避障小車制作講解

1、智能避障小車實驗報告與總結(jié)學院：機電工程學院專業(yè)年級：09級電氣工程及其自動化隊員姓名：摘要：本設(shè)計制作的是單片機控制的自動避障小汽車，以單片機為小汽車的“大腦”紅外線探頭為小汽車的“眼睛”電機為小汽車的“雙足”“大腦”控制“眼睛”去看前方是否有障礙物，當“眼睛”看到障礙后，由大腦來控制“雙足”的行動方向。從而實現(xiàn)小汽車的自動避障。關(guān)鍵詞：單片機紅外線傳感器避障小車一、設(shè)計任務(wù)與要求小車從無障礙地區(qū)啟動前進，感應(yīng)前進路線上的障礙物后，根據(jù)障礙物的位置選擇下一步行進方向。二、方案設(shè)計與論證本設(shè)計制作的是單片機控制的自動避障小汽車，以單片機為小汽車的“大腦”，紅外線探頭為小汽車的“眼睛”，電機為小

2、汽車的“雙足”。“大腦”控制“眼睛”去看前方是否有障礙物，當“眼睛”看到障礙后，由大腦來控制“雙足”的行動方向。從而實現(xiàn)小汽車的自動避障。電路原理簡單，結(jié)構(gòu)明了。如圖為整個系統(tǒng)的框圖。根據(jù)設(shè)計要求，我們的自動避障小車主要由六個模塊構(gòu)成：車體框架、主控模塊、探測模塊、電機驅(qū)動模塊組成。各模塊分述如下：1、小車車體在設(shè)計車體框架時，我們有兩套起始方案，自己制作和直接購買車身。方案二：自己設(shè)計制作車架自己制作小車底盤，用兩個直流減速電機作為主動輪，利用兩電機的轉(zhuǎn)速差完成直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、左后轉(zhuǎn)、右后轉(zhuǎn)、倒車等動作。減速電機扭矩大，轉(zhuǎn)速較慢，易于控制和調(diào)速，符合避障小車的要求。而且自己制作小車框架，可

3、以根據(jù)電路板及傳感器安裝需求設(shè)計空間，使得車體美觀緊湊。但這種方法費時費力且成本較高。方案二：購買半成品小車底盤改裝，此種方案方便簡潔而且價格低廉，小車各個機械部分安裝完整，只需稍加改裝就可以使用。而且我們主要是目的是小車控制系統(tǒng)的設(shè)計，因此我們米取該方案。2、主控板小車的主控系統(tǒng)，即小車的大腦，我們采用了STC89C52單片機制作的最小系統(tǒng)。3、避障模塊避障方案選擇，方案一：采用超聲波避障。超聲波受環(huán)境影響較大，電路復(fù)雜，而且地面對超聲波的反射，會影響系統(tǒng)對障礙物的判斷。方案二：米用紅外線避障。利用單片機來產(chǎn)生38KHZ信號，并用250HZ的方波對紅外線發(fā)射管進行調(diào)制發(fā)射，發(fā)射出去的紅外線遇

4、到避障物的時候反射回來，紅外線接收管對反射回來信號進行解調(diào)，輸出TTL電平。外界對紅外信號的干擾比較小，且易于實現(xiàn)，價格也比較便宜，故采用方案二。4、電機驅(qū)動模塊使用L293D芯片驅(qū)動電機。L293D是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的10口提供信號，而且?guī)в惺鼓芏?，方便PWM調(diào)速，電路簡單，性能穩(wěn)定，使用比較方便。L293D芯片可以驅(qū)動兩個二相電機，也可以驅(qū)動一個四相電機，正好符合我們小車兩個二相電機的驅(qū)動要求。三、硬件設(shè)計1、小車改裝我們使用的小車是專門用來制作智能小車的底盤套件，我們發(fā)現(xiàn)它的萬向輪是用的牛眼輪,這

5、種輪子在行走時摩擦較大而且容易產(chǎn)生噪聲，因此我們用自制的萬向輪取代了牛眼輪。小車其他部件性能均良好。3、最小系統(tǒng)設(shè)計JPIPfRESETK"ULTCn?D123ds37lxlx1-1111-1PPPPDPPPrlroHnNlTrrlnj頁徂匯rLr4-I-3i丿.i>nn:pi?Plipif環(huán)jj：F3CMJF上I工F土J3；12ICN3CL2沖FU1沖P02為raa豊FMHP05陰PJ6口pg了offDoQOC3-2Z2223-2FPPPD-PPPFpFPPPPP：2P21如TXDAIEB訂P22諂呻P21翳pasPM3S»7"F.:._山F3Q】FHI沖

6、ALE4-®1.9匸控芯片痕鋰圖4、電機驅(qū)動設(shè)計L293內(nèi)部原理圖5、避障模塊設(shè)計本模塊由三組紅外光電對管傳感器和一塊lm393電壓比較器中控板組成。紅外光電傳感器采用紅外線發(fā)射與接收原理，發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時候反射回來，紅外線接收管對反射回來信號進行解調(diào)，輸出TTL電平。輸出的TTL電平經(jīng)過電壓比較器進行二值化處理后輸入單片機處理。（圖）Ex紅外線避障示竟圖滬四、軟件設(shè)計汗fci-1五、運行情況測試每一件產(chǎn)品的生產(chǎn)完成后都要對其各項性能指標進行測試和調(diào)試，在本設(shè)計制作完成后，對其轉(zhuǎn)彎和檢測障礙的距離進行了調(diào)試和測試。首先，小汽車的轉(zhuǎn)彎時間。根據(jù)不同的路面，小汽車轉(zhuǎn)過90&

7、#176;彎時所用的轉(zhuǎn)彎時間各不相同，在光滑的路面上轉(zhuǎn)彎的時間是0.4s左右，在粗糙的路面則需要0.6s左右的時間，所以經(jīng)過綜合考慮后，把小汽車的轉(zhuǎn)彎時間調(diào)整為0.5s，使小汽車在行駛過程中能夠做到最佳的運行狀態(tài)。其次，檢測障礙的距離。因為小汽車的避障是采用紅外線避障的，而采用紅外線避障的缺點就是，紅外線遇到黑色的障礙物后，其光線容易被黑色物體吸收，使得單片機無法檢測到黑色障礙物，所以小汽車遇到黑色障礙物時將不能很好的避障，甚至不能避障。但在對一般的障礙物進行避障時，要根據(jù)小汽車的行駛速度來決定避障的距離。經(jīng)試驗當在車體前方放置白色物體時，小汽車距離障礙物20cm左右就能避障，當在車體前方放置

8、深色物體時，小汽車距離障礙物10cm左右才能避障。所以綜合考慮后決定把紅外線發(fā)射強度適當提高，使得小汽車在遇到深色物體時離障礙20CM左右就能避障。以便使小汽車能夠很好的避障。調(diào)節(jié)紅外線發(fā)射電路中RW的阻值可以調(diào)節(jié)紅外線的發(fā)射強度，以此來調(diào)節(jié)避障的距離。六、實驗總結(jié)按照要求，小車很好的完成題目要求的任務(wù)本作品涉及到一系列的光電一體化的技術(shù),其中機械結(jié)構(gòu)是小車能否穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)，硬件電路決定了小車實現(xiàn)的功能，而軟件部分是控制的靈魂,算法的好壞直接決定了完成任務(wù)的質(zhì)量，在設(shè)計的過程中，我們遇到很多的困難，首先小車的底座上，考慮很久，最后我們結(jié)合實現(xiàn)的功能選擇一款有兩個固定車輪和一個萬向小輪采用了STC89C52單片機制作的最小系統(tǒng)。我們充分體會了這款單片機的性能優(yōu)越性和便利性,其單芯片設(shè)計方案對提高產(chǎn)品集成,降低系統(tǒng)成本有很大的幫助,最后核算,整個小車的成本不超過180元.其二,關(guān)于紅外避障探頭的安置問題,由于小車車身并不具備完善我安置紅外避障探頭的鉆孔,經(jīng)過多次試驗