智能小車應用論文

1、 PAGE 9智能小車應用 本設(shè)計分為三個模塊，驅(qū)動電路模塊，光電傳感器模塊，處理器模塊。左右輪的驅(qū)動電路用于控制小車前進過程中的，左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，和前進過程中的速度。探測模塊利用光電傳感器（光電對管）對小車的行駛狀態(tài)進行判斷。在跑道中利用光電開關(guān)做傳感器是本設(shè)計的一個亮點，小車在行駛時利用光電開關(guān)探測距離較遠這一特點，合理的安排傳感器的位置，可以很好地實現(xiàn)跑完全程的目的，這是我們循跡比較好的創(chuàng)新點。一 、方案選擇1、軌跡探測模塊與比較方案一、采用光電對管對小車行駛的路況進行判斷。普通光電對管，具有價格低，采購時容易購買到的優(yōu)點，但其缺點是，探測距離近，易受外界其他紅外光的干擾，這樣無法保證小車在

2、高速行駛時單片機能夠準確的獲取小車行駛的路況狀態(tài)，易造成行駛過程中的誤判，是小車掉下跑到。經(jīng)我們多次測試，其穩(wěn)定性無法滿足賽道要求，故，果斷放棄該方案。方案二、利用投射式光電對管，進行手工加工后改裝為光電對管。投射式光電對管較一般的光電對管要更靈敏，其光束能量高，方向性強，在我們經(jīng)過多次測試后得出這種經(jīng)自己改裝的光電對管具有探測距離遠（經(jīng)小組成員多次測試，一般情況下探測距離可達三厘米左右），穩(wěn)定性高等優(yōu)點。在市場上也較易購得，但由于跑道是架在空中的，此對管無法探測到小車體積以外的路況，故也放棄。方案三、采用光電開關(guān)。光電開關(guān)，光電開關(guān)光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物

3、對光束的遮擋或反射，由同步回路選通HYPERLINK /view/134362.htm電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。光電開關(guān)發(fā)出的光信號在遇見黑線時會有一定量的吸收，導致其反射回來的信號和一般障礙物反射回來的信號有一定量的減弱，故也可以用于檢測賽道邊沿的黑帶，而且靈敏度可以調(diào)節(jié)，效果相當靈敏，故采用這種傳感器用于檢測路況。2、處理器選取方案方案一、采用ARM 處理器進行數(shù)據(jù)處理，ARM處理器處理數(shù)據(jù)比較高，、而且端口比較多，可以處理多個任務。但是價格

4、高，入門比較困難，熟練掌握比較困難，學習周期比較長，而且在小車前進過程中，處理的數(shù)據(jù)量不是很大，過多的IO口反而不利于控制。故舍去該方案。方案二、采用比較普及的處理器，51 單片機比較普及，價格低廉，學習資料比較多，易于自主的學習與掌握，而且這方面的圖書和教材比較多，學習資料易于獲取。綜合考慮采用該方案。在小車行駛過程中處理的數(shù)據(jù)量51 的IO口完全可以滿足。綜合考慮方案二更利于實現(xiàn)，故采用第二套方案。尋找另一輛小車的傳感器選取方案分析與比較題目要求中，要實現(xiàn)甲車和乙車交替領(lǐng)跑，需要在超車區(qū)對另一輛小車的情況進行判斷，故傳感器必不可少。方案一、采用光電對管對另一輛小車的狀況進行判斷。光電對管具

5、有價格低廉，電路簡單的優(yōu)點，但是光電對管的探測距離過近，3mm到4mm左右，而且易于受到外界干擾信號的影響，故不可取。方案二、采用超聲波模塊對另一輛小車的行駛狀態(tài)進行判斷。超聲波具有方向性探測距離遠等優(yōu)點，最遠可達4米，而且精度可達到厘米級。但是由于小車的結(jié)構(gòu)并非傳感器反應靈敏的平面結(jié)構(gòu)，故不能夠準確測量另一輛小車的位置，最終未使用。方案三、采用光電開關(guān)探測另一輛小車的位置，光電開關(guān)具有探測距離遠，反應靈敏等優(yōu)點而且定向性比較好，經(jīng)實際測試，該傳感器可以很好地完成在超車區(qū)內(nèi)對另一輛小車的探測，故最終選取該方案。鏤空部分的檢測由于賽道的外部以及賽道的內(nèi)部都為鏤空設(shè)計，必須保證小車在行駛過程中不會

6、超出賽道，掉下去，故必須對鏤空部分進行檢測。方案一、采用超聲波模塊對鏤空部分進行探測。超聲波談車距離遠，但需要對超聲波模塊進行比較復雜的程序編程，程序繁瑣而累贅，不利于程序的簡單化處理。方案二、采用已經(jīng)安裝在車上的光電開關(guān)進行探測，因為探頭探測到黑帶和探測到鏤空部分的情況有相同的輸出（都為1）故可以認為檢測到鏤空和檢測到黑帶做相同的判斷，都認為小車已經(jīng)走到賽道邊沿，單片機可做相同處理。這也是本設(shè)計和其他設(shè)計的最大區(qū)別，也使得該設(shè)計的程序方案簡潔明了，易于實現(xiàn)單片機的智能控制。故本設(shè)計采用了方案二。電機驅(qū)動方案一：采用和三極管手工焊接成橋該橋可以滿足一般需要，但由于三極管構(gòu)成的正向?qū)ê头聪驅(qū)?/p>

7、時管壓降不一樣，手工焊接時電路的阻抗不一樣，存在小車前進時和后退時動力不一致，左輪和右輪前進時的速度也不一樣（三極管的參數(shù)不可能完全一致）使前進時左右輪存在偏差。而且三極管橋容易出現(xiàn)左右橋同時導通（死區(qū)），使橋燒壞。方案二：采用電機驅(qū)動芯片。L298是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動電路?？梢院芊奖愕尿?qū)動兩個直流電機或則一個步進電機。該芯片性能穩(wěn)定，通過電流可達，內(nèi)部集成死區(qū)調(diào)節(jié)功能，可以為小車提供充足的動力。而且易于調(diào)速，綜合考慮，采用方案二比較可靠。探測超車區(qū)方法方案一采用一個光電對管全程記錄經(jīng)過的黑線數(shù)目，在第八條黑線時判

8、斷為小車已經(jīng)到達超車去。該方法易受環(huán)境影響，使得記錄的黑線個數(shù)不準確，使小車產(chǎn)生誤判，導致小車超出跑道。方案二采用兩個間隔五厘米的光電對管對超車區(qū)的連續(xù)五條黑線進行檢測，只要出現(xiàn)兩個同時檢測到黑帶的情況，即認為小車已到達超車區(qū)。該方法經(jīng)多次測試，比較可行，幾乎每次都可以檢測到超車區(qū)。電源板模塊方案一采用四節(jié)電池供電，經(jīng)三端穩(wěn)壓器7805穩(wěn)壓后送給單片機和光電對管等需要供電的部分6V 直接給L298供電，驅(qū)動左右兩個電機。該方案簡單，但是電池在用一段后會有一個管壓降，使得電路得到的電壓不穩(wěn)定，不利于PWM 調(diào)速和光電開關(guān)的探測距離。方案二采用6節(jié)電池，串聯(lián)產(chǎn)生9電壓，經(jīng)過DCDC降壓模塊給L29

9、8和光電開關(guān)。再經(jīng)過7805穩(wěn)壓電路后，共給單片機和光電對管。該方案解決了電池用一段后壓降降低的影響，在電池電壓降低時可以調(diào)節(jié)降壓模塊的降壓差，來達到彌補電池壓降的目的。共給電路穩(wěn)定的電壓，使得小車的行駛動力充足，性能穩(wěn)定。故采用方案二作為電路的電源模塊，給系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓。硬件設(shè)計1.設(shè)計模塊如圖1所示： 圖1 2 .1原理分析與說明在實際調(diào)試時我們嘗試了多種傳感器，但大都不能滿足賽道要求，后來我們改變了一向的定向思維蔽黑線跑完全程的辦法，想到了賽道是架起來的，與賽道有明顯的區(qū)別。而且由于小車的慣性作用，若用光電對管類做探測很難提前預知前方賽道情況，反應一旦過慢就很有可能沖出賽道。若用光電開

10、關(guān)，因為光電開關(guān)大家大都平時都用于蔽障，垂直探測障礙物，卻沒有想到光電開關(guān)在傾斜的狀況下也可以探測前方路況。而且光電開關(guān)探測到黑線和探測到白線其反射率是不一樣的。光電開關(guān)的探測距離與障礙物黑白顏色關(guān)系，見下表：探測距離顏色黑白5V供電30cm37cm6V供電41cm54cm7V供電53cm60cm由圖可知，若利用光電開關(guān)的對黑線和對其他顏色有不同的探測距離來探測賽道，則可以很好的解決跑賽道時小車容易掉下去的情況。2獨具特色的光電開關(guān)運用 光電開關(guān)能夠探測障礙物，在有障礙物時產(chǎn)生一個低電平信號。通常我們只是用光電開關(guān)直線探測障礙物距離，但是光電開關(guān)的功能遠不止如此。我們發(fā)現(xiàn)，光電開關(guān)在傾斜時也可

11、以探測障礙物的距離，而在本設(shè)計中，傾斜后光電開關(guān)打在賽道上，返回一個低電平信號，把賽道作為障礙物處理，思路跳出傳統(tǒng)框框，選取到了比較合適的傳感器，使得小車跑完賽道較一般的用光電對管更加容易實現(xiàn)。光電開關(guān)探測距離較遠，用它做路況探測可以提前預知路況狀況，提早做出判斷。光電開關(guān)分別安裝與小車的左前方，右前方，左側(cè)，右側(cè)。共記四個探頭。這四個探頭組合起來殘生一個路面信息的16（24)中情況信息狀態(tài)，由這16中信息對小車的行駛狀況進行矯正，完成賽道要求。2.3小車動力系統(tǒng)小車動力系統(tǒng)采用直流減速電機，減速電機，轉(zhuǎn)矩比較大，能夠在小車負載較重時仍能正常行駛，而且速度降低有利于電機的精準控制，使小車能夠更

12、精準的對路況信息進行判斷。2.4小車的賽道圈數(shù)計時系統(tǒng)由于甲乙兩車在發(fā)揮部分要實現(xiàn)交替領(lǐng)跑，故，必須對小車行駛了幾圈進行計數(shù)，使得甲乙車的運行狀態(tài)不同的圈數(shù)有不同的運行狀態(tài)。計時系統(tǒng)采用類似條碼掃描的方法。在小車的最后和最前各有兩個有光電對管構(gòu)成的圈數(shù)探測電路，該電路有兩個光電對管構(gòu)成，間距20cm只有當小車運行到超車區(qū)的五條黑線中最前面一條和最后面一條時，圈數(shù)才加一。三、應用說明1.特點說明該軟件設(shè)計利用了PWM調(diào)速，的利用甲乙兩車各自編寫對獨立賽道程序1.1 PWM 調(diào)速利用單片機的IO口，由軟件編寫PWM波。本設(shè)計中PWM調(diào)速系統(tǒng)采用2K HZ的不同占空比的調(diào)速系統(tǒng)。結(jié)合賽道和兩個電機的

13、情況給兩個電極不同的PWM波，使小車能夠完成各種賽道情況。1.2跑道程序設(shè)計根據(jù)車上四個傳感器的信號，來判斷將要走的賽道情況。四個傳感器最多十六種情況，把每一種情況都找出對應的位置和將要執(zhí)行的程序，是小車能夠勝任這十六中情況，這樣小車就可以適應賽道的各種情況。1.3 主程序分段為了解決小車交替領(lǐng)跑的功能，必須對程序的設(shè)計采取分區(qū)處理。甲車在前和甲車在后要運行不同的程序。許多軟件大多的運行控制都是由一個主程序的循環(huán)來進行的，但本軟件在主程序上也采取了分段的方式。在主程序間根據(jù)不同的功能區(qū)間來進行跳轉(zhuǎn)，很明確很直觀地將主程序進行了功能分段，為子程序的設(shè)計、程序的控制提供了很大方便，同時增強的程序的可讀性。1.4 轉(zhuǎn)彎和加速考慮到賽道的特殊性，賽道四周都為鏤空，小車決不允許超出跑道，否者就有可能出現(xiàn)小車再到地面的情況。所以程序設(shè)計時，利用本設(shè)計中硬件上可以實現(xiàn)對賽道前方情況盡早判斷這一優(yōu)點，在小車檢測到鏤空區(qū)域時，小車并不是邊前近邊轉(zhuǎn)彎，而是以車身中心為軸，原地實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，這樣小車就可以很順利的過四個直角彎道，而不會因為轉(zhuǎn)彎掉下賽道。1.5 賽道圈數(shù)計算程序為了能夠很好的判別小車行駛與第幾圈，設(shè)計中采用車身前部和車身后部各加一個光電對管用于見車超車區(qū)的那五條黑線，兩個對管間隔20cm，只有當兩