智能小車設(shè)計報告[借鑒內(nèi)容]

1、智能小車 尋跡、避障、測距摘要： 本文介紹了一種基于51單片機的小車尋跡、避障、測距系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用5個高靈敏度的單端反射式紅外光電對管和紅外傳感器以及霍爾傳感器來實現(xiàn)小車的尋跡、避障和測距的功能。并利用單片機產(chǎn)生PWM波，通過控制電機驅(qū)動芯片L298N去控制小車速度。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠平穩(wěn)跟蹤給定的路徑，并繞過障礙物，在液晶上可以顯示出小車走過的路程。關(guān)鍵詞：智能小車、尋跡、避障、測距、脈沖寬度調(diào)制Abstract: this paper introduces a method based on 51 MCU car tracing, obstacle avoidance, dista

2、nce measuring system. This system uses five high-sensitivity one-port reflex of tube and infrared electricity infrared sensor and hall sensors to realize the car tracing, obstacle-avoiding and result of the function. And by using single-chip microcomputer control PWM waves generated by motor drive c

3、hip L298N to control vehicle speed. Test results show that the system can smooth tracking given path and around obstructions, in liquid crystal can show the distance of the car.Keywords: intelligent car, tracing, obstacle avoidance, ranging, pulse width modulation一總體方案：整個電路系統(tǒng)分為檢測、控制、驅(qū)動、顯示四個模塊。首先利用光電

4、對管對路面信號進(jìn)行檢測，經(jīng)過比較器處理之后，送給軟件控制模塊進(jìn)行實時控制，輸出相應(yīng)的信號給驅(qū)動芯片驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，從而控制整個小車的運動。然后通過紅外傳感器和霍爾傳感器的輸出信號傳送給單片機來控制小車的避障和測距，并且用1602液晶來顯示小車所測距離。總體設(shè)計模塊圖如圖a所示圖a：1602液晶顯示52單片機測距模塊尋跡模塊左輪控制模塊右輪控制模塊供電模塊紅外避障模塊二方案論證與選擇1. 電機的選擇：方案一：采用步進(jìn)電機。步進(jìn)電機轉(zhuǎn)角精確，扭矩大，但轉(zhuǎn)速較慢，且控制較為復(fù)雜。方案二：采用直流電機。直流電機控制不如步進(jìn)電機精確，但是其速度快，體積小，并且更容易控制?？紤]題目的要求，并不需要精確到用步

5、進(jìn)電機，為了控制的方便，故采用直流電機驅(qū)動。2.方向控制方案的選擇： 方案一：采用后輪動力驅(qū)動，前輪由舵機控制其轉(zhuǎn)向。這種方式的優(yōu)點是轉(zhuǎn)向快速度快，轉(zhuǎn)向靈敏，適合于高速場合，但是其缺點是轉(zhuǎn)彎半徑大，不易控制轉(zhuǎn)角，不適合用在對轉(zhuǎn)角精度要求較高的場合。方案二：采用左右兩個獨立電機驅(qū)動，通過控制兩電機的轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)來控制車的方向，即通過左右速度差來控制轉(zhuǎn)向。其優(yōu)點是轉(zhuǎn)彎半徑可以很小，甚至可以原地轉(zhuǎn)彎，角度也可以精確控制，適合轉(zhuǎn)向角度比較精確的場合，雖然其轉(zhuǎn)彎速度較慢，但是考慮到使小車運動較平穩(wěn)，且提速可通過其他方式。相比之下我們選擇此方案。綜上，選擇方案二。3. 車體的選擇方案一：采用RP5履帶車底

6、盤，其比較專業(yè)驅(qū)動能力強，扭矩大，造型美觀，擴展性強，但是比較貴。方案二：用玩具車改造。成本較低，且省去很多制作上的麻煩，但是由于其是已經(jīng)設(shè)計好的產(chǎn)品，擴展性差，許多方面很難達(dá)到我們需要的要求。方案三：自己做車體。這樣可以制作出完全符合我們要求的小車車體，各部分可以進(jìn)行專門的設(shè)計，雖然制作方面有點費時費力，考慮到我們有一定的時間且自己動手學(xué)到的東西更多一點，故選擇該方案。綜上考慮，采用方案三。三硬件設(shè)計1供電模塊方案一：采用2節(jié)4.2V可充電式鋰電池串聯(lián)共8.4V給直流電機供電。然后將8.4V電壓降壓到5V，并用穩(wěn)壓芯片使電壓穩(wěn)定在5V給整個系統(tǒng)供電，鋰電池的電量比較足，可以充電，重復(fù)利用，并

7、且我們有廢舊的鋰電池，成本不高。方案二：采用6節(jié)1.5V干電池供電，電壓達(dá)到9V，然后將9V電壓再次降壓、穩(wěn)壓后給單片機系統(tǒng)和其他芯片供電。但干電池電量有限，并且不易充電，廢舊電池還容易造成環(huán)境污染。綜上，我們選擇方案一2電機驅(qū)動模塊：方案一：直接通過電源給電機供電來驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，這種方案只能使電機保持在停和最大轉(zhuǎn)速兩種狀態(tài)。很難達(dá)到題目的要求。方案二：直接選用L298N驅(qū)動直流電機，由單片機給它PWM波控制其驅(qū)動電機。此種方案可以容易控制電機的正反轉(zhuǎn)和它的轉(zhuǎn)速，可使電機處于多種轉(zhuǎn)速狀態(tài)，同時為了減小電機與單片機的相互影響，在單片機與該芯片之間加了一個光耦隔離，更加優(yōu)化了改方案。綜上，選擇方案

8、二。原理圖如下： 3尋跡模塊：方案一：采用普通發(fā)光二極管用及光敏三極管組成的發(fā)射接收方案。該方案在實際使用時受環(huán)境干擾很大，很難檢測到它的輸出信號，嚴(yán)重影響了小車的尋跡。方案二：尋跡模塊采用了TCRT5000紅外反射型對管作為傳感器，發(fā)射接收集成在一起，使用方便。由于采用紅外光，因此受可見光影響較小，在其輸出端接比較器，能得到更穩(wěn)定的波形。應(yīng)用電路圖如下圖所示綜上，我們選擇方案二。4避障模塊方案一：采用紅外避障傳感器，它是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器。檢測距離可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。該傳感器具有探測距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價格便宜、易于裝配、使用方便等特點。其原理圖如下圖所示方案二：采用超

9、聲波避障，在實際使用中，用超聲波避障使程序進(jìn)一步復(fù)雜化且程序相互之間的影響較大，又因為我們只要求避障，沒有具體有求測小車與障礙物的距離，另外還考慮到超聲波成本較高，故不選該方案。綜上，我們選擇方案一。5，測距模塊方案一：通過測試得出小車平均速度v，在行駛過程中將行駛時間與其乘積tv 作為駛過的距離。但該方案受電池電量、路面介質(zhì)等因素的影響，在多數(shù)情況下均暴露出誤差較大的缺點。故不予采用。方案二：在左輪內(nèi)側(cè)勻距貼上m 個磁鋼，車廂內(nèi)裝上霍爾開關(guān)。對輪子轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，由于低速下輪子與地面接觸良好，設(shè)輪周長為c，可以用霍爾開關(guān)輸出脈沖數(shù)n 乘以c/m得出行駛距離。只要磁鋼在后輪上的位置足夠精確，霍爾

10、開關(guān)固定牢靠，就可以獲得較好的測試效果。方案三：在齒輪箱中安裝透射式光電開關(guān)，測出變速齒輪的每秒轉(zhuǎn)速，用變速比和車輪周長計算出線速度，積分求行駛距離。但在齒輪箱中使用光電開關(guān)，要求有足夠的安裝位置，不能影響傳動機構(gòu)的機械動作。其優(yōu)點是工作穩(wěn)定。綜合以上方案優(yōu)劣和小車的結(jié)構(gòu)特點，本系統(tǒng)采用了方案二。四軟件設(shè)計1尋跡用掃描法，不斷掃描IO口，光電傳感器尋到黑線出現(xiàn)低電平，所以當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)光電傳感器對應(yīng)的IO口出現(xiàn)低電平，就表示尋到黑線。2避障我們也是用掃描法，不斷掃描IO口，如果在制指定的距離內(nèi)遇到障礙物，傳感器就會輸出一個低電平，當(dāng)單片機接收到低電平后就會執(zhí)行避障程序。3測距用外部中斷法，當(dāng)霍爾傳感器與小磁鋼接近時，因為磁場由小變大，傳感器會輸出一個低電平，當(dāng)外部中斷的IO口接收到低電平，就會進(jìn)入中斷，執(zhí)行中斷處理程序，中斷處理程序就是一個測距的算法，并把距離送給液晶顯示。軟件流程圖開始外部中斷測距初始化顯示路程檢測障礙YN檢測跑道Y尋跡檢測障礙N回到跑道檢測跑道 NY檢測跑道YN繞過障礙五結(jié)束語本次設(shè)計基本完成了題目的全部要求，能正常完成各項指定任務(wù)