基于傳動齒輪的智能模型車測速裝置設計

1、基于傳動齒輪的智能模型車測速裝置設計/ - 1 -中國科技論文在線基于傳動齒輪的智能模型車測速裝置設計 劉偉，朱敏 長安大學汽車學院，西安（710064） e-mail: liuwei323kk1634>> 摘 要：設計了一種應用于“飛思卡爾”杯智能車比賽的測速裝置。該測速裝置巧妙的利用了光電傳感器發(fā)射和采集光信號的特性，結(jié)合傳動齒輪的物理特征，準確高效的采集信號，并將信號處理轉(zhuǎn)化為計數(shù)脈沖，從而測得模型車速度。該測速裝置的突出特點是計數(shù)精確，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，價格低廉。 關(guān)鍵詞：傳動齒輪；智能模型車；測速；飛思卡爾；光電傳感器 中圖分類號: tp302 0引言 全國大學生“飛思

2、卡爾”杯智能汽車比賽已連續(xù)成功舉辦四屆，是經(jīng)全國高等教育司研究，委托教育部高等自動化專業(yè)教學指導分委員會主辦的以智能汽車為研究對象的創(chuàng)意性科技競賽。旨在促進高等學校素質(zhì)教育，培養(yǎng)大學生的綜合知識運用能力、基本工程實踐能力和創(chuàng)新意識，激發(fā)大學生從事科學研究與探索的興趣和潛能1。比賽要求在組委會提供統(tǒng)一智能車競賽車模、單片機 hcs12 開發(fā)板、開發(fā)軟件 code warrior 和在線調(diào)試工具的基礎上制作一個能夠自主識別路線的智能車，它將在專門設計的跑道上自動識別道路行駛。 在模型車的設計中，速度測量和控制部件是整個模型車設計過程中的至關(guān)重要的組成部分之一，其設計的好壞直接影響比賽的成敗。一般而

3、言，現(xiàn)在的模型車測速主要采用編碼器，但是采用編碼器測速雖然準確，但其市場價格大約四五百元左右，價格比較貴。本文設計了一種直接利用傳動齒輪的測速裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，測速精確，有利于推廣使用。 1測速目的與要求 在智能模型車的設計過程中，速度測量和控制部件的設計質(zhì)量直接決定著智能模型車的速度控制和整車的性能。通過對模型車速度的測量，將信號傳輸給單片機控制單元，達到對模型車實時速度的監(jiān)測，為模型車在行進過程中速度變化控制提供準確信號。因此，結(jié)合該車的特點，對智能模型車速度測量部件有以下要求： （1）測量精度盡量高。模型車速度測量準確，對該車速度控制和速度調(diào)試起到非常重要的作用，不但可以減

4、少控制時的誤差，還可以縮小與設定期望值之間的差距。有利于提高對該車控制的準確性，從而提高整車性能。 （2）測速裝置結(jié)構(gòu)簡單，體積小，安裝方便。智能模型車測速裝置一般安裝在后驅(qū)動軸和驅(qū)動電機旁邊，該處空間有限，因此必須要求測速裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝，所占空間小。 （3）測速裝置成本低。模型車在制作過程中需要花費一定經(jīng)費，因此在滿足使用要求的條件下，測速裝置制作成本盡量低，才能減少整車成本。 2測速信號采集工作原理 光電傳感器測速原理如圖 1 所示：光電傳感器對準差速盤輪齒合適的位置，保證其發(fā)射到齒輪盤上的光能夠反射回來接收到，當發(fā)射光透過輪齒間隙時沒有反射信號。差速盤在驅(qū)/ - 2 -中國科技論

5、文在線動電機帶動下以不同速度轉(zhuǎn)動，光電傳感器根據(jù)發(fā)射和接受信號的變化情況輸送給單片機控制單元從而測量運行速度的大小。 圖 1 光電傳感器測速原理圖 光電傳感器由一組發(fā)射管和一組接受管組成，如圖 2 所示，其發(fā)射管和接受管并排在傳感器的兩側(cè)。 發(fā)射管為一二極管，能夠發(fā)射一定頻率的光波，而且在一定的距離內(nèi)，此光波可以部分或全部被界面反射，同時被另一側(cè)的接受管接受并轉(zhuǎn)化為電信號輸出。光電傳感器固定在模型車車身上，而差速器作旋轉(zhuǎn)運動，光電傳感器就通過發(fā)射和接受光波，輸出一系列有規(guī)律的信號波形，此輸出為正弦波信號2。 圖 2 光電傳感器結(jié)構(gòu) 光電傳感器輸出正弦信號如圖 3 所示，由于單片機只能辨別方波信

6、號，因此需要設計比較器芯片將光電傳感器輸出的正弦信號和比較信號進行比較得出標準波形，如圖 4 所示。從而通過對標準方波計數(shù)即可得到相應的行車速度。 / - 3 -中國科技論文在線 圖 3 光電傳感器輸出信號 圖 4 經(jīng)過比較得出的標準波形 3測速裝置結(jié)構(gòu)說明 測速裝置的結(jié)構(gòu)如圖 5 所示，其中 1 為模型車的底盤，底盤上設置有后軸 4，后軸兩端設置有兩個后輪 7。后軸 4 的右側(cè)固定有差速器的大齒輪 6，電機 2 固定在車架上，通過電機輸出軸上的小齒輪 3 與差速器大齒輪 6 相互嚙合，用來帶動后軸驅(qū)動模型車前進。5 為光電傳感器。光電傳感器等電子元件先布置在一小塊電路板上，根據(jù)模型車車架的實

7、際情況合理布置元件位置，將電路板合適位置和模型車相應位置打一通孔以便固定。固定過程中要特別注意保證光電傳感器能夠準確的對準差速盤合適的位置以保證能夠接受正確的信號。 圖 5 測速裝置結(jié)構(gòu)示意圖 4測速裝置電路設計 電路設計應該滿足使用功能的情況下力求簡單，元器件采購方便3。經(jīng)過分析，光電傳/ - 4 -中國科技論文在線感器選用 spi-315，spi-315 發(fā)射管在工作時需要串聯(lián)一分壓電阻，接受管在工作時候需要接一 10k 下拉電阻。選用 lm324 作為比較芯片。基本電路圖如圖 6 所示。spi-315 的第 1 腳通過電阻 r1 連接 5v 電壓，第 2 腳接地，第 3 腳直接接 5v

8、電壓，第 4 腳經(jīng)電阻 r2 接地。信號處理單元由比較器lm324和單片機組成。可調(diào)變阻器r3輸出比較電壓到比較器lm324的第 5 腳，光電傳感器的第 4 腳連接比較器的第 6 腳，比較器的第 7 腳連接單片機，單片機接收計數(shù)脈沖，即可計算出模型車即時速度。 圖 6 測速裝置電路圖 5部分程序 程序設計部分主要實現(xiàn)將測速裝置所測結(jié)果輸入給單片機，單片機通過對結(jié)果的分析實時對整車進行調(diào)整，以達到最優(yōu)效果。以下是部分測速的程序： void ini_ad(void) atd0ctl2=0xc0; atd0ctl3=0x08; atd0ctl4=0x82; atd0ctl5=0xa0; atd0di

9、en=0x00; unsigned char cur_speed,old_pacn0; unsigned int cur_length; #pragma code_seg _near_seg non_banked void interrupt 16 int_timer0(void) unsigned char pacn0,pacn0_r; pacn0=pacn0; if(pacn0>=old_pacn0) pacn0_r=pacn0-old_pacn0; else pacn0_r=pacn0+256-old_pacn0; / - 5 -中國科技論文在線old_pacn0=pacn

10、0; cur_speed=pacn0_r; cur_length+=cur_speed; tflg2_tof=1; 6結(jié)束語 本文針對“飛思卡爾”杯智能車比賽設計了一種簡易的測速裝置，該系統(tǒng)測速范圍大，測量精確度高，有利于提高智能模型車的整體性能?？v覽全文可知該測速裝置結(jié)構(gòu)簡單，所需元器件通用性好，易于采購，價格低廉，該裝置的突出特點是利用差速盤輪齒采集信號，輪齒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，使用壽命長。電路原理圖簡單，有易于實際應用。 參考文獻 1 卓晴,黃開勝,邵貝貝.學做智能車挑戰(zhàn)“飛思卡爾”杯m.北京：北京航空航天大學出版社,2007 2 韓毅,秦緒鑫,趙軒.基于反射式黑白碼盤的模型車測速裝置j.計算機工

11、程與設計，2008><#004699'>9,30(24):57<#004699'>93-57<#004699'>95 3 張瑾.protel<#004699'>9<#004699'>9se 入門與提高m.北京:人民郵電出版社,2007. 4 孟立凡,藍金輝.傳感器原理與應用m.北京:電子工業(yè)出版社,2007. the design of the speed device of smart model car based on transmission gears liu wei, zhu

12、min automobile institute of changan university，xian (710064) abstract this paper designs application of ;freescale; smart car cup race speed measurement equipment. the speed measurement equipment use of the characteristics of launch and gathering light signal of the photoelectric sensor skillfully and combined with the physical characteristics of gear. gathers signal accurately and the signal processing for count pulse.than measured the model vehicle speed. the prominent characteristics of