基于光電導(dǎo)航的智能移動測量小車

基于光電導(dǎo)航的智能移動測量小車1.驅(qū)動輪前輪亦為驅(qū)動輪,其決定小車能否靈活拐彎的關(guān)鍵局部。這輛小車和汽車不同，不是靠擺舵來控制轉(zhuǎn)彎，而是靠左右后輪速度差來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎控制。小車的兩前輪是靠舵機(jī)進(jìn)行驅(qū)動的。通過兩路PWM波實(shí)現(xiàn)對其的控制。只要調(diào)整PWM波的占空比即可控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)小車左輪的速度高于右輪時，小車右轉(zhuǎn)彎；反之，當(dāng)小車右輪的速度高于左輪時，小車左轉(zhuǎn)彎。小車后輪屬從動輪，質(zhì)地較硬，其與地面磨擦力較小，與其動力相比可以忽略不記。所以它可以自由偏移，而不影響小車的轉(zhuǎn)向.2舵機(jī)舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動器。它接收一定的控制信號，輸出一定的角度，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。在微機(jī)電系統(tǒng)和航模中，它是一個根本的輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電源線和地線用于提供舵機(jī)內(nèi)部的直流電機(jī)和控制線路所需的能源．電壓通常介于4～6V，一般取5V。注意，給舵機(jī)供電電源應(yīng)能提供足夠的功率?？刂凭€的輸入是一個寬度可調(diào)的周期性方波脈沖信號，方波脈沖信號的周期為20ms(即頻率為50Hz)。當(dāng)方波的脈沖寬度改變時，舵機(jī)轉(zhuǎn)軸的角度發(fā)生改變，角度變化與脈沖寬度的變化成正比。3反射式紅外傳感器反射式紅外傳感器ST188采用高發(fā)射功率紅外廣電二極管和高靈敏度光電晶體管組成。檢測距離可調(diào)整范圍為4－15mm；采用非接觸檢測方式。反射式紅外傳感器中包含一個發(fā)射器LED和一個光探測器〔光敏二極管／光敏三極管〕。著兩個元件被封裝在同一個塑料殼體中，并且排列成適合他們工作的理想位置。LED發(fā)出的一束光被一個外表反射后又回到探測器中。圖1.4是反射式紅外傳感器的工作原理圖。封裝在矩形殼體中的是發(fā)射器LED〔由左側(cè)的白色方塊表示〕和探測器裝置〔在右側(cè)〕。虛線表示光線從發(fā)射器LED中發(fā)出并反射回探測器；探測器檢測到的光強(qiáng)大小取決于物體外表的反射率，而這一光強(qiáng)就是傳感器的輸出值。如下圖，選通信號〔高電平〕經(jīng)過三極管擴(kuò)流后送到傳感器的K腳，如果檢測到黑線，傳感器C腳輸出高電平；否那么輸出為低電平反射式傳感器在高度受控的理想環(huán)境下的工作性能更好，因?yàn)橛绊懰敵龅耐饨缫蛩赜泻芏?，如環(huán)境光的變動、傳感器與被探測物體之間的距離，以及被探測物體的反射率等。為了減少環(huán)境光的干擾，首先需要調(diào)整傳感器的方位使環(huán)境光不能直接射到探測器。反射式紅外傳感器ST188的最正確探測距離為6-14mm。所以將傳感器垂直于地面并且調(diào)整傳感器與地面的距離，大約在10mm左右。4.紅外一體化接收頭電視機(jī)、唱機(jī)等家電中廣泛使用紅外線遙控器。紅外遙控器發(fā)出38KHz調(diào)制的紅外線，在接收端，被一體化紅外接收頭接收，解調(diào)出原始鍵碼值。因?yàn)榧t外遙控使用廣泛、成熟、大批量，所以相關(guān)紅外接收、發(fā)射元件價(jià)格很低。本方案使用通用遙控器的一體化紅外接收頭作為檢測元件。一體化接收頭內(nèi)部集成有帶通濾波器，它只允許大約38kHz的紅外信號通過。這種僅對38KHz敏感的特性，有助于消除環(huán)境光對遙控器接收的影響。如圖，當(dāng)紅外線發(fā)射管IRLED〕發(fā)出的38KHz的紅外線被一體化接收頭接收時，接收頭輸出“0〞。當(dāng)沒有偵測到紅外線，或非38KHz紅外線〔如日光燈干擾〕，輸出“1〞。第三章硬件電路(1)舵機(jī)驅(qū)動電路此局部是整個小車的大腦，是整個小車運(yùn)行的核心部件，起著控制小車所有運(yùn)行狀態(tài)的作用。通常選用單片機(jī)作為小車的核心控制單元。這里選用MSP430F425單片機(jī).考慮到小車必須能夠前進(jìn)、倒退、停止，并能靈活專性，在左右兩輪各裝一個舵機(jī)分別進(jìn)行驅(qū)動。當(dāng)左輪電機(jī)轉(zhuǎn)速高于右輪電機(jī)轉(zhuǎn)速時小車向右轉(zhuǎn)，反之那么向左轉(zhuǎn)。為了能控制車輪的轉(zhuǎn)速，左右兩輪的轉(zhuǎn)速，可以采取PWM調(diào)速法，即由單片機(jī)的TA1和TA2輸出一系列頻率固定的方波，再通過功率放大來驅(qū)動舵機(jī)，在單片機(jī)中編程改變輸出方波的占空比，從而可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。左右兩輪兩個電機(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。驅(qū)動電路如圖:需要注意的是：被二極管分流到電源兩端的電力將造成主板電壓的瞬變或噪聲。更嚴(yán)重的是當(dāng)采用PWM信號控制電機(jī)時，每次關(guān)斷都會產(chǎn)生這種影響。如果導(dǎo)通三極管又重新開啟，同時反向電動勢電流仍然存在，結(jié)果三極管將直接導(dǎo)通電源正極和地。這一現(xiàn)象時間的長短取決于續(xù)流二極管的關(guān)斷時間。這一電流稱作過沖電流，它同樣會產(chǎn)生噪聲。因此需在離接口慢近的地方加一旁路電容來消噪。旁路電容的作用是平滑電流脈動和電源電壓的瞬變。當(dāng)電壓出現(xiàn)尖峰時，電容將迅速地吸收這一能量，從而使電壓保持恒定。當(dāng)電壓降低時，電容將向電路中回饋能量，從而使電壓有所上升。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，從單片機(jī)出來的PWM電壓大約在3.5V左右，加到舵機(jī)兩邊最多只有3V，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其耐壓，因此轉(zhuǎn)速也很慢，稍有摩擦就轉(zhuǎn)不動了。因此需要再增加兩個三極管來進(jìn)行擴(kuò)流，還可以起保護(hù)單片機(jī)的作用。(2)計(jì)樹木棵樹，循跡，隧道長度測量用的是顏色的ST188，如果檢測到有反射的光線就計(jì)數(shù)加一。隧道測量：如果進(jìn)入隧道，我們可以用光敏電阻的感光性能調(diào)節(jié)阻值的大小從而輸出上下電平，從電平開始改變就計(jì)時，電平再次改變就結(jié)束計(jì)時。通過驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速以及車輪半徑就可以計(jì)算出隧道長度。地面的白線是導(dǎo)引線，位置讀取和計(jì)算的準(zhǔn)確