)
【本科組】
1系統(tǒng)設(shè)計
1.1 設(shè)計要求
1.1.1 總體要求設(shè)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(nèi)同向而行,實現(xiàn)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(qū)時視為雙車追逐結(jié)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(chǔ)要求(2)時的行駛時間小于10秒(10分)。
(4)完成基礎(chǔ)要求(2)后,乙車通過超車標志線后在超車區(qū)內(nèi)實現(xiàn)超車功能,并先于甲車到達終點標志線,即實現(xiàn)乙車超過甲車,若超車時間小于5秒,得25分。(25分)。
1.1.3 發(fā)揮部分(1)在完成基礎(chǔ)要求(4)后,甲,乙兩車繼續(xù)行駛第二圈,要求甲車通過超車標志線后實現(xiàn)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(tǒng)方案本系統(tǒng)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(qū)動電機的論證與選擇方案一:采用直流電機作為系統(tǒng)的主要動力機構(gòu),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(shè)計要用到兩個電機相互配合來控制小車轉(zhuǎn)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(xiàn)。
方案二:舵機。 舵機體積小, 安裝方便,其轉(zhuǎn)動的角度用脈沖來進行控制,能做到精確轉(zhuǎn)動,且轉(zhuǎn)動力矩比同質(zhì)量的直流電機或步進電機都大,轉(zhuǎn)動的范圍有限, 不適合本系統(tǒng)。
方案三:采用步進電機作為系統(tǒng)的主要動力機構(gòu),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(zhuǎn)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(yīng)題目要求,按鍵作為人機交互模塊,光電傳感器對賽道數(shù)據(jù)進行采集。這兩個模塊固定。
3系統(tǒng)總體設(shè)計3.1系統(tǒng)硬件的設(shè)計3.1.1系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)總體框圖如圖所示
圖3.1 系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(tǒng)的執(zhí)行端。
圖3.4 步進電機實物圖
圖3.5 步進電機驅(qū)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(tǒng)軟件的設(shè)計3.2.1程序功能描述與設(shè)計思路1、程序功能描述
根據(jù)題目要求軟件部分主要實現(xiàn)按鍵控制小車按指定距離走完一圈和超車功能。
2、程序設(shè)計思路
我們從系統(tǒng)設(shè)計出發(fā),根據(jù)硬件系統(tǒng)設(shè)計,將軟件設(shè)計分為硬件層、驅(qū)動層、應(yīng)用層。這樣設(shè)計符合模塊化思想,有助于代碼調(diào)試、閱讀、學(xué)習(xí)。
3.2.2程序流程圖1、主程序流程圖
2、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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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