智能尋光避障小車設(shè)計(jì)論

1、精品文檔2021年吉林化工學(xué)院電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽智能尋光避障小車參賽隊(duì)員：劉立民 李宏達(dá) 張陣雨指導(dǎo)教師： 于 軍 吉林化工學(xué)院Jilin Institute of Chemical Technology歡迎下載精品文檔摘要本作品智能尋光避障小車實(shí)現(xiàn)了可以從發(fā)車區(qū)出發(fā)，并自動(dòng)進(jìn)入光源區(qū)尋找光源，在尋找光源前進(jìn)的過程中可以自動(dòng)避開障礙物的干擾，找到光源并可以自動(dòng)啟動(dòng)制動(dòng)裝置停車；停車后還可以自動(dòng)開啟車前閃爍燈光，并根據(jù)燈光的閃爍頻率，開啟同頻智能報(bào)警。在智能尋光、避障的過程中利用了安裝在車前角的光電開關(guān)的檢測(cè)，使小車可以成功的避開前進(jìn)過程中遇到的障礙物；利用了安裝在車上部的光敏二極管的檢測(cè)，保證了小車

2、的前進(jìn)方向。關(guān)鍵詞： 尋找光源 避開障礙 摘要I2.3各模塊方案的選擇42.3.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊42.3.2障礙檢測(cè)模塊52.3.3光源檢測(cè)模塊5第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)63.1主程序流程圖6第4章 測(cè)第1章 方案選擇與論證11.1車體設(shè)計(jì)與論證1 1.2系統(tǒng)控制根本方案11.3各模塊方案的選擇2電機(jī)與驅(qū)動(dòng)模塊的選擇21.3.2障礙檢測(cè)21.3.3光源檢測(cè)3第2章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)42.1系統(tǒng)硬件的根本組成局部42.2控制器局部4試結(jié)果與總結(jié)74.1測(cè)試方法74.2測(cè)試儀器74.3 測(cè)試結(jié)果74.4整車測(cè)試84.5總結(jié)8歡迎下載精品文檔第1章 方案選擇與論證1.1車體設(shè)計(jì)與論證方案一： 選擇市場(chǎng)現(xiàn)成

3、的玩具車改裝，那種玩具車車體設(shè)計(jì)合理，各個(gè)局部的安裝都堅(jiān)實(shí)可靠，但是，缺點(diǎn)是該玩具車的車體車型都是固定的，要加上自定義的裝置，限制較大。方案二： 選擇自己制作的小車，雖然自己做的小車功能實(shí)現(xiàn)上沒有市場(chǎng)上的玩具車那樣好，但是自己制作的的小車的車型可以自己設(shè)定，這樣可以配合硬件的局部合理的裝配。綜合考慮，選擇方案二比擬好。1.2系統(tǒng)控制根本方案 整體設(shè)計(jì)框圖電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器STC89C52障礙檢測(cè) 光源檢測(cè)尋光 本系統(tǒng)采用 ASTC89C52 作為系統(tǒng)控制器，它運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、本錢低、體積小、技術(shù)成熟、引腳較少，實(shí)物硬件布線較

4、簡(jiǎn)單，因此，控制其他模塊時(shí)操作簡(jiǎn)單，編程也相對(duì)簡(jiǎn)單。1.3各模塊方案的選擇 電機(jī)與驅(qū)動(dòng)模塊的選擇方案一：采用減速小型直流電機(jī)。減速直流電機(jī)控制精度很低，雖不能準(zhǔn)確控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，但可控制電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、不轉(zhuǎn)等動(dòng)作，速度均勻性好。這已足夠我們控制小車前進(jìn)、拐彎、后退等簡(jiǎn)單工作，且控制簡(jiǎn)單，電源要求低，易于實(shí)現(xiàn)。方案二：采用專用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及與其配套的步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，用這種方案的控制精度可控制角度、效率和可靠性都很高，但價(jià)格過高、重量大、占用口資源多且控制復(fù)雜對(duì)電源要求也高，故被我們排除了。通過以上比照，我們選擇使用普通直流電機(jī)。驅(qū)動(dòng)局部，采用專用芯片 L293D 作為電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)

5、芯片。L293D 是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它相應(yīng)頻率高，一片 L293D 可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。1.3.2障礙檢測(cè)方案一：光電開關(guān)的檢測(cè)距離長(zhǎng)與接近開關(guān)等比擬，光電開關(guān)的檢測(cè)距離非常長(zhǎng)，且是無接觸式的，所以不會(huì)損傷檢測(cè)物體，也不受檢測(cè)物體的影響。并且采用對(duì)檢測(cè)對(duì)象的外表進(jìn)行反射及光透過方式，不像接近開關(guān)只能對(duì)金屬，還能對(duì)玻璃、塑料、木制物體、液體等各種物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。與接近開關(guān)同樣，由于無機(jī)械運(yùn)動(dòng)，所以能對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的物體進(jìn)行檢測(cè)。鏡頭免受污染后，光會(huì)散射或被遮光，所以在有活水蒸汽、塵土等較多的環(huán)境下使用

6、的場(chǎng)合，需施加適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)裝置。幾乎不受一般照明光的影響，但像太陽光那樣的強(qiáng)光直接照射受光體時(shí)，會(huì)造成誤動(dòng)作或損壞。方案二：超聲波模塊采用現(xiàn)成的超聲波模塊，該模塊可提供 2cm-400cm 的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)高到 3mm。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。 根本工作原理：采用 IO 口 TRIG 觸發(fā)測(cè)距，給至少 10us 的高電平信號(hào);模塊自動(dòng)發(fā)送 8 個(gè) 40khz 的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；有信號(hào)返回，通過 IO 口 ECHO 輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S)/2。比擬之下，我們采用方案

7、一。1.3.3光源檢測(cè)光源探測(cè)模塊是本設(shè)計(jì)中比擬重要的一局部，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)智能小車前進(jìn)，必須先找到光源，這樣才能決定小車的前進(jìn)路線。該模塊假設(shè)處理不當(dāng)直接會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)的失敗，找不到光源就無法完成任務(wù)。方案一：光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的,其管芯是一個(gè)具有光敏特征的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時(shí)需加上反向電壓。無光照時(shí),有很小的飽和反向漏電流,即暗電流，此時(shí)光敏二極管截止。當(dāng)受到光照時(shí),飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強(qiáng)度的變化而變化。當(dāng)光線照射PN結(jié)時(shí)，可以使PN結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，使少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使

8、反向電流增加。因此可以利用光照強(qiáng)弱來改變電路中的電流。方案二：光敏電阻光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。但其過于靈敏，不易控制。比擬之下，我們采用方案一。第2章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)硬件的根本組成局部1、單片機(jī)最小系統(tǒng)板2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)3、障礙檢測(cè)模塊4、光源檢測(cè)模塊2.2控制器局部 系統(tǒng)的核心局部是STC89C52單片機(jī)，作為核心控制局部，該單片機(jī)的IO已經(jīng)足夠了，并且由于其功耗低、本錢低、體積小、技術(shù)成熟、引腳較少，實(shí)物硬件布線較簡(jiǎn)單。2.3各模塊方案的選擇2.3.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 考慮到小車必須能夠前進(jìn)、倒

9、退、停止，并能靈活轉(zhuǎn)向，在左右兩輪各裝一個(gè)電機(jī)分別進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。當(dāng)左輪 電機(jī)轉(zhuǎn)速高于右輪電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)小車向右轉(zhuǎn)，反之那么向左轉(zhuǎn)。為了能控制車輪的轉(zhuǎn)速，可以采取PWM調(diào)速法， 在單片機(jī)中編程改變輸出方波的占空比就可以改變加到電機(jī)上的平均電壓，從而可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。左右輪兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的 配合就可以實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、倒退、轉(zhuǎn)彎等功能。2.3.2障礙檢測(cè)模塊在障礙檢測(cè)局部，采用了PMM18-A301NA光電開關(guān)來檢測(cè)障礙，這是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器，主要用于障礙物的檢測(cè)。對(duì)障礙物的感應(yīng)距離可以根據(jù)要求通過后部的旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣的障礙檢測(cè)系統(tǒng)保證的對(duì)障礙的準(zhǔn)確檢測(cè)。 2.3.3光源檢測(cè)模塊 利用

10、光敏二極管工作時(shí)加有反向電壓，沒有光照時(shí)，其反向電阻很大，只有很微弱的反向飽和電流。當(dāng)有光照時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生很大的反向電流，光照越強(qiáng)，該亮電流就越大。 第3章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1主程序流程圖系統(tǒng)的軟件流程圖如下所示：避障子程序流程圖：歡迎下載精品文檔第4章 測(cè)試結(jié)果與總結(jié)4.1測(cè)試方法 完全按照要求模擬試驗(yàn)環(huán)境，在地板上設(shè)置測(cè)試場(chǎng)地2m×2m，光源在離小車大約1.5m的固定位置擺放，小車前進(jìn)方向上隨機(jī)放置三個(gè)障礙物。4.2測(cè)試儀器萬用表、白熾燈、螺絲刀等 。4.3 測(cè)試結(jié)果1、尋光檢測(cè)局部測(cè)試調(diào)節(jié)光敏二極管即可設(shè)定檢測(cè)光源的方位光敏二極管位置光源與光敏二極管的距離(m)小車行走方向中1直走左2左轉(zhuǎn)右3右轉(zhuǎn)2 、紅外避障檢測(cè)紅外避障傳感器檢測(cè)障礙物設(shè)定距離為8cm。紅外檢測(cè)障礙那么盡量靈敏。3、測(cè)試中追光避障情況次數(shù)小車離光源的距離m追光避障是否成功12是23是即在有障礙有避障，然后尋光，最后在光強(qiáng)一定值時(shí)停車。4、光強(qiáng)檢測(cè)光敏電阻與光源之間的距離設(shè)定為20cm。當(dāng)小車停止時(shí)，距光源20cm。4.4整車測(cè)試智能尋光避障小車在調(diào)試過程中符合題意要求，并能完成根本局部和發(fā)揮局部。避障，尋光雖然有時(shí)有點(diǎn)小失誤，但總的成功率很高。4.5總結(jié)在制作智能尋光避障小車的過程中，小車以AT89S