簡易智能電動車及電源電路設計

1、簡易智能電動車及電源電路設計更新于2010-12-09 04:49:36 文章出處:山東交通學院電動車 路徑跟蹤 避障 光源引導摘要：簡易智能電動車由一個電動玩具車改造而成。系統(tǒng)的控制部分以單片機為核心，通過對前向通道各種傳感器信號的采集、處理，較好地實現(xiàn)了后向通道驅動及轉向電機的運動控制和相關信息的處理、顯示和聲光報警。關鍵詞：電動車，路徑跟蹤，避障，光源引導本系統(tǒng)要求設計并制作一個簡易智能電動車，其行駛路線示意圖如圖1所示：圖1  智能電動車行駛路線示意圖1 設計方案包括基本要求，發(fā)揮部分及其它創(chuàng)新部分總電路框圖如圖2所示：11 基本要求 電動車從起

2、跑線出發(fā)（車體不得超過起跑線）、沿寬度為2cm的黑色引導線到達B點。在“直道區(qū)”鋪設的白紙下沿引導線埋有13塊寬度為15cm、長度不等的薄鐵片。電動車檢測到薄鐵片時，立即發(fā)出聲光指示信息，并實時存儲、顯示在“直道區(qū)”檢測到的薄鐵片數(shù)目。 電動車到達B點后進入“彎道區(qū)”，沿圓弧引導線到達C點（也可脫離圓弧引導線到達C點）。C點下埋有邊長為15cm的正方形薄鐵片，要求電動車到達C點檢測到薄鐵片后在C處停車5秒，停車期間發(fā)出斷續(xù)的聲光信息。 電動車在光源的引導下，通過障礙區(qū)進入停車區(qū)并到達車庫。電動車必須在兩個障礙物之間通過且不得與其接觸。 電動車完成上述任務后立即停車，全程不得

3、超過90秒，行駛時間達到90秒時立即自動停車。圖2 系統(tǒng)總體框圖12 發(fā)揮部分和創(chuàng)新部分 電動車在“直道區(qū)”行駛過程中，我們存儲并顯示出了每個薄鐵片（中心線）至起跑線間的距離。 電動車進入停車區(qū)域后，能準確駛入車庫中。 停車后，能準確顯示全程行駛時間及成功或完成信息。2 單元電路的方案論證與電路參數(shù)計算21 線路跟蹤電路方案一：采用CCD單色攝像頭，配計算機主板及圖像采集卡。對白背景下，黑線的識別，目前做的比較成熟，效果相當好。但成本高，很難找到合適的載體。方案二：采用顏色傳感器。目前顏色傳感器的應用，越來越廣泛，效果也可以。但幾百元的價格及相對復雜的處理電路，并且還需要光源，所以也不是一個很

4、好的選擇。方案三：采用一左一右兩個紅外發(fā)射接收對管。該傳感器不但價格便宜，容易購買，而且處理電路（如圖3所示），簡單易行，實際使用效果很好，能很順利地引導小車到達C點。在該電路中，加比較器LM311的目的，是使模擬量轉化為開關量，便于處理。為使發(fā)射有一定的功率，發(fā)射回路要求不小于20mA的電流。根據(jù)    ，故可選擇R1=150。啟動時，小車跨騎在黑線上。兩個紅外發(fā)射接收對管，分別安裝在黑線的兩側的白色區(qū)域，輸出為低電壓，當走偏，位于黑線上時，輸出為高電壓。因黑線較窄（2cm），為及時調整車的方向，選擇比較器的閥值為2.5v，即黑白相間的位置，即開始調整。實驗表明

5、，效果較理想 圖3  紅外發(fā)射接收對管處理電路22 避障電路方案一：采用激光傳感器測距。能非常準確地測出小車與障礙物的距離，但價格也高，處理復雜，不符合我們的要求。方案二：采用超聲傳感器。進口的超聲傳感器，換能器薄，并且?guī)幚黼娐?，輸出與距離成比例的模擬信號，通過AD轉換，可獲得距離信息，價格貴。也有一些較簡單的超聲傳感器及處理電路，能輸出開關量信息，價格也不貴，是一個好的選擇，但由于沒買到現(xiàn)成的處理電路，平常又沒有做過這種電路，時間緊，故未采用。方案三：采用左右兩個紅外傳感器。紅外傳感器，是目前使用比較普遍的一種避障傳感器，其處理電路如圖4所示，通過調節(jié)R23、R24兩個

6、電位器，可調節(jié)兩個紅外傳感器的檢測距離為1080cm，開關量輸出（TTL電平），簡單、可靠。我們采用這種電路，能可靠地檢測左前方、右前方、前方的障礙情況，為成功避障提供了保證。圖4  紅外發(fā)射及接收處理電路23  光源檢測電路為了檢測光線的強弱，我們在小車左前方、右前方加了2只光敏傳感器，即光敏電阻。電路如圖5所示。光敏傳感器根據(jù)照射在它上面的光線的強弱，阻值發(fā)生變化，輸出電壓隨之變化，通過ADC0809后，得到與光強相對應的數(shù)字量，從而引導小車，向光源靠近。不同型號的光敏電阻，暗電阻及亮電阻差別較大，需根據(jù)不同參數(shù)的光敏電阻，選用不同大小的分壓電阻。 圖5

7、60; 光源檢測電路24  金屬檢測電路采用了一只渦流型鐵金屬探測傳感器，型號：LJ18A3-8-Z/BX?？煽刻綔y距離，小于8cm。25  電機驅動電路電動小車的本身自帶的換向及驅動電路，相當粗糙，電機的特性也很不好，不能調速。電壓低了，速度慢，驅動力矩小，走不動；電壓高時（剛換上電池時），速度又很快，難以調整。在這上面，花費了不少的時間，效果很不好。最后，決定對小車的電機及驅動電路，進行了更換。后輪采用了一對減速直流電機，其驅動電路如圖6所示。采用PWM控制，可較方便的對電機進行調速。 圖6  電機驅動電路26  液晶顯示電路 &

8、#160;    液晶顯示器，選用的是16X2點陣字符型顯示器，功耗低，小巧、美觀。27  電源電路      電動車可提供9V的電源（6節(jié)干電池）?？刂葡到y(tǒng)使用5V的電源，采用了LM7805進行DC/DC變換。3 軟件設計31 軟件所實現(xiàn)的功能 路線跟蹤 障礙檢測 尋找光源 金屬探測，數(shù)目存儲、顯示 運行時間顯示 起跑線與金屬鐵片中心點間的距離計算與顯示32 軟件流程系統(tǒng)的主程序流程框圖如圖7所示。圖7  系統(tǒng)的主程序流程框圖4 測試方法與儀表41 測試儀表秒表兩塊 ，刻度尺42 測

9、試方法u 將汽車放于起跑線，開啟電源開關。小車響第2次聲音時，開始前行，第一塊秒表開始計時；u 運行到C點停車時，第二塊秒表開始計時，到車離開C點第二塊秒表停止計時，記錄停在C點的時間；u 汽車到終點區(qū)即入庫停車，第一塊秒表停止計時，記錄總運行時間。讀出并記錄此時液晶顯示的的時間；u 在“直道區(qū)”引導線下分別埋設1、2或3塊薄鐵片，每次均用直尺測出并記錄該鐵片的中心距起跑線的距離；在汽車運行至該鐵片發(fā)出聲光報警時，讀出此時液晶顯示的距離并記錄。4 3 測試數(shù)據(jù)及測試結果分析u 測試條件 按照題目給定的尺寸，在實驗室自做場地，

10、白天和晚上分別測試。u 測試數(shù)據(jù) 總共進行20次測量，白天和晚上各10次。20次中，汽車停留在C點時間，實測值與秒表均為5秒，相對誤差和絕對誤差為0。汽車運行總時間測量數(shù)據(jù)如下表：絕對誤差：最大為1秒；測試結果表明：晚上明顯比白天效果要好。白天，偶爾會有失敗的情況。u 距離測試鐵片數(shù)目 實際距離 顯示距離 絕對誤差 相對誤差5 參考文獻1 余永權. Flash 單片機原理及應用. 北京：電子工業(yè)出版社，19972  王福瑞等編著。單片微機測控系統(tǒng)設計大全。北京航空航天大學出版社，19993 李華。MCS-51系列單片機使用接口技術。北京航空航天大學出版社，19904