【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）采用獨(dú)立光伏供電系統(tǒng)的智能導(dǎo)航小車(chē)-計(jì)算機(jī)技術(shù)

序號(hào)： 編碼： 參賽作品 （作品情況與作品正文） 作品名稱(chēng)： 采用獨(dú)立光伏供電系統(tǒng)的智能導(dǎo)航小車(chē) 類(lèi)別： 自然科學(xué)類(lèi)學(xué)術(shù)論文 哲學(xué)社會(huì)科學(xué)類(lèi)社會(huì)調(diào)查報(bào)告和學(xué)術(shù)論文 科技發(fā)明制作 A 類(lèi) 科技發(fā)明制作 B 類(lèi) 報(bào)作品情況（科技發(fā)明制作） 說(shuō)明： 1必須由申報(bào)者本人填寫(xiě)； 2本部分中不允許出現(xiàn)作者的所有相關(guān)基本信息 3本表必須附有研究報(bào)告，并提供圖表、曲線(xiàn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、原理結(jié)構(gòu)圖、外觀圖（照片），也可附鑒定證書(shū)和應(yīng)用證書(shū)； 4作品分類(lèi)請(qǐng)按照作品發(fā)明點(diǎn)或創(chuàng)新點(diǎn)所在類(lèi)別填報(bào)。 作品全稱(chēng) 采用獨(dú)立光伏供電系統(tǒng)的智能導(dǎo)航小車(chē) 作品分類(lèi) （ B ） A機(jī)械與控制（包括機(jī)械、儀器儀表、自動(dòng)化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技術(shù)（包括計(jì)算機(jī)、電信、通訊、電子等） C數(shù)理（包括數(shù)學(xué)、物理、地球與空間科學(xué)等） D生命科學(xué)（包括生物、農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、健 康、衛(wèi)生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化學(xué)、化 工、生態(tài)、環(huán)保等） 作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路，創(chuàng)新點(diǎn)，技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)（ 650 字以?xún)?nèi)） 一、 作品設(shè)計(jì)的目的： 面對(duì)能源短缺、環(huán)境污染等問(wèn)題對(duì)人類(lèi)生存構(gòu)成的嚴(yán)重威脅，人們對(duì)能源提出新的要求，太陽(yáng)能等“綠色能源”日受青睞。 “ 采用獨(dú)立光伏供電系統(tǒng)的智能導(dǎo)航小車(chē) ”就是將太陽(yáng)能應(yīng)用到實(shí)際生活中去，它具有很高的參考價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。 二、 作品設(shè)計(jì)的基本思路： 我們?cè)O(shè)計(jì)的小車(chē)主要分為電源模塊、避障模塊和驅(qū)動(dòng)模塊三大部分來(lái) 研究：電源模塊通過(guò)太陽(yáng)能光電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能，為整部小車(chē)提供能源；對(duì)于避障功能的實(shí)現(xiàn)，則是利用紅外線(xiàn)漫反射光電開(kāi)關(guān)對(duì)障礙物進(jìn)行檢測(cè)，然后由單片機(jī)對(duì)相應(yīng)程序的處理，進(jìn)而控制小車(chē)實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止和前進(jìn)等功能；驅(qū)動(dòng)模塊，我們選用了超大扭矩的直流電機(jī)，提高小車(chē)的載重能力。 三、 創(chuàng)新點(diǎn)： 源清潔、無(wú)污染，只要有一定強(qiáng)度的陽(yáng)光就能行駛，甚至可以進(jìn)一步改進(jìn)成在陰天情況下都可以行使，非常符合未來(lái)社會(huì)的價(jià)值需求以及發(fā)展需要； 現(xiàn)了在有載 重的情況下的穩(wěn)定行駛，這對(duì)將來(lái)社會(huì)的運(yùn)輸行業(yè)有一定的參考價(jià)值； 利用巧妙的方法提高了系統(tǒng)的可靠性與靈敏度； 無(wú)需個(gè)人親自操作，安全性高。 四、 技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)： 何保證光伏系統(tǒng)的輸出功率與效率； 能根據(jù)實(shí)際路況選擇最優(yōu)行駛方案； 何提高小車(chē)的速度與載重量 作品的科學(xué)性先進(jìn) 性（必須說(shuō)明與現(xiàn)有技術(shù)相比、該作品是否具有突出的實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)和顯著進(jìn)步。請(qǐng)?zhí)峁┘夹g(shù)性分析說(shuō)明和參考文獻(xiàn)資料）（ 450 字以?xún)?nèi)） 一、作品的科學(xué)性和先進(jìn)性： 紅外技術(shù) 已經(jīng)廣泛用于生活、軍事等領(lǐng)域， 我們?cè)O(shè)計(jì)的小車(chē)通過(guò)紅外光線(xiàn)漫反射光電開(kāi)關(guān)對(duì)障礙物進(jìn)行探測(cè)，然后將采集到的信號(hào)送到 單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)相應(yīng)程序?qū)π盘?hào)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)小車(chē)避障的功能。另外，小車(chē)采用太陽(yáng)能光電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，直接提供能源，沒(méi)有添加蓄電池等蓄電元件，這是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)突破。當(dāng)然， 沒(méi)有蓄電元件 會(huì)出現(xiàn)供電不穩(wěn)定 等 問(wèn)題， 這就要求小車(chē)電路 的設(shè)計(jì)要更加合理。 二、參考文獻(xiàn)： 1 康華光 五版） M 2006 2 王慶有 M2007 3 何立民 M2007 4 杜開(kāi)珍 ,黃迪明 言教程 M. 科學(xué)出版社 品在何時(shí)、何地、何種機(jī)構(gòu)舉行的評(píng)審、鑒定、評(píng)比、展示等活動(dòng)中獲獎(jiǎng)及鑒定結(jié)果（ 350字以?xún)?nèi)，不超過(guò) 5 個(gè)） 三位小組成員在該作品的研究、討論、制作的過(guò)程中付出了大量心血，當(dāng)然也用了不少的經(jīng)費(fèi)；在時(shí)間緊、經(jīng)費(fèi)不足的情況 下之，不斷嘗試各種方案，又進(jìn)行了多番改進(jìn)，到最后克服了種種障礙，解決了多個(gè)技術(shù)難題，終于做出了可行的實(shí)物模型。該作品的方案通過(guò)了“第二屆全國(guó)大學(xué)生光電設(shè)計(jì)大賽組委會(huì)”的初審（全國(guó)僅有 55 支隊(duì)伍獲得初審?fù)ㄟ^(guò)），并于“ 2010年 8 月 7 日”，參加了在吉林省“長(zhǎng)春理工大學(xué)”舉辦的第二屆全國(guó)大學(xué)生光電設(shè)計(jì)大賽“實(shí)物決賽”，最終雖未獲任何獎(jiǎng)項(xiàng)，但得到了眾多參賽隊(duì)伍的贊許與肯定。 作品所處 階 段 （ A ） A 實(shí)驗(yàn)室階段 B。中試階段 C 生產(chǎn)階段 D （自填） 技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式 作品可展示的 形 式 實(shí)物、產(chǎn)品 模型 圖紙 磁盤(pán) 現(xiàn)場(chǎng)演示 圖片 錄像 樣品 使用說(shuō)明及該作品的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，提供該作品的適應(yīng)范圍及推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明及市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)（ 450 字以?xún)?nèi)） “ 采用獨(dú)立光伏供電系統(tǒng)的智能導(dǎo)航小車(chē) ” 是利用太陽(yáng)能來(lái)為整部小車(chē)提供能源，因此，只需要將小車(chē)放置在有陽(yáng)光的地方，就可以正常地工作。 我們?cè)O(shè)計(jì)的小車(chē)，在車(chē)體下放置有紅外漫反射光電開(kāi)關(guān)，可以對(duì)障礙物進(jìn)行探測(cè)，然后通過(guò)單片機(jī)相應(yīng)程序的處理，進(jìn)而控制小車(chē)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止、前進(jìn)等，實(shí)現(xiàn)智能避障的功 能。小車(chē)的優(yōu)勢(shì)在于，不需要人工操控，就能夠?qū)崿F(xiàn)躲避障礙物。 這種小車(chē)，一方面，它利用了“綠色能源”，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，符合 當(dāng)代 人類(lèi)“環(huán)保”的觀念， 而且，只要太陽(yáng)存在，那么小車(chē)所需要的能源可以說(shuō)是取之不竭，用之不盡的；另外一方面，小車(chē)?yán)眉t外漫反射光電開(kāi)關(guān)和單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能避障的功能，不需要人工來(lái)控制，很適合用在那些危險(xiǎn)性比較高的搬運(yùn)工作中。 進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，由于人類(lèi)對(duì)大自然的過(guò)分索取，現(xiàn)在“地球村”是千瘡百孔，環(huán)境污染、能源短缺等問(wèn)題威脅著人類(lèi)的生存。人們迫切地希望市場(chǎng)上能夠出現(xiàn)讓人類(lèi)和自然和諧共處的 產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)的小車(chē)，不會(huì)給環(huán)境帶來(lái)任何負(fù)面的影響， 具有很高的實(shí)用價(jià)值和參考價(jià)值， 相信如果投入到市場(chǎng)的話(huà)，一定會(huì)受到很多消費(fèi)者的青睞；另外，小車(chē)的制作成本也很低， 能夠帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。 專(zhuān)利申報(bào)情況 提出專(zhuān)利申報(bào) 申報(bào)號(hào) 申報(bào)日期 年 月 日 已獲專(zhuān)利權(quán)批準(zhǔn) 批準(zhǔn)號(hào) 批準(zhǔn)日期 年 月 日 未提出專(zhuān)利申請(qǐng) 說(shuō)明： （ 1000 字以?xún)?nèi)） 目前，汽車(chē)用的燃料仍然是汽油和柴油等，它們都是從石油中提煉出來(lái)的。然而，石油屬于不可再生能源，據(jù)科學(xué)家預(yù)計(jì)，目前世界上已探明的石油儲(chǔ)量將于 2020 年左右被采盡。另外一方面，燃燒石油，會(huì)產(chǎn)生氮氧化合物、二氧化硫等有害氣體，污染人類(lèi)賴(lài)以生存的環(huán)境。 面對(duì)能源短缺、環(huán)境污染等嚴(yán)重問(wèn)題，人類(lèi)開(kāi)始尋找“綠色能源”，于是太陽(yáng)能成為了 “新寵兒”。金焰四射的太陽(yáng)，其表面是一片烈焰翻騰的火海，溫度為 6000左右。在太陽(yáng)內(nèi)部，溫度高達(dá)兩千萬(wàn)度以上。所以，太陽(yáng)能夠一刻不停地發(fā)出大量的光和熱，是取之不盡、用之不竭的能源聚寶盆。 將太陽(yáng)光變成電能，是利用太陽(yáng)能的一條重要途徑。人們?cè)缭诙兰o(jì) 50年代就制成了第一個(gè)光電池。將光電池裝在汽車(chē)上，用它將太陽(yáng)光不斷地變成電能，使汽車(chē)開(kāi)動(dòng)起來(lái)。這種汽車(chē)就是新興起的太陽(yáng)能汽車(chē)。 太陽(yáng)能電池最常用的是硅太陽(yáng)能電池。硅太陽(yáng)能電池能把 10% 15%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成電能，是一種比較理想的電源，但是其光電轉(zhuǎn)換效率較低。近 年來(lái)，美國(guó)已研制成光電轉(zhuǎn)換率達(dá) 35%的高性能太陽(yáng)能電池。澳大利亞用激光技術(shù)制成的太陽(yáng)能電池，其光電轉(zhuǎn)換率達(dá) 而且成本與柴油發(fā)電相當(dāng)。這些都為光電池在汽車(chē)上的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的前景。 早期的太陽(yáng)能汽車(chē)是在墨西哥制成的。這種汽車(chē)，外形像一輛三輪摩托車(chē)，在車(chē)頂上架有一個(gè)裝太陽(yáng)能電池的大棚。在陽(yáng)光照射下，太陽(yáng)能電池供給汽車(chē)電能，使汽車(chē)的速度達(dá)到每小時(shí) 40 公里，由于這輛汽車(chē)每天所獲得的電能只能行40 分鐘，所以它還不能跑遠(yuǎn)路。 1984 年 9 月，我國(guó)首次研制的“太陽(yáng)號(hào)”太陽(yáng)能汽車(chē)試驗(yàn)成功，表明了我國(guó)在研制新型汽車(chē)方 面已達(dá)到世界先進(jìn)水平。 現(xiàn)在世界上很多國(guó)家都在研制太陽(yáng)能汽車(chē)，并進(jìn)行交流和比賽。 1987 年 11月，在澳大利亞舉行了一次世界太陽(yáng)能汽車(chē)?yán)Υ筚?。?7 個(gè)國(guó)家的 25 輛太陽(yáng)能汽車(chē)參加了比賽。賽程全長(zhǎng) 3200公里，幾乎縱貫整個(gè)澳大利亞國(guó)土。 在這次大賽中，美國(guó)“圣雷易莎”號(hào)太陽(yáng)能賽車(chē)以 44小時(shí) 54分的成績(jī)跑完全程，奪得了冠軍。“圣雷易莎”號(hào)太陽(yáng)能賽車(chē)，雖然使用的是普通的硅太陽(yáng)能電池，但它的設(shè)計(jì)獨(dú)特新穎，采用了像飛機(jī)一樣的外形，可以利用行駛時(shí)機(jī)翼產(chǎn)生的升力來(lái)抵消車(chē)身的重量，而且安裝了最新研制成功的超導(dǎo)磁性材料制成的電機(jī) ，因此使這輛賽車(chē)在大賽中創(chuàng)造了時(shí)速 100 公里的最高紀(jì)錄。 太陽(yáng)能汽車(chē)不僅節(jié)省能源，消除了燃料廢氣的污染，而且即使在高速行駛時(shí)噪音也很小。因此，太陽(yáng)能汽車(chē)已引起人們的極大興趣，并將在今后得到迅速的發(fā)展。 采用獨(dú)立光伏供電系統(tǒng)的智能導(dǎo)航小車(chē) 摘要 :在能源越來(lái)越短缺，環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，太陽(yáng)能作為一種“綠色能源”逐漸地受到人們的關(guān)注。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)能光電池已經(jīng)應(yīng)用到我們生活的諸多領(lǐng)域。我們此次競(jìng)賽中選取的題目是“采用獨(dú)立光伏供電系統(tǒng)的智能導(dǎo)航小車(chē)”，具有很大的挑戰(zhàn)性、創(chuàng)新性，更重要的是 它具有很高的實(shí)用價(jià)值。 我們?cè)O(shè)計(jì)的小車(chē)所需要的所有能源都是通過(guò)太陽(yáng)能光電池來(lái)提供，對(duì)于智能導(dǎo)航避障功能的實(shí)現(xiàn)，則是利用紅外線(xiàn)漫反射光電開(kāi)關(guān)對(duì)障礙物進(jìn)行檢測(cè)，然后由單片機(jī)對(duì)相應(yīng)程序的處理，進(jìn)而控制小車(chē)實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止和前進(jìn)等功能。另外，我們選用了超大扭矩的直流電機(jī)，提高小車(chē)的載重能力。 關(guān)鍵詞 ：太陽(yáng)能 智能導(dǎo)航 避障 光電開(kāi)關(guān) 小車(chē) 1 項(xiàng)目總體結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)介 本設(shè)計(jì)的采用獨(dú)立光伏供電系統(tǒng)的智能導(dǎo)航小車(chē)總體結(jié)構(gòu)分為三部分 電源模塊、避障模塊和驅(qū)動(dòng)模塊。 電源模塊，利用太 陽(yáng)能光電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，為整部小車(chē)提供能源。系統(tǒng)分開(kāi)供電，主要分別為光電開(kāi)關(guān)、單片機(jī)和直流電機(jī)供電，如下圖所示： 圖 1 小車(chē)能源分配圖 避障模塊，在小車(chē)車(chē)體下左中右分別放置有一個(gè)紅外線(xiàn)漫反射光電開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)是將光的強(qiáng)度變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。光電開(kāi)關(guān)根據(jù)是否檢測(cè)到障礙物而輸出高低電平信號(hào)。單片機(jī)芯片 整個(gè)電路的控制中心，處理紅外漫反射光電開(kāi)關(guān)采集到的數(shù)據(jù)，然后控制直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。直流電機(jī)在單片機(jī)相應(yīng)程序的控制 下，會(huì)實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)等功能，從而達(dá)到避障的目的。 光電開(kāi)關(guān) 流電機(jī) 太陽(yáng)能電池 驅(qū)動(dòng)模塊，本設(shè)計(jì)的小車(chē)是采用前輪驅(qū)動(dòng)，前輪左右兩個(gè)輪子分別用一個(gè)直流電機(jī)來(lái)控制，而后面兩個(gè)輪子采用萬(wàn)用輪，起到支撐的作用。驅(qū)動(dòng)電路在單片機(jī)的控制下，通過(guò)輸出不同的占空比，從而來(lái)控制左右兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等功能。另外，我們選用了扭矩超大的直流電機(jī)，極大地提高了小車(chē)的載重能力。 小車(chē)整體的寬為 29厘米，長(zhǎng)為 63 厘米，高為 12厘米左右，如下圖所示： 圖 2 小車(chē)實(shí)物外觀 2 主要研究?jī)?nèi)容與采用的方法 本設(shè)計(jì)的采用 獨(dú)立光伏供電系統(tǒng)的智能導(dǎo)航小車(chē)通過(guò)紅外線(xiàn)漫反射光電開(kāi)關(guān)對(duì)障礙物進(jìn)行探測(cè)，然后將采集到的信號(hào)送到單片機(jī)相應(yīng)的程序進(jìn)行處理，單片機(jī)輸出控制信號(hào)，控制小車(chē)前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)和停止，實(shí)現(xiàn)避障的功能。 主要研究的內(nèi)容有整個(gè)電路的功耗、光電開(kāi)關(guān)的探測(cè)能力、小車(chē)的避障功能、小車(chē)的載重能力等四個(gè)方面的內(nèi)容。 太陽(yáng)能電池板為整個(gè)電路提供能源，因此它的功率必須能夠滿(mǎn)足整個(gè)電路的功耗。在實(shí)際的測(cè)量中，每個(gè)光電開(kāi)關(guān)的功耗為 個(gè)電機(jī)的功耗為 8以，整個(gè)電路的功耗為 20們選用的太陽(yáng)能電池板 的標(biāo)稱(chēng)功率為 25W，但是實(shí)際測(cè)量中，在太陽(yáng)光的照射下，太陽(yáng)能電池板的功率為 23不能達(dá)到標(biāo)稱(chēng)功率，但是，這種太陽(yáng)能電池板的功率足以驅(qū)動(dòng)整部小車(chē)工作。 避障電路采用紅外漫反射光電探測(cè)器對(duì)被探測(cè)物進(jìn)行檢測(cè)。光電開(kāi)關(guān)是將光的強(qiáng)度變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。光電開(kāi)關(guān)是集發(fā)射頭和接收頭于一體的檢測(cè)開(kāi)關(guān)，它的工作原理是傳感器紅外發(fā)射管發(fā)射出紅外光，接收管根據(jù)反射回來(lái)的紅外光強(qiáng)度大小來(lái)計(jì)數(shù)的，故被檢測(cè)的工件或物體表面必須有黑白相間的部位用于吸收和反射紅外光， 這樣接收管才能有效的截止和飽和達(dá)到探測(cè)是否有障礙物的目的。當(dāng)接收頭接收到光線(xiàn)的時(shí)候，輸出低電平，反之，則輸出高電平。單片機(jī)根據(jù)接收頭電平的高低來(lái)做出相應(yīng)的控制，實(shí)現(xiàn)小車(chē)避障的功能。 光電開(kāi)關(guān)的工作原理圖： 圖 3 光電開(kāi)關(guān)工作原理圖 我們所選用的紅外線(xiàn)漫反射光電開(kāi)關(guān)的具體參數(shù)如下表所示： 型號(hào) 輸出方式 開(kāi) 外形 線(xiàn)常開(kāi) 工作電壓 直流 6內(nèi) 檢測(cè)距離 50 厘米（ 輸出電流 300毫安 (檢測(cè)物體 不透明體 外殼材料 塑料 1 通過(guò)以上表格的參數(shù)可以看出，光電開(kāi)關(guān)的工作電壓范圍為 636V，范圍比較寬，可以保證其工作過(guò)程比較穩(wěn)定，提高了對(duì)障礙物檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。 光電開(kāi)關(guān)的最佳檢測(cè)距離為 50 厘米，符合我們的要求。當(dāng)然，這個(gè)檢測(cè)距離也可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)節(jié)，我們通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在比較理想的情況下，檢測(cè)距離最遠(yuǎn)可達(dá)到120厘米。不過(guò)，如果距離太遠(yuǎn)的話(huà)，光電開(kāi)關(guān)的檢測(cè)靈敏度明顯下降了很多，而且受外界的干擾比較大。另外，對(duì)于不同反射率的不透明物體，光電開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離和靈敏度也會(huì)有所不同。 總之，選擇這種光電開(kāi)關(guān)，一方面符合我們的要求，另外其性?xún)r(jià)比也比較高。 智能小車(chē)行駛的過(guò)程中，在單片機(jī)的控制下，當(dāng)檢測(cè)到左中右都有障礙物 的時(shí)候，規(guī)定小車(chē)向右轉(zhuǎn)；當(dāng)檢測(cè)到左邊有障礙物的時(shí)候，小車(chē)向右轉(zhuǎn)；當(dāng)檢測(cè)到右邊有障礙物的時(shí)候，小車(chē)向左轉(zhuǎn)；當(dāng)檢測(cè)到左右兩邊沒(méi)有障礙物，而中間有的時(shí)候，規(guī)定小車(chē)向左轉(zhuǎn)。當(dāng)檢測(cè)到左中右都沒(méi)有障礙物，或者左右兩邊有障礙物，中間沒(méi)有的時(shí)候，小車(chē)前進(jìn)。 綜合以上分析，小車(chē)的避障電路功能表為： 避障電路功能表 傳感器 避障電路輸出 待執(zhí)行命令 左 中 右 左轉(zhuǎn)信號(hào) 右轉(zhuǎn)信號(hào) 0 0 0 右轉(zhuǎn) 0 0 1 右轉(zhuǎn) 0 1 0 前進(jìn) 0 1 1 右轉(zhuǎn) 1 0 0 左轉(zhuǎn) 1 0 1 左轉(zhuǎn) 1 1 0 左轉(zhuǎn) 1 1 1 前進(jìn) （注：“ 0”表示有障礙物，“ 1”表示無(wú)障礙物。） 表 2 37173616014115：“”表示左邊探測(cè)器，“”表示中間探測(cè)器，“”表示右邊探測(cè)器） 圖 4 避障電路圖 26 機(jī) 機(jī) 機(jī) 0 1 工作 不工作 不工作 0 1 0 不工作 工作 不工作 1 0 0 不工作 不工作 工作 表 3 外檢測(cè)器工作的時(shí)候采用“時(shí)分復(fù)用”技術(shù)。由于單片機(jī)輸出 接口的輸出電壓為 以可以通過(guò)單片機(jī)的輸出接口為左中右三個(gè)紅外探測(cè)器供電。單片機(jī)通過(guò)對(duì)相應(yīng)程序的處理，可以分時(shí)來(lái)控制三個(gè)紅外探測(cè)器的工作與否，保證在相同的時(shí)間間隔內(nèi)有且只有其中一個(gè)探測(cè)器在工作，這樣可以有效地避免探測(cè)器之間信號(hào)的相互干擾。 了使小車(chē)實(shí)現(xiàn)避障的功能，并且走“八字形”的路線(xiàn)，我們?cè)趫?chǎng)地適當(dāng)?shù)奈恢貌贾昧藢?dǎo)航物，場(chǎng)地布置圖如圖所示： （注：圖中紅色圓弧為所設(shè)置的導(dǎo)航物，上面設(shè)有黑白相間的條紋。） 圖 5 場(chǎng)地布置圖 于比賽要求小車(chē)要有一定的載重能力，所以對(duì)直流電機(jī)的要求比較高，我們選用了扭矩為 20 M 的直流電機(jī)。為了使電機(jī)能夠穩(wěn)定工作，直流電機(jī)通過(guò)特定的驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)驅(qū)動(dòng)，因此不需要穩(wěn)壓電路，降低了電路的復(fù)雜性，易于實(shí)現(xiàn)。 直流電機(jī)的扭矩為 20M=2NM 小車(chē)輪子半徑為 一個(gè)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力為 2/以 m=0=G 即最大可承載 實(shí)際的測(cè)量中，電機(jī)的最 大可承載物重量為 4千克左右，由于各方面的原因，雖然沒(méi)有達(dá)到理論值，但是這種電機(jī)已經(jīng)符合比賽的要求了。 3 實(shí)物測(cè)試結(jié)果與分析 我們根據(jù)實(shí)際情況，在不同的環(huán)境下測(cè)得了太陽(yáng)能電池板的輸出電壓，如下表所示： 環(huán)境 室內(nèi) 室外 自然光 自然光 太陽(yáng)光 陰天 電壓（ V） 7 2025 4 在太陽(yáng)光的照射下，我們測(cè)得太陽(yáng)能電池板的輸出電流大約為 就是說(shuō)太陽(yáng)能的輸出功率大約為 23W，由于小車(chē)工作時(shí)的功耗為 20以太陽(yáng)能電池足以去 驅(qū)動(dòng)整部小車(chē)正常工作。 我們所選用的紅外漫反射光電開(kāi)關(guān)的最佳測(cè)距為 50 厘米左右，在實(shí)際測(cè)試中，這種光電開(kāi)關(guān)最遠(yuǎn)的測(cè)距大約為 120厘米。測(cè)距稍微遠(yuǎn)一點(diǎn)，能夠給小車(chē)足夠的空間和時(shí)間轉(zhuǎn)向。 我們選用的直流電機(jī)的扭矩為 20M，通過(guò)實(shí)際的測(cè)試，這種電機(jī)的最大載重為 4千克左右，符合我們比賽的要求。 4 研究成果與創(chuàng)新之處 測(cè)障礙物的器件采用紅外漫反射光電開(kāi)關(guān)。 光電開(kāi)關(guān)具有比較強(qiáng)的抗干擾和噪聲的能力，響應(yīng)速度快，實(shí)用性強(qiáng)。另外，對(duì)于紅外漫反射光電開(kāi)關(guān)，當(dāng)其 工作在 5V 的電壓的時(shí)候，可以輸出數(shù)字信號(hào)，直接將信號(hào)輸入到單片機(jī)芯片，避免了復(fù)雜的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，易于實(shí)現(xiàn)，同時(shí)提高了整個(gè)電路的工作效率。 車(chē)實(shí)現(xiàn)避障的方法有很多，比如激光導(dǎo)航、尋跡導(dǎo)航等，為了使小車(chē)能夠既實(shí)現(xiàn)避障的功能，又能夠?qū)崿F(xiàn)走八字形的路線(xiàn)，我們?cè)诒荣悎?chǎng)地的適當(dāng)?shù)奈恢貌贾昧藞A弧形的導(dǎo)航物，導(dǎo)航物上畫(huà)有黑白相間的條紋，提高紅外線(xiàn)漫反射光電開(kāi)關(guān)的探測(cè)靈敏度。 了防止探測(cè)器之間信號(hào)的相互干擾，左中右三個(gè)光電開(kāi)關(guān)在工作的時(shí)候采用“時(shí)分復(fù)用”的思想。也就是說(shuō)，在每一個(gè)相同的時(shí)間間隔內(nèi)，光電開(kāi)關(guān)在單 片機(jī)的控制下，有且只有一個(gè)處于工作狀態(tài)。這樣，能夠有效地避免其中一個(gè)探測(cè)器發(fā)出的紅外光，經(jīng)障礙物反射之后被其他兩個(gè)探測(cè)器接收到，而引起誤判。 個(gè)系統(tǒng)分開(kāi)供電，可以有效地避免各模塊之間電信號(hào)的相互干擾，保證了各模塊電路正常工作；另外一方面，當(dāng)電路中的某個(gè)模塊出現(xiàn)故障的時(shí)候，也可以有效地防止其他模塊的電路受到損壞。 于比賽的勝負(fù)是根據(jù)小車(chē)最后的載重量來(lái)衡量的，所以要求小車(chē)要有比較好的載重能力，而影響小車(chē)載重能力的關(guān)鍵因素是直流電機(jī)的扭力，因此我們選用了扭力為20過(guò)理 論的計(jì)算和實(shí)際測(cè)試，這種直流電機(jī)最大能夠承載 4千克左右的重物。 流電機(jī)通過(guò)特定的驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)驅(qū)動(dòng)，由于驅(qū)動(dòng)模塊允許的電壓范圍比較寬，所以即使太陽(yáng)能光電池的輸出電壓會(huì)隨著光照強(qiáng)度而很不穩(wěn)定，但是并不需要復(fù)雜的穩(wěn)壓電路，可以由驅(qū)動(dòng)模塊智能地控制。 5 存在問(wèn)題和改進(jìn)方法 陽(yáng)能電池板太重。由于我們所訂購(gòu)的太陽(yáng)能電池板是已經(jīng)封裝好的成品，商家為了保護(hù)太陽(yáng)能電池，在表面上封裝了一層很厚的鋼化玻璃。這樣，整部小車(chē)自身的重量將很大，嚴(yán)重地影響了小車(chē)運(yùn)載重物的能力。 們?cè)O(shè)計(jì) 的小車(chē)是采用前輪驅(qū)動(dòng)，車(chē)體的左右兩邊各有一個(gè)車(chē)輪，這樣設(shè)計(jì)的目的是為了使小車(chē)能夠在單片機(jī)的控制下，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的功能。雖然直流電機(jī)是通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)驅(qū)動(dòng)的，但是由于各方面的原因，左右兩個(gè)電機(jī)的性能參數(shù)不可能是一模一樣的，總會(huì)在一定的程度上存在著差異，這樣將嚴(yán)重地影響小車(chē)的直線(xiàn)行駛。 們?cè)谲?chē)體的前方只設(shè)置了三個(gè)紅外漫反射光電開(kāi)關(guān)，如果光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)區(qū)域的角度太小，將會(huì)出現(xiàn)盲區(qū)，引起誤判，或者無(wú)法避開(kāi)障礙物。 于太陽(yáng)能電池板重量太重的問(wèn)題，我們考慮過(guò)訂購(gòu)薄膜型的太陽(yáng)能電池板，重量會(huì)大大地減少，但是價(jià)格太高；另外，我們也考慮過(guò)將上面的鋼化玻璃給卸下來(lái)，但是擔(dān)心弄壞了電路；最后我們用扭矩比較大的電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。 件問(wèn)題是個(gè)比較麻煩的問(wèn)題，找到兩個(gè)性能完全一樣的直流電機(jī)是不現(xiàn)實(shí)的，我們只能盡量找性能最接近的，然后設(shè)法通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)盡可能的消除它們之間的差異。 于光電開(kāi)關(guān)的選擇，我們選擇了發(fā)散角比較適中的紅外漫反射光電開(kāi)關(guān)，以避免出現(xiàn)盲區(qū)，使小車(chē)能夠順利完成避障的功能。 6 結(jié)論與展望 我們?cè)O(shè)計(jì)的智能避障搬運(yùn)小車(chē)綜合了光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、機(jī)械等多方面的知識(shí)，是各分支學(xué) 科理論知識(shí)在實(shí)際中的一次綜合應(yīng)用，同時(shí)也體現(xiàn)了我們的創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力等。 小車(chē)是針對(duì)比賽環(huán)境來(lái)設(shè)計(jì)的，制作簡(jiǎn)單，成本低，性?xún)r(jià)比高，它的各種性能參數(shù)都