基于cpld的智能小車(chē)循跡

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1、揚(yáng)州大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì)題目：智能小車(chē)循跡控制系統(tǒng)課程：電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)：班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：***指導(dǎo)教師：鄭老師完成日期：20**年11月26日19目錄1.任務(wù)及要求課程任務(wù)及其功能3設(shè)計(jì)要求3課程設(shè)計(jì)的時(shí)間安排32.整體方案及特點(diǎn)智能小車(chē)循跡總體方案4設(shè)計(jì)的思路及其特點(diǎn)43.各組成部分的電路結(jié)構(gòu)及工作原理紅外循跡模塊設(shè)計(jì)4電源模塊設(shè)計(jì)6CPLD模塊設(shè)計(jì)6驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)7直流電機(jī)84.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)105.CPLD控制模塊內(nèi)個(gè)單元模塊的設(shè)計(jì)PWM10主要控制模塊116.CPLD控制模塊的頂層電路圖原

2、理圖14仿真波形147.系統(tǒng)總裝配圖158.實(shí)驗(yàn)照片159.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1610.調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決1611.改進(jìn)意見(jiàn)及收獲體會(huì)1712.器材1713.使用儀器設(shè)備1814.參考文獻(xiàn)1819一、任務(wù)及要求1、課程任務(wù)及其功能設(shè)計(jì)智能小車(chē)循跡控制系統(tǒng)（1）小車(chē)可完成前進(jìn)、轉(zhuǎn)向等行駛方式；（2）小車(chē)在底盤(pán)安裝四組紅外傳感器；（3）系統(tǒng)根據(jù)紅外傳感器提供的信息測(cè)算小車(chē)與地面深色路徑的偏離程度；（4）當(dāng)小車(chē)偏離地面深色路徑時(shí)自動(dòng)以轉(zhuǎn)小彎、轉(zhuǎn)大彎的運(yùn)動(dòng)方式調(diào)整小車(chē)的行進(jìn)軌跡,完成自動(dòng)循跡的運(yùn)動(dòng)方式。2、設(shè)計(jì)要求（1）要

3、求用可編程邏輯器件（FPGA/CPLD）設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；（2）在實(shí)驗(yàn)箱上或印刷電路板上安裝、調(diào)試出所設(shè)計(jì)的電路；（3）在EDA編程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上完成硬件系統(tǒng)的功能仿真；（4）寫(xiě)出設(shè)計(jì)、調(diào)試、總結(jié)報(bào)告。3、課程設(shè)計(jì)的時(shí)間安排1）方案設(shè)計(jì)；(1.5天)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給定的技術(shù)指導(dǎo)和條件，進(jìn)行調(diào)查研究、查閱參考文獻(xiàn)，進(jìn)行反復(fù)比較和可行性論證，確定出方案電路，畫(huà)出主要單元電路，數(shù)據(jù)通道，輸入、輸出及重要控制信號(hào)概貌的框圖。2)電路設(shè)計(jì)：(2天)根據(jù)方案設(shè)計(jì)框圖，并畫(huà)出各單元電路的詳細(xì)電路圖及總體電路圖。3)電路仿真：（2.5天）熟

4、悉EDA工具，在EDA軟件平臺(tái)上修改設(shè)計(jì)的電路，給出正確的仿真結(jié)果。4)裝配圖設(shè)計(jì)：(1天)根據(jù)給定的元器件，結(jié)合邏輯電路圖，設(shè)計(jì)出電路制作的具體裝配圖(即繪出組件數(shù)量，管腳號(hào)以及器件布置的實(shí)際位置)。同時(shí)配以必要的文字說(shuō)明。5）電路制作：(2天)對(duì)選定的設(shè)計(jì)，按裝配圖進(jìn)行裝配，調(diào)試實(shí)驗(yàn)。6)總結(jié)鑒定：(1天)19考核樣機(jī)是否全面達(dá)到現(xiàn)定的技術(shù)指標(biāo)，能否長(zhǎng)期可靠地工作，并寫(xiě)出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。二、整體方案及特點(diǎn)1、智能小車(chē)循跡總體方案電源模塊驅(qū)動(dòng)模塊CPLD控制模塊左右尋跡信號(hào)直流電機(jī)紅外尋跡模塊2、設(shè)計(jì)的思路及其特

5、點(diǎn)在智能尋跡小車(chē)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，以CPLD為核心，用L298N驅(qū)動(dòng)兩個(gè)減速電機(jī)，當(dāng)產(chǎn)生信號(hào)驅(qū)動(dòng)小車(chē)前進(jìn)時(shí)，是通過(guò)尋跡模塊里的紅外對(duì)管是否尋到黑線(xiàn)產(chǎn)生的電平信號(hào)通過(guò)電壓比較器LM339返回到CPLD，然后CPLD根據(jù)程序設(shè)計(jì)的要求做出相應(yīng)的判斷送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，讓小車(chē)來(lái)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停車(chē)等基本功能。三、各組成部分的電路結(jié)構(gòu)及工作原理1、紅外尋跡模塊的設(shè)計(jì)（1）電路結(jié)構(gòu)19發(fā)射部分接收部分（2）工作原理該系統(tǒng)中的尋線(xiàn)模塊我們采用的是紅外傳感器。它有一個(gè)發(fā)射管（白色）和一個(gè)接收管（黑色），一般情況下接收管能收

6、到發(fā)射管發(fā)送的紅外光，但當(dāng)遇到吸光介質(zhì)（如黑色物體）時(shí)接收管便不能收到發(fā)射管的紅外光。因?yàn)閭鞲衅鬏敵龆说玫降氖悄M電壓信號(hào)，所以在輸出端增加了電壓比較器LM339，先將輸出電壓與2.5V進(jìn)行比較（檢測(cè)到黑線(xiàn)時(shí)輸出低電平，發(fā)光二極管不亮；檢測(cè)到白線(xiàn)時(shí)輸出高電平，發(fā)光二級(jí)管亮），再送給CPLD處理和控制。本設(shè)計(jì)中，為使小車(chē)尋線(xiàn)穩(wěn)定，最好選擇差異較大的環(huán)境，例如在白地板上貼上黑線(xiàn)，可使紅外尋線(xiàn)模塊工作更加靈敏穩(wěn)定。192、電源模塊的設(shè)計(jì)利用L298穩(wěn)壓管輸出一路電壓，供給單片機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)，還供給尋跡模塊。L298N是S

7、GS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。是一種二相和四相電機(jī)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的電機(jī)。3、CPLD控制模塊設(shè)計(jì)此部分是整個(gè)小車(chē)運(yùn)行的核心部件，起著控制小車(chē)所有的運(yùn)行狀態(tài)作用。采用可編程邏輯期間CPLD作為控制器。CPLD可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能、規(guī)模大、密度高、體積小、穩(wěn)定性高、IO資源豐富、易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的控制核心1)正常前進(jìn)當(dāng)尋跡板中間兩個(gè)傳感

8、器檢測(cè)到白線(xiàn)，小車(chē)都正常前進(jìn)。2）左小拐彎當(dāng)只有左端第2個(gè)傳感器檢測(cè)到黑線(xiàn)，其余3個(gè)傳感器檢測(cè)到白色時(shí)，小車(chē)應(yīng)左小拐彎。3）左大拐彎當(dāng)只要左端第1個(gè)傳感器檢測(cè)到黑線(xiàn)，右端2個(gè)傳感器檢測(cè)到白色時(shí)，小車(chē)應(yīng)左大拐彎。4)右小拐彎當(dāng)只有右端第2個(gè)傳感器檢測(cè)到黑線(xiàn)，其余3個(gè)傳感器檢測(cè)到白色時(shí)，小車(chē)應(yīng)右小拐彎。5)右大拐彎當(dāng)只要右端第1個(gè)傳感器檢測(cè)到黑線(xiàn)，左端2個(gè)傳感器檢測(cè)到白色時(shí)，