智能車硬件設(shè)計(jì)

1、智能車硬件設(shè)計(jì)-、系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)我們采用光電管檢測(cè)路徑，尋找黑線位置，將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)分析、處理，來調(diào)節(jié)舵機(jī)控制小車轉(zhuǎn)向，通過控制電機(jī)來控制小車速度，使小車能順利并以一定的速度按著黑線來跑動(dòng)。小車硬件設(shè)計(jì)主要分為以下幾個(gè)模塊：光電檢測(cè)模塊：采用一體化的紅外發(fā)射接收管來檢測(cè)路面信息，發(fā)射管發(fā)射紅外光， 通過地面反射由接收管接收，由于紅外光對(duì)黑、白兩種顏色有著不同的反射效果， 光電管把信 號(hào)發(fā)送給單片機(jī)處理，單片機(jī)就可以確定黑線的位置。速度檢測(cè)模塊：運(yùn)用霍爾元件和8個(gè)小磁鋼做成一個(gè)檢測(cè)電路， 將磁鋼貼在小車的從動(dòng) 齒輪上，齒輪每轉(zhuǎn)一圈， 霍爾元件通過感應(yīng)磁鋼產(chǎn)生 8個(gè)脈沖，傳送到單片機(jī)，由單片

2、機(jī)處 理計(jì)算當(dāng)前的速度值。電機(jī)控制模塊：通過組委會(huì)提供33886芯片來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，并采用兩片級(jí)聯(lián)的方式來提高驅(qū)動(dòng)能力，達(dá)到更好的控制效果。舵機(jī)控制模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)通過處理光電管的信號(hào)后，發(fā)出一定頻率的PW瞰來控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向，舵機(jī)轉(zhuǎn)一定的角度使小車能流暢的按黑線軌跡跑動(dòng)。電源管理模塊：該模塊主要是將7.2V電池合理地為小車上其他模塊供電，使各模塊能正常運(yùn)行，主要用到 LM2940,7806等穩(wěn)壓芯片。二、光電檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用紅外光電管作為檢測(cè)傳感器， 主要是讓小車在白底黑線引導(dǎo)的跑道上自動(dòng)采 集路面信息，識(shí)別道路，能夠沿著黑線流暢快速的行使。紅外傳感器的設(shè)計(jì)在整輛賽車的設(shè) 計(jì)中至關(guān)重要，它是

3、小車的“眼睛”。.傳感器設(shè)計(jì)方案智能循跡小車傳感器設(shè)計(jì)的方案主要有光電傳感器，CCD專感器，超聲波傳感器等，本案中采用一體化的紅外光電傳感器作為信息采集元件，紅外光電管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔， 反應(yīng)靈敏，成本低，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于近距離路面的檢測(cè)。但是紅外光電管也有一定的不足，它的檢測(cè)距離有限，檢測(cè)信息不連續(xù)，探測(cè)長(zhǎng)度和個(gè)數(shù)受大賽規(guī)則的限制，紅外光電還易受背景光源，器件之間差異，傳感器高度不一致等多因素的干擾。由于賽道只有黑、白兩種顏色，小車通過紅外傳感器足以分清黑白兩色來采集路面的信息，至于紅外管的各干擾因素可通過手工調(diào)整逐漸降低。經(jīng)綜合考慮，我們選擇紅外傳感器作為道路檢測(cè)元件，既可以保證信號(hào)的準(zhǔn)確,又可

4、以降低程序編寫的難度，提高小車整體控制的響應(yīng)速度。.傳感器電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的紅外光電管是發(fā)射接收一體化的紅外傳感器ST188,該傳感器發(fā)射功率高,接收靈敏度好，檢測(cè)距離比普通紅外光電管遠(yuǎn)，器內(nèi)部結(jié)構(gòu)入圖（一）所示：圖（一）紅外光電管該紅外光電管的檢測(cè)電路連接很簡(jiǎn)單，在發(fā)射管的前端串聯(lián)一電阻來限制電流，發(fā)射管的電流大則發(fā)射功率大， 檢測(cè)距離遠(yuǎn)，耗電量高， 也不能超過它所能承受的極限電流，同時(shí)在接收管的尾端串聯(lián)一個(gè)采樣電阻，通過采取采樣電阻兩端的電壓，經(jīng)過放大器放大后， 輸送到單片機(jī)的 AD轉(zhuǎn)換口來處理電壓信號(hào)。這里發(fā)射管的限流電阻和接收管的采樣電阻需要 多次實(shí)驗(yàn)來選取合理的阻值。實(shí)際設(shè)計(jì)的光電

5、檢測(cè)電路板上安裝了 15個(gè)紅外光電管，成“一”字型排列，光電管分 布中間偏密，兩邊較疏，檢測(cè)精度可達(dá)到 1.8cm- 2.2cm,這樣的設(shè)計(jì)有利于保證小車在正 常行駛中，光電管始終檢測(cè)到，檢測(cè)模塊實(shí)物圖見圖 （二）三、速度檢測(cè)設(shè)計(jì)小車正常行駛中，在道路上各個(gè)位置有著不同的速度，跑直線時(shí)，速度快，進(jìn)彎道時(shí)， 速度要慢且能順利過彎，這使得對(duì)小車實(shí)時(shí)的速度檢測(cè)并反饋到單片機(jī)處理顯的猶為重要， 單片機(jī)通過速度反饋可以閉環(huán)控制車速，使小車在道路各位置都能很流暢的跑動(dòng)。速度檢測(cè)的方法有好多種，如：光柵式編碼檢測(cè)，光電管檢測(cè)，測(cè)速發(fā)電機(jī)，霍爾元件 等，它們各有各的優(yōu)勢(shì)。在本設(shè)計(jì)中選擇了霍爾元件組合小磁鋼來進(jìn)

6、行速度檢測(cè)?；魻栐抢没魻栃?yīng)制作而成的傳感器。其輸入為磁感應(yīng)強(qiáng)度，輸出是一個(gè)數(shù)字電壓訊號(hào)。具有體積小靈敏度高、響應(yīng)速度快、溫度性能好、精確度高、可靠性高等特點(diǎn)，非常適合速度測(cè)量。首先將8個(gè)小磁鋼等間距地貼在小車的從動(dòng)齒輪上，再將霍爾元件的模塊固定在齒輪的邊緣，使霍爾元件于小磁鋼保持一定的檢測(cè)距離，示意圖如圖（三）圖（三）測(cè)速傳感器示意圖安裝完成后，給霍爾器件兩端加5V的電壓，使之能正常工作，當(dāng)它沒有檢測(cè)到小磁鋼時(shí)霍爾元件的輸出端電壓為 5V,當(dāng)霍爾元件檢測(cè)到小磁鋼時(shí)，輸出端的電壓降到 0.1V以下,這種電壓變化是跳變型的， 所以霍爾元件每檢測(cè)到一個(gè)磁鋼就產(chǎn)生一次電壓跳變，即一次脈沖。當(dāng)輪

7、子每轉(zhuǎn)一圈，霍爾元件會(huì)檢測(cè)到8個(gè)小磁鋼，也就產(chǎn)生 8個(gè)電壓脈沖，見圖（四）圖（四）霍爾元件產(chǎn)生的脈沖信號(hào)這樣，已知輪子的周長(zhǎng)，只需通過單片機(jī)計(jì)算 8次脈沖的時(shí)間，便可知道這一時(shí)刻小車行駛 的速度。四、電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是小車行駛的動(dòng)力來源，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的好還，驅(qū)動(dòng)芯片能力的強(qiáng)弱，直接影響到小車的行駛速度，本設(shè)計(jì)中采用高驅(qū)動(dòng)能力的MC3388的片。MC3388配飛思卡爾半導(dǎo)體公司的半橋式驅(qū)動(dòng)器，其工作電壓為5-40V ,輸入信號(hào)為TTL/CMOS PW喇率小于10KH乙 電路如圖（五）。UiV rVW vwv其中D1、D2是MC33886的植能端，IN1、IN2為輸入端，OUT1 OUT2為其輸

8、出端。單片 機(jī)通過PWMI道的占空比控制電機(jī)速度，IN2和IN1分別接到單片機(jī) PWM俞出上控制電機(jī)的 正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)為智能車加速， 當(dāng)轉(zhuǎn)彎時(shí)利用了反轉(zhuǎn) PW喊來控制電機(jī)的減速，采用兩片 33886級(jí)聯(lián)可以提高電機(jī)總的驅(qū)動(dòng)能力。五、電源管理設(shè)計(jì)電源采用組委會(huì)統(tǒng)一提供的7.2V ,2000mA/h的饃鎘可充電電池， 該電池為小車上所有用電模塊供電，應(yīng)合理分配電源，具體設(shè)計(jì)如圖（六）圖（六）電源管理設(shè)計(jì)在電源管理芯片中， 采用LM2940和7806芯片，為了避免各模塊用電時(shí)的相互干擾， 作用盡量模塊單獨(dú)供電的方式， 單片機(jī)單用5V電源，光電管和速度檢測(cè)模塊共用一 5V電源，舵機(jī)單用6V電源。這樣

9、各模塊的用電分配合理，使它們能正常，穩(wěn)定的運(yùn)行。六、車模硬件結(jié)構(gòu)調(diào)整為了讓賽車能在直道和彎道上高速穩(wěn)定的通過， 而且轉(zhuǎn)彎比較靈巧，快速，除了有相應(yīng) 的軟件和硬件電路的設(shè)計(jì)之外， 賽車的機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)其也有很重要的影響。 所以我們對(duì)賽車的 機(jī)械結(jié)構(gòu)也做了一些相應(yīng)的調(diào)整。由于這次比賽規(guī)定初賽時(shí)沒有坡道，而決賽時(shí)賽道直線部分可以有坡度在15度之內(nèi)的坡面道路，包括上坡與下坡道路。我們把車的后輪底盤放低，從而降低整車的重心，防止車翻倒。前輪的調(diào)整包括前輪主銷后傾角，主銷內(nèi)傾角，前輪外傾角，前輪前束的調(diào)整。前輪前束是前輪前端向內(nèi)傾斜的程度， 當(dāng)兩輪的前端距離小后端距離大時(shí)為內(nèi)八字， 前端距離大后 端距離小為外

10、八字，前輪調(diào)節(jié)的好有利于順利過彎。在拐彎時(shí)由于彎道內(nèi)側(cè)輪比外側(cè)輪的拐彎半徑小，則內(nèi)側(cè)輪比外側(cè)輪的速度小，這就 使兩輪胎有一定的速度差，稱為差速。而賽車的差速機(jī)構(gòu)安裝在后輪軸上的，所以只可以調(diào)整后輪的差速。經(jīng)多次調(diào)試觀察發(fā)現(xiàn)差速對(duì)賽車轉(zhuǎn)彎有很大的影響。如果差速過緊，即兩輪胎的速度很接近時(shí)， 轉(zhuǎn)彎的時(shí)候內(nèi)側(cè)輪很容易打滑，從而產(chǎn)生側(cè)滑，使賽車滑出賽道。當(dāng)差速過松時(shí)，會(huì)使直道的時(shí)候兩輪打滑， 大大的減小了賽車的驅(qū)動(dòng)能力。所以差速調(diào)整要適當(dāng)，才會(huì)使直道驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，彎道轉(zhuǎn)彎靈巧。組委會(huì)提供的舵機(jī)為 S3010,由于賽車轉(zhuǎn)向時(shí)舵機(jī)的響應(yīng)速度是一個(gè)很重要的因素， 為了加快舵機(jī)的響應(yīng)速度，我們做了以下方面的改進(jìn)。用6V電壓給舵機(jī)供電，增加轉(zhuǎn)向靈敏度；增加從舵機(jī)到連桿之間的長(zhǎng)度，這樣與以前的長(zhǎng)度相比讓前輪轉(zhuǎn)過同樣的角度舵機(jī)只需轉(zhuǎn)過比以前更小的角度， 雖然舵機(jī)本身的動(dòng)作的速度沒有變，但對(duì)于轉(zhuǎn)向來說則比以前更快了。通過以上這些改造舵機(jī)的響應(yīng)速度提高許多，為快速靈巧的轉(zhuǎn)向提供