智能小车范文

时间:2023-02-22 02:09:06

智能小车

智能小车范文第1篇

[关键词]寻迹避障控制

中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1110011-02

智能探测寻轨小车的主控模块采用ATMEL公司的AVR单片机,配合红外通信模块、电机模块、传感器模块、马达模块及小车的电路组成智能小车。该小车有两个马达,用于驱动小车左右轮。六个碰撞型的接触开关用于将碰撞信号传输到处理器内部进行处理,处理器通过控制电机来调整小车的速度和方向,从而实现避障。一个发光二极管和两个光敏三极管构成寻线传感器,发光二极管照亮地面,两个光敏三极管通过采集小车左右两侧的光线,产生相应的电流,并通过A/D转换器被处理器采样,处理器产生相应的控制信号来驱动电机,再控制左右轮的速度和方向,从而达到寻迹的目的。

一、系统的硬件电路

系统硬件主电路包括AVR单片机(图1的IC1芯片),红外收发器、两个控制马达的三极管桥路及其它电路。

(一)AVR单片机简介

AVR单片机是高效的、低功耗的8位微控制器。它采用先进的精简指令集架构,拥有130条汇编指令、32个8位通用寄存器、8K字节的闪存存储器、512个字节的EEPROM和1K字节的静态随机存储器,处理器工作速度达到16MIPS、并具有芯片加密功能。

内部组件:2个8位的定时计数器和1个16位的定时计数器、8通道模拟数字转换器,可编程异步串行通讯端口、模拟比较器等。

利用AVR单片机强大的功能部件,在不扩展其他芯片的情况下,实现智能小车的寻迹、避障等功能。

图1寻迹小车的主控电路模块

(二)USB-红外接收模块简介

USB通信协议是一种处在两种系统之间的串行数据接口,使用插分数据通信方式,包括两条对称线来取代单条的信号线和公共地线,一条线为+3.3V,在相反的线为0V定义为逻辑“1”;一条线为0V,而另一条线为+3.3V则定义为逻辑“0”。

如图2所示,USB总线提供了一个5V电源,通过F1、F2抑制高频的干扰,电容C6抑制脉冲调制产生的干扰,一个EEPROM用于固化系统参数,供上电时查询。数据信号则通过两个串联的电阻R1和R2传送。

作为一个异步总线系统,发送器和接收器必须提供它们自己的时钟信号。一个共振器Q1,产生一个6MHz的频率被连接到芯片的锁相环PLL,使频率倍频为48MHz,这个48MHz的时钟信号对输入的数据信号采样,IC芯片能以最大数据速率12Mbit来发送,因此每一位可能被采样4次,提高了信号的质量。

USB的发射过程:从PC到智能小车的数据经过USB口以12Mbit/s的速率进入图2的FT232BA芯片,这些数据被临时的储存在IC芯片中然后逐位发送,以2400Bit/s的速率通过TXD线被智能小车所接收。

USB的接收过程:器件SFH5110用于接收、放大和解调光信号。输入信号被连接到USB芯片的RXD端口,其将信号通过USB传送给了PC。接收模块IC4的电源采用了两个电容用作缓冲,并消除干扰。

(三)碰撞传感模块

从图1可以看出,6个传感器连接到了引脚PD3(INT1)和PC4(ADC4),

当传感开关没有碰撞时,引脚INT1被编程作为一个输入端口。由于没有按键触碰,电源上电时,与INT1中断输入线上的信号通过电阻R23和电源VCC拉成了高电平,故INT1=1,无中断发生。激活任何一个开关,电阻网络和R23将被连接到一个电压分配器,对C7进行放电,引脚PD3将检测到这个电平是‘0’,从而触发中断。由于连接碰撞型开关的电阻阻值不同,故产生的电流不同,被引脚ADC4采样到处理器内部的值也不同,故可在中断服务程序中分别调整。

(四)马达电路模块

马达桥是一个由四个三极管组成的桥式电路,处理器通过它能够独立的控制两个马达的前进或后退,如图3所示,驱动马达向右转动则打开三极管T1和T4,驱动马达向左转动则打开三极管T2和T3。

二、软件设计

采用模块化的设计思想,将寻轨避障这样一个复杂的系统分解为多个功能单一的模块,再通过主程序调用把各个模块有机的连接起来。在单一的模块中,通过C语言编写相应的驱动程序,涉及到的模块及流程图如下:

如图4所示,主程序完成的系统的初始化工作,包括红外接收使用的信号源、USB端口、I/O端口、电机模块、传感器模块等的初始化工作。

寻迹模块程序说明,系统开始检测光敏三极管输入时,先初始化左右控制电机,使车轮方向为正前方,并使当前小车的速度为0,接着采样从外部输入进来的光信号,比较左右两个光传感器数据的大小,如果相等,则当前小车方向不作调整,否则按照采样数据的大小调整左右轮的速度和方向。相应的程序流程图如图5所示。

避障模块程序说明:在小车的行使过程中,处理器每隔一段时间检测6个传感器有无触碰物体,如果没有,则小车还是按照原来寻线的路径来走。如果遇到障碍物,则小车通过调整左右轮的方向和速度,寻找一条新的路径,并且能够顺利地绕开障碍物。相应的程序流程图如图6所示。

三、系统调试

通过PC机的串口与小车的红外通信模块,将设计的程序下载到主芯片里,小车经过几秒的初始化后,就按照绘制好的曲线行走,在遇到障碍物时小车重新选择路径进行行走。

四、结束语

本文提出了能够实现寻迹与避障功能的智能小车,文章详细地介绍了系统的硬件设计,包括电路结构、相关理论、芯片选择。在软件设计部分,给出了设计系统的基本思路,详细的介绍了系统的流程图。从测试的结果来看,智能小车能够顺利的实现寻迹和避障。通过系统扩展,本设计可应用于超声波测距,里程计算,PC控制小车运行等功能。最后,本设计对其它电子产品的设计提供了一定的参考信息。

参考文献:

[1]何宏,单片机原理及接口技术[M].国防工业出版社,2008.4.

[2]Data sheet ATMEL ATmega8.

[3]Bibliography AREXX,JAMA:AUSRO"Roboterbaustaz-Baund Bedienungsanleitung".

[4]www.省略.

[5]C program file.

作者简介:

李雪峰(1980-),助教,研究方向:信号与信息处理;周一兵,高级工程师,研究方向:电子设计与自动化、嵌入式系统设计。

智能小车范文第2篇

关键词:智能小车;AT89C52

中图分类号:TP242.6 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2012)20-0007-02

文章设计的智能小车,采用AT89C52作为小车的检测和控制核心。根据设定的行进轨迹及要求,采用红外传感器进行里程统计,超声波及红外传感器进行目标识别与避障;采用步进电机对车的转向进行控制,实现精准定位;此外,由发光管给出指示信号。车行驶中的各种功能控制由软件实现,同时采用红外遥控方式控制小车的启动、停止及状态转换,其中红外发射部分加入凌阳声控系统,实现语音控制。

1 系统原理框图

本文所设计的以AT89C52为检测和控制核心的系统原理如图1所示。

2 系统硬件电路设计

①前轮电动机驱动模块的设计。本次设计采用的是从废旧软驱上拆下的步进电机及驱动芯片,体积小、性能好,使用方便。其原理如图2所示。两路输入信号的频率皆为40 Hz,占空比50%,相差90°,此时电机处于最佳状态。

②后轮电机驱动模块的设计。后轮采用普通直流电机,通过控制脉冲占空比算法,实现对小车速度的控制。这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、带载能力大,能承受频繁的负载冲击,还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。驱动部分选择了电机专用驱动芯片L298。L298 是为控制和驱动电机设计的推挽式功率放大专用集成电路器件,将分立电路集成在单片IC之中,使器件成本降低,整机可靠性提高。该芯片有两个TTL/CMOS 兼容电平的输入,具有良好的抗干扰性能;四个输出端具有较大的电流驱动能力,每通道峰值电流能力可达2 A。

③红外遥控发射模块的设计。为了提高传输信号的抗干扰能力,还需将编码信号调制在较高频率的载波上发射。由于接收部分采用的1838红外集成接收头要求载波频率为38 kHz,故采用CMOS门电路构成的脉冲调制振荡电路,振荡频率:f=1/(2.2RTCT)。发射部分采用中功率三级管8550,利用其开关特性驱动红外发光二极管发射红外光。电路原理如图3所示。

④红外遥控接收模块的设计。红外接收头有较强的指向性,使用时稍有不便。所以本次设计采用两个接收头背向放置的方式,以此增大了接收范围,红外接收头放置方式如图4所示。

接收解调部分:采用1838红外集成接收头。它将红外接收管与放大电路集成在一体,体积小(大小与一只中功率三极管相当),密封性好,灵敏度高,并且价格低廉。它仅有三条管脚,分别是电源正极、电源负极以及信号输出端,其工作电压在5V左右,只要给它接上电源即是一个完整的红外接收放大器,使用十分方便。其主要功能有放大、选频和解调,要求输入信号需是已经被调制的信号。经过它的接收放大和解调会在输出端直接输出原始的信号,而且灵敏度和抗干扰性都非常好

解码部分:采用与MC145026配对使用的通用接受解码器MC145027,将解调后的串行数据进行解码,使其成为BCD控制代码,并使控制代码并行输出。其电路中的R1、C1组成的电路用来判定接收到的脉冲是窄脉冲还是宽脉冲,时间常数R1C1应调整为1.72×编码器时钟周期,即R1C1=3.95RTCCTC。R2、C2组成的电路用来检测接收到的末位信号,时间常数R2C2应等于33.5×编码器时钟周期,即R2C2=77RTCCTC。这个时间常数用来判定输入Din保留电平的时间是否已达到4个数据周期,达到了则数据提取电路将提取到的低电平信号送到控制逻辑电路,控制逻辑电路是有效传输输出端VT为低电平,此时传输终止。

{5}车轮转数及里程检测模块的设计。在车轮转轴上固定一塑料圆盘,将其挖出四道缝隙,夹角为90°。将红外灯管固定在正对前轮位置,因为后轮在刹车时容易打滑,故安装在正对前轮位置才能准确测的车的里程。车轮转动时,接收头不断接收到红外光信号,得到的信号通过比较器产生脉冲,再发送至单片机,以实现车里程的检测。

{6}用超声波探测器测距的工作方式的选取。当利用超声波探测器测距时常用两种方法,即强度法和反射时间法,强度法是利用声波在空气中的传输损耗值来测量被测物的距离,被测物越远其反射信号越弱,根据反射信号的强弱就可以知道被测物的远近,但在使用这种方法时由于换能器之间的直接耦合信号很难消除,在放大器增益较高时这一直接耦合信号就可使放大器饱和从而使整套系统失效。其原理如图5所示,由于直接耦合信号的影响,强度法测距只适合较短距离且精度要求不高的场合。

反射时间法是利用检测声波发出到接收到被测物反射回波的时间来测量距离,对于距离较短和要求不高的场合我们可认为空气中的声速为常数,我们通过测量回波时间T利用公式S=V×T/2其中,S为被测距离、V为空气中声速、T为回波时间(T=T1+T2),可以计算出路程,这种方法不受声波强度的影响,直接耦合信号的影响也可以通过设置“时间门”来加以克服,因此这种方法非常适合较远距离的测距,如果对声速进行温度修订,其精度还可进一步提高。虽然反射时间法比强度法有较大的优越性,但因为小车避障时不须在很远处发现障碍物,且强度法较易实现,故这里采用强度法避障。

3 结 语

通过小车实物的制作及实际跑道上的测试证明该智能小车能顺利地完成语音遥控、自动行驶、自动避障,里程统计并发出指示信息等功能。

参考文献:

[1] 吕俊芳.传感器接口与检测仪器电路[M].北京:北京航空航天大学出版社,1989.

[2] 徐惠民.单片微型计算机原理、接口及应用[M].北京:北京邮电大学出版社,2000.

[3] 冯博琴.微型计算机原理与接口技术[M].北京:清华大学出版社,2007.

[4] 靳桅.单片机原理及应用[M].成都:西南交通大学出版社,2003.

智能小车范文第3篇

关键词 单片机AVR-ATMEGA16;红外线对管;车速检测;L298驱动

中图分类号TP242 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2011)54-0202-02

1 方案确定

智能小车控制系统选用AVR-ATMEGA16单片机为控制核心,通过光电编码器对小车速度进行检测,将速度反馈给单片机,由单片机对小车驱动直流电机进行转速控制,从而控制小车的速度并且通过控制PWM脉冲占空比对小车的速度进行调节。当按键按下时,启动小车运行,小车运行过程中由装在车身的红外线对管,检测起始标志线、转弯标志线、超车标志线,将检测到的信号后送给单片机,由单片机控制L298驱动左右轮的电机,来控制电机进行转弯、加速、减速、超车区超车等功能。光电编码器测出两轮电机的转速,送回给单片机来调整小车的行进速度。

2 单元电路设计

2.1 最小系统电路

最小系统选用AVR-ATMEGA16,主要用于对各个模块进行控制,以保证每个模块正常运行,此模块为整个系统的控制核心,通过IO口对接受和发送数据,来实现控制,包括控制PWM波的占空比来控制电机的转速,光电编码器将测得的电机转速送回单片机,红外线对管检测的信息送回单片机,来控制小车按要求进行。

2.2 电机驱动电路

设计过程,由于主控芯片上没有自带的PWM控制器,通过设计硬件电路和软件产生PWM波对电机进行控制。首先芯片通过PWM信号开启关闭通道,电路的有效值功率P如式1所示,只要控制占空比就可改变电机的驱动功率,由单片机的模块发出不同占空比的信号来控制行进电机,按照要求转动。一块L298芯片可同时驱动两个直流电机, L298的工作电压为5V~20V,导通电阻为0.12Ω,输入信号频率通常小于10K,并且具有短路保护、欠压保护、过温保护等功能。从芯片的封装图可以看出,可用两个半桥电路增强其驱动能力,因此该方案可高效率、稳定、精确的控制电机转动。

式1

式1中: P为有效值功率;

为PWM波占空比;

U为电机供电电压;

I为流过电机电流。

2.3 光电编码器测速电路

设计采用光电编码器来测量电机转速,光电编码盘与电动机同轴,电机转动时带动光码盘同速旋转,可将电机转动的圈数也即电机输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量,通过计算每秒光电编码器输出的脉冲个数即可算出电机的转速。

2.4 信号采集红外对管电路

红外对管是一种利用红外线的开关管,接收管在接收和不接收红外线时会出现导通和不道导通两种状态,利用电路可以输出明显的高低电平变化,CPU通过识别这些变化的高低电平,就可以采取措施对小车进行控制。

3 软件设计及工作流程

3.1 软件设计整体介绍

对于小车而言,硬件是小车的躯体,而软件则是小车的大脑,时刻控制着小车的行驶速度和方向。小车的行驶离不开软件的控制。由此可见软件的控制对于小车来讲是很重要的。小车运行的快慢与导航的精度全部依靠软件做的好与否。本设计的软件设计主要分为两个部分:小车的运动模型设计和控制器设计。

3.2 简单运动模型

小车在实际行驶中,主要运动轨迹有两种情况:直线和曲线行驶。本文对两种情况都建立了模型;首先当小车直线行驶时,建立小车运动关系图如图1所示。

图1 小车运动关系图

根据关系图所示,假设小车运动方向与X轴的夹角、X坐标、Y坐标作为状态变量,建立运动状态方程如式所示:

式2

其中,式中VR、VL分别为右轮、左轮的速度, 为小车总体速度,L为左右轮间距。

由于上面的公式具有连续性,而在采样的过程,只能采取间断的信号,因此必须对上面的公式进行离散化。设T作为采样周期,利用光电编码器在一个周期内测出的脉冲个数可求得第n个周期内小车移动的路程。对式2进行离散化与线性插值可以得到一组递推公式如式3所示:

式3

其中,式3中的Xn,Yn表示小车在第n次采集的坐标值。当小车行驶的轨迹是直线时直接带入上面公式就直接可以算出。

3.3 控制器设计

电机控制中,如果只采用开环控制系统控制电机,小车的运行会受外界的障碍物的影响。为了避免这种情况,让小车能够稳定的运行,采用增量式光电编码器形成的测速反馈电路,构成转速负反馈的闭环系统。它能够随着负载的变化而相应的改变电枢电压,以补偿电枢回路电压降的变化,所以相对开环系统它能够有效的减少稳态速降。当反馈控制闭环调速系统使用比例放大器时,它依靠被调量的偏差进行控制。因此是有静差率的调速系统,而比例积分控制器可使系统无静差的情况下保持恒速,实现无静差调速。

本论文的控制器,主要利用经典的PID控制器,采取小车的速度和位置双闭环调速系统;其中,小车的速度是控制器的内环,位置为外环。根据光电编码器采集左右轮的信号,经过下位机的判断和处理,从而改变小车的运动速度和方向。从而实现对小车的速度和位置双闭环调速与导航。

3.4 电机控制

控制电机的运动过程中,主要通过PWM波控制电机的转速;光电编码器采集电机的转速信号,经过施密特触发器整形后,把信号在反馈给控制器。反馈的转速与给定转速比较通过PID算法,把重新计算得来的输入速度送给电机,电机就会根据这个速度运转。

4 测试方案及数据分

4.1 测试方案条件

图2 小车测试跑道

测试在如图2所示的跑道上面进行,根据小车实际的运行情况记录不同要求情况下完成误差及实测数据。小车工作所需电池电压,12V、5V。

1)分别测试甲、乙小车成功通过跑道的所用的时间,及出跑道的次数,其测试结果如表1所示。

车号

项目 甲车 乙车

成功通过用时T 23s 24s

出跑道次数N 0 0

速度cm/s 47 48

表1小车成功通过跑道测试

2)测试甲、乙两车按图 所示位置同时起动,乙车通过超车标志线后在超车区内实现超车功能,并先于甲车到达终点标志线,即第一圈实现乙车超过甲车,测试乙车在超车区内超过甲车的时间。

车号

项目 甲车 乙车

T超车用时 2s 3s

出跑道次数N 0 0

表2

4.2 测试仪器

1)DT9205 数字万用表;

2)UTD2062 CE 60HZ 1GS/S 数字示波器;

3)QJ-3003SIII 数字可调直流稳压电源;

4)秒表。

参考文献

[1]王晶.智能小车运动控制技术的研究[D].武汉理工大学硕士论文,2009,5.

[2]刘培艳.移动机械人的控制系统研制[D].西安科技大学硕士论文,2008,6.

[3]盖萌萌.轮式移动机器人运动控制机器人的研究与设计[D].西安电子科技大学硕士论文,2009,1.

[4]张国亚.自动导引小车的设计与实现[D].武汉科技大学硕士论文,2008,10.

[5]叶菁.磁导式AGV控制系统设计与研究[D].武汉理工大学硕士论文,2006,4.

[6]李玉.自动导航小车的路径规划与控制研究[D].西安科技大学硕士学位论文,2008,4.

[7]张薇.船舶运动智能控制PID研究[D].哈尔滨工程大学硕士论文,2008,12.

[8]谷玉川.AGV驱动转向一体化机构及其导航控制研究[D].吉林大学硕士论文,2005,2.

[9]程丽丽.自主寻迹切割机器人控制系统研究[D].吉林大学硕士学位论文,2009,5.

[10]宋养鹏.竞赛用智能汽车控制系统的研究[D].兰州理工大学硕士论文,2009,5.

[11]徐清.自动导引小车的设计与实现[D].苏州大学硕士论文,2006,4.

[12]全国大学生电子设计大赛组委会编.第九届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编[M].北京:理工大学出版社.

智能小车范文第4篇

摘 要:智能引导小车在生活中所能扮演的角色越来越多,所起到的作用也越来越大,当人们在一个陌生环境如图书馆,博物馆或旅游景点,想到达自己想去的目的地往往需要话费一番力气,而自主规划路径的小车正好能为这些人提供方便。本文论述的智能引导小车以STC89C52单片机为核心,通过栅格法进行自主路径规划,并由红外传感器辅助行进,以及通过射频卡来识别目的地,综合运用了蓝牙通信、自主路径规划、语音合成、射频卡识别等技术,使小车能实现自主路径规划,并提供引导的目的。

关键词:自主路径规划;避障;射频卡识别

基金项目:中国民航大学大学生创新创业训练计划优秀培育项目

项目号:IEKCAUC2015018

1 引言

现如今,智能小车的相关研究不断深入,使得小车在加相应传感器后完成某一特定功能成为可能,可实现循迹、避障、跟随等功能。因此智能小车开始逐步走向实际生活,并且各个方面为人们提供服务。

本文设计实现的智能小车以STC89C52单片机最小系统作为主要控制核心,首先叙述单片机最小系统、目的地输入模块等智能小车的硬件,然后介绍引导小车时的自主路径规划、避障以及目的地输入与检测等软件的设计与实现。

2 智能引导小车的硬件设计与实现

智能小车的硬件是整个小车控制系统能否顺利运行的基础。其硬件主要由单片机最小系统作为控制器,用蓝牙传输输入目的地,用直流电机、光栅以及光电传感器来实现顺利行进,主要硬件模块包括:单片机最小系统、目的地输入模块、小车驱动模块、避障模块、射频卡模块、语音模块。

2.1 单片机最小系统

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能微控制器,具有8K字节系统可编程存储器,使用经典的MCS-51内核,但具有传统51单片机不具备的功能。

2.2 目的地输入模块

采用蓝牙输入作为输入的方式,所使用的为CSR-BC417蓝牙芯片,工作电压为3.3V,电流配对时为20-30mA,配对后为8mA。可支持UART和PIO接口的数据传输蓝牙模块,最高传输速率为3Mbps。

2.3 小车驱动模块

小车采用四个直流电机,工作电压为6V,电流为80-100mA。采用两路PWM控制芯片为小车的电机供电,两路PWM控制可以十分方便地控制电机的正反转。

2.4 避障模块

避障采用红外光电传感器HJ-IR2和比较器来实现,检测到障碍物时输出低电平,平时高电平。

2.5 射频卡模块

该模块由MF-S50射频卡和MF-RC522读写卡模块构成。为非接触式IC卡,具有8KB的EEPROM,每张卡都有唯一的序列号。

2.6 语音模块

采用了SX6288A为主要核心的语音合成模块,其使用异步串口方式进行通信,通过接收待合成的文本数据实现文本到语音的转换。

智能小车利用目的地接收模块接收手机发送的目的地,用单片机最小系统进行分析、规划路径,驱动模块为小车提供动力,避障模块为行进提供辅助作用,射频卡模块则为小车进行位置判断提供作用,语音模块实现的是讲解或语音提示作用。

2.7 光栅模块

采用了HJ-IR6光栅芯片、两个光感器以及两个栅轮构成,当车轮转动时,通过光栅对小车车轮转速进行测定,从而实现对小车速度的监控,方便控制智能小车的速度。

3 智能引导小车的软件设计与实现

3.1 主程序设计

首先执行目的地输入程序,待目的地输入成功后,小车先对自身所在位置进行判断,然后执行路径规划程序,规划好路径后调用驱动程序,小车在行进过程中由自动调速程序对其进行自动调速,同时避障程序进行辅助,在遇到行人时停止,等待行人离开后继续前进,经射频卡程序检测为目的地时小车停止,并进行语音提示或讲解,最后返回出发点。

3.2 路径规划程序

小车利用栅格法对环境划分成网格单元,栅格的一致性和规范性使得栅格空间中邻接关系简单化,在给每个栅格赋予通行因子之后,将路径规划问题转化为寻求两个栅格节点间的最优路径。

3.2.1 栅格发路径规划算法流程

①对地图进行栅格化,给予给每个栅格赋予一个二维坐标(x,y);

②将所有栅格划分为可通行和禁止两个类别,并建立两个二维数组Ai,Bi,分别存放两类坐标;

③小车进行初始化,初始坐标为(0,0);

④将周边8个栅格的坐标与可通行数组内坐标进行比较,如果为可通行,则存入另一个数组Ci;

⑤将可通行坐标与目的地坐标间距离进行计算,然后将距离最短的坐标存入Di;

⑥再对Di中的坐标依次进行④⑤操作,依次可得出一系列坐标;

⑦将这些坐标输出到数组Ei,作为路径。

3.3 避障程序

光电传感器安装于小车前部,探测距离为20-25cm,在探测到前方有行人时小车停止,待行人走后再继续前进,避免撞上行人。当光电传感器输出低电平,Τ绦蚪行外中断,当光电传感器输出为高电平后继续执行小车的程序。

3.4 目的地输入程序

当小车与电脑或手机链接成功后,通过串口将目的地发送给小车,接受失败时返回“重新输入”语句,接收成功时返回“输入成功”语句,然后单片机将字符对应的坐标找出并赋值给目的地变量。

3.5 目的地识别程序

在不同的目的地各自安放射频卡,每张射频卡对应一个地点,首先调用子函数,将寻卡命令发给射频卡读写器,若有卡则将返回的卡的类型存入数组中。接着调用子函数防冲突指令,并将返回的卡序列号(4个字节)存入 数组中。调用选卡指令,选择已知序列号的卡进行通信,调用子函数发送块1所在扇区的密码A给射频卡,验证其是否正确。读取块1中的数据,将其存入数组中。

最后判断房间号是否匹配,具体说明如下:输入的3位房间号存放在数组中,读取的3位房间号存放在另一个数组中。首先定义一个匹配标记初始值设为0。然后将两个数组一一比较,若对应位数值相同,初始值加1,不相同则不加,如果循环比较完后值等于3,则说明匹配,即找到房间,否则不匹配,继续循环寻找房间。

4 结论

智能小车范文第5篇

【关键词】智能 仿雷达 避障碍 精确 小车

1 研究的背景以及意义

智能机器人技术以计算机、机械、电子、传感器、自动控制、人工智能以及通讯网络等多种不同学科以及领域为代表,是高新技术研究成果的集大成者,其代表着高科技研发的最前沿。伴随电子科技的不断进步,各N各样的具备感知、决策、行动以及交互性能的机器人被发明出来,而且其应用已广泛分布于机械、航空航天、电子、交通、冶金以及国防等众多领域。目前机器人在制造业应中的运用愈来愈广阔,其模块化、标准化、智能化以及网络化的程度愈来愈明显,功能也愈加强大,同时正向技术及装备成套化的趋势发展。此外,机器人也在向非制造业应用和微小型趋势发展。作为智能机器人中的一个特例,智能小车其执行构建较为简单,价格相对低廉,能方便快捷的执行各种命令,趣味性非常强。

2 系统设计方案

2.1 方案的选择

仿雷达智能精确避障小车主要功能是避开行进时候遇到的障碍物,小车无固定的行动路线,也不设目标,但是会按照最优判断去决定转向哪个方向,通常情况下都不会与障碍物碰撞。结合系统的需求,该智能小车的主要模块有:主控模块、超声波避障模块以及电机驱动模块。

2.1.1 MCU的选取

MCU的种类比较多,其中ST公司的MCU主要优点是价格便宜,功能相对强大,而且具备低功耗模式,性价相对较高。而MSP430的优点是功耗低,通常用在长期工作的设备中。51系列单片机功能比较少,不过在MCU学习和使用上非常的方便。鉴于已有STC89C52单片机,笔者对其功能十分的熟悉,除输出两路PWM波形51系列MCU相对困难以外,其它功能用51已足够,故而MCU最终选用的是STC89C52。

2.1.2 传感器的选取

红外传感器虽然其测量的距离远,但是其精度较差,在1m,并且受光照的影响很大。而超声波模块的测量距离在0.3-4m之间,其精度约为1cm,且抗干扰能力非常强。图像传感器在接收信息上是最全面的,不过其图像解析和处理比较困难。结合考虑智能小车的工作尺度以及MCU的处理能力等因素,最终选取的是超声波传感器。

2.1.3 电机的选取

通常电机主要有直流电机和步进电机两类,其中直流电机控制起来比较方便,驱动也比较简单,调速性能很好,但是其位置精度比较差。而步进电机则恰好相反,其位置精度非常好,但是其驱动、控制起来很麻烦。因为本小车不需要恨精确的位置信息,同时处理的时候还有模糊处理的成份,故而本次选择直流电机。

2.2 系统设计的框图

如图1所示。

3 项目实施

3.1 硬件系统设计

3.1.1 主控模块

仿雷达智能精确避障小车的控制板选取开发板带的STC89C52单片机,再加上下载电路、晶振、复位电路、引脚引出、开关和指示电路以及扩展中断等硬件。其中的晶振电路由11.0592M和22p电容构成,而复位电路由弱上拉10K电阻构成。

下载电路:因为笔者手上有USB转TTL模块,所以在小车设计的时候不用串口,并且USB转TTL电路不需其它的芯片和接口,4pin排阵就能够实现,最终下载电路选取的USB转TTL电路,如图2所示。

扩展中断:该种电路选取三片7400四和非门芯片实现,把MCU的INT0扩展为四个中断。其中的逻辑是:Y=A+B+C+D=(A’B’)’+(C’D’)’=(((A’B’)’)’((C’D’)’)’)’还有开关与指示电路,如图3所示。因为库中没有STC单片机,与使用AT的代替,二者外观一样,只是所包含的头文件有区别。此外还有一些I/O口的引出,直接和排阵相连。

3.1.2 超声波测距模块

技术参数具体如下:使用电压为5V;静态电流大多为小于2mA;感应角度不大于15°;高精度能够达0.2厘米;电平输出为高于5V;电平输出为底0V;探测距离为2cm至450cm;接线方式为VCC、trig(控制端)、echo(接收端)、GND。工作原理是触发测距是IO口TRIG,至少10us高电平信号;模块能够自动发送八个40khz的方波,自动检测信号能否返回;如果信号能返回,IO口ECHO就输出一个高电平,而持续时间是超声波发射至返回的时间。

4 结语

总之,本文主要是对自动避障的小车进行研究,自动避障就是指的能够自动躲避在前进路上的一些障碍物。可以采用多个超声波模块来进行模拟小型雷达来进行检测,实现了预期的效果。

参考文献

[1]卢威.智能小车避障系统的设计与实现[D].江西:南昌大学,2012.

[2]王应军等.基于AT80C51单片机的智能小车设计[J].福建电脑,2009.

[3]孙浩.基于HCS12的小车智能控制系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2007.

[4]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京航空航天大学出版社,1994.

作者单位

智能小车范文第6篇

关键词 智能小车;单片机;红外传感器

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2016)160-0170-02

在如今全球智能化的时代,机器人在许多领域已开始应用,如消防、工厂、医院、建筑行业甚至军事等领域。机器人是靠自身动力和控制力来实现各种功能的一种机器。在机器人技术智能化不断发展的过程中,科研人员开始将许多新的技术应用于机器人,并运用于各个领域。在这些领域里,科学研究人员发明了许多具有靠自身动力和控制力来实现某种特定性能的智能机器人,如消防机器人、海底作业机器人、医疗救援机器人、作战应用机器人等,智能小车可作为机器人的一类。智能小车体现了传感器技术和自动控制技术。智能小车就是通过传感器对信号进行发送和接收,将接收到的信号进行处理,发送给单片机,通过单片机编程的方法来控制小车,最终实现小车自动循迹避障的智能化要求。

1 主控部分

主控部分以C51单片机为主要器件,由于单片机控制简单、方便,有很好的控制功能和操作功能,循迹传感器和避障传感器将信息传递给单片机,单片机通过得到的信息来控制小车的电机,来控制行进中的小车的方向,以实现特定的目标。

2 循迹部分

循迹部分采用RPR-220红外光电传感器件[2],RPR-220由探测器和接收器组成,它的接收器实际上是一个硅平面光电三极管,经测试,该探测器对黑线检测结果非常好,受外界光源影响较小,小车装上两对光电对管,即可保证车体始终保持在轨道内正常前行。循迹即小车沿着指定的行进路线(黑线)行驶,寻迹部分主要采用红外光电传感器进行探测,由于红外线对不同颜色具有不同的反应,当遇到白光时,会发生漫反射,而遇到黑线时,黑线就会将红外光线吸收。通过对不同颜色的物体反射的情况,将不同信息反馈到红外接收装置上。单片机根据此信息来使小车的电机进行特定的进动或停止。开启小车启动按钮,设定小车沿着黑线行驶,利用红外传感器对黑线进行探测确定小车是否偏离,如果小车偏离黑线,单片机会通过程序控制小车,如果黑线左偏则会使小车轮子左转,如果黑线右偏小车轮子向右转,以此保证小车沿着黑线行驶[3],如果遇到停止线则小车执行停止命令。

3 避障部分

避障部分同样采用红外线避障的手段,红外传感器由发射器和接收器组成,发射器向远处发射信号,信号经反射至接收器,接收器接受信号并通过信号强弱来判断小车距离障碍物的远近。根据信号的强弱将信号变成高低电平,由单片机来控制电机,如果小车不能识别到黑线则单片机会控制小车转向继续寻找黑线,若识别到黑线则控制小车沿着黑线行驶,直到遇到停止线,小车停止行驶。

本模块主要有两部分组成,38kHz的红外发射模块和接收比较模块,采用38kHz频率段是能有效的排除可见光的干扰,实现避障有效距离50cm左右,更好的完成对电机的控制。

4 电机驱动部分

智能小车的电机驱动为两个直流电机,每个直流电机与楔形齿轮相连,该智能小车不考虑速度的调节情况,设定小车做匀速运动,驱动部分由芯片组成,该芯片电路为中块集成电路,用来接收TTL逻辑电平,直流和步进马达,开关电源晶体管。电机的正转、反转、停止均可通过单片机编程,将程序输入驱动芯片,芯片然后对电机进行正转、反转、停止的控制,通过对电机的有效控制,使小车按预定的方向进动。

5 结论

本设计方案以C51单片机为主要器件,循迹部分、红外线避障部分将获取的信息传递给单片机,单片机通过得到的信息对电机部分进行控制,并做出相应的进动。整个过程需要通过编程的手段,每一部分都有相应的程序来运行,每得到特定的信号后,单片机都将执行它们与之相对应的功能模块,实现小车的自动循迹功能、自动避障功能,实现小车的智能化行驶。这种智能小车可以应用于多种领域,如消防灭火、医疗救援、水下攻击等,随着智能化的发展,必将给人类带来诸多便利。

参考文献

[1]张毅刚,彭喜元,彭宇.单片机原理及应用[M].北京:高等教育出版社,2010,5.

[2]康华光,电子技术基础数字部分[M].5版.北京:高等教育出版社,2006,1.

智能小车范文第7篇

【关键词】智能车;AT89S52;单片机;金属感应器

0 引言

智能作为现代的新发明,是未来的发展方向,可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作,不需要人为的管理,可应用于科学勘探等多种用途。智能车就是其中的一个体现。本文着重对智能小车的设计进行了探讨。采用具有高稳定性的AT89S52单片机为控制核心,用金属感应器TL-Q5MC作为检测元件来检测路上感应到的铁片,采用霍尔元件A44E检测小车行驶速度;采用1602LCD实时显示小车行驶的时间,小车停止行驶后,轮流显示小车行驶时间、行驶距离、平均速度以及各速度区行驶的时间。

1 系统的具体设计

1.1 路面检测模块

应用一个金属感应器,安装在车盘下,离地略小于或约四毫米。当金属传感器检测到铁片时将对单片机发送中断信号,单片机运行中断,改变输给电机驱动信号的电压占空比来控制小车的速度。

1.2 LCD显示模块

采用1602LCD,由单片机的总线模式连接。为节约电源,LCD的背光用单片机进行控制。

1.3 测速模块

通过霍尔元件感应磁铁来产生脉冲(当霍尔元件在离磁场较近时输出会是高电平,其它时候是低电平),一个车轮均匀放四个小磁铁,计算一秒所得的脉冲数,从而计算出一秒小车轮子转动圈数,再测量出小车车轮周长即可计算出小车当前速度,累加可得到当前路程。

1.4 控速模块

考虑到元器件的缺少以及所用的电路的驱动电机的电路原理图和小车自带的电路的电机驱动原理图一样,所以暂时使用小车自带的电机驱动电路图。

1.5 复位电路模块

此款智能智能小车用到的I/O口:小车速度的变换采用RD0、RD1控制,RD2~RD6用于红外传感器的输入,小车的开关按钮为RD7,RC0~RC5用于电动机的使能和方向控制,RB0~RB2用于串行工作方式的LCD显示(SMG12864ZK),RB3~RB4用于测速单元的输入。单片机的复位电路通过手动来实现。

1.6 模式选择模块

模式选择模块通过一个74LS00与非门和两个不带锁按钮来控制单片机单片机的两个中断口,从而按动按钮来选择小车走动的路型、来选择小车的速度是快速、中速、慢速;走完路程小车停止后还可以通过按钮选择想要在LCD上想看的信息,比如总时间、走过各段路程的时间、平均速度、总路程等。

小车走动的模式选择有:

(1)直线型:满足设计任务的基本要求,能稳定的走完全程。之后按顺序循环不断的显示走完全程所用的时间、走完高速区所用的时间和走完低速区所用的时间这三个时间;或者可以通过两个按钮以及LCD显示的菜单选择所要看的内容如平均速度、全程距离以及那三个时间。

(2)S型:满足设计任务的发挥部分的要求,小车能自动的感应到在前面或在后面铁片,即第一次转弯后若感应到的是错误的方向,则小车会后退自动调整方向,沿着S型的铁片走。当走完S型铁片后的一定时间里,小车自动停止。之后自动进入菜单由我们自己选择要看的内容时间、平均速度和所走的距离。

(3)自动型:小车先以一定的速度走完全程,之后再以一定的速度倒退回起点,再调整速度在一定的时间内走完全程。走完后LCD显示的内容与直线型显示的内容一样。

2 结论

以AT89S52单片机作为核心部件,该智能小车采用金属感应器TL-Q5MC来检测路上感应到的铁片,从而把反馈到的信号送单片机,通过各种方案的讨论及尝试,最后智能小车可以实现:

(1)自动避开障碍物,找到合适的路径;

(2)自动识别路线状况,并根据实时状况快速做出判断;

(3)自动显示所要求的时间;

(4)自动寻线前进,能智能检测、捡起、放下铁片;

(5)行驶到规定的地点自动停止并显示结束。

【参考文献】

[1]曹建树,曾林春,等.基于单片机控制的智能寻迹小车[J].微计算机信息,2008,12-2:103-104.

[2]孙肖子,张企民,编著.模拟电子技术基础[M].西安:西安电子科技大学出版社,2006,112-457.

[3]沈红卫,编著.基于单片机的智能系统设计与实现[M].北京:电子工业出版社, 2005,32-126.

智能小车范文第8篇

1智能搬运小车系统结构

智能搬运小车系统结构如图1所示。小车以STC89C52单片机为控制器,两路L298N驱动控制小车运动的四个直流电机,通过3路TCRT5000红外光电传感器检测电路实现小车的寻迹运动,1路红外传感器检测电路实现自动避障,采用LJK-D4N金属探测器实现金属探测,使用者可以通过按键设计目标站点,同时根据在车轮安装的检测电路通过单片机的数据处理,可以在液晶显示屏上显示小车所走过的路程。

2智能搬运小车的硬件设计

2.1单片机最小系统及I/O设计

设计采用国产宏晶公司的贴片式STC89C52RC单片机为控制器,这款单片机具有高速、抗干扰能力强、功耗低的特点,指令代码完全兼容传统8051单片机,实际工作频率可达48MHz,时钟电路采用12MHz晶振和两个22pF瓷片电容,设计了上电复位和按键复位两种电路,最小系统电路如图2所示,单片机板安装时,注意安装位置,注意电源供电和下载线使用的方便性。根据系统需求,单片机I/O分配如下:P0.0-P0.7:直流电机驱动板的控制端;P1.0-P1.7:液晶显示器的数据端;P3.5-P3.7:液晶显示器的控制端;P2.0-P2.2:三路光电寻迹检测电路的信号端;P2.3:1路红外线避障的检测信号端;P2.5:金属探测器的检测信号端;P3.0-P3.3:四个按键的控制端;P2.6-P2.7:直流电机驱动电路板中的两块驱动芯片L298N的使能端。其中,四个控制按键的作用分别是控制直流电机的启动/停止、加速、减速、站点选择。

2.2L298N驱动电路设计

智能搬运小车的4个直流电机驱动采用常见的电机驱动模L298N实现,如图3所示。L298N输出最大电压可达50V,满足直流电机的驱动要求,可以直接通过单片机的I/O端口提供驱动信号,1块L298N驱动模块驱动两路3~16V的直流电机,工作电流可达2A,系统只需2块L298N,具有电路结构简单、易于实现的特点。单片机将有一定规律的控制脉冲从P0口的P0.0-P0.7输出,经驱动芯片L298N驱动4个直流电机的各相绕组,两个端口控制一个电机的运动,如果需要对小车进行PWM调速,则通过ENA和ENB端输出PWM调速脉冲控制电机转速。VDD和GND端为驱动电源输入端输入电压,可输入6~12V电压。

2.3寻线检测电路及避障电路设计

本设计中要求的小车寻线运动主要是按照黑线的路径进行,光电寻迹检测电路采用反射式红外光电对管TCRT5000检测信号,TCRT5000传感器中蓝色管为发射红外线管,黑色管为接受管,其电路原理如图4所示。系统设计了电源指示灯和检测指示灯,方便进行系统调试和验证,当TCRT5000检测到黑线时,比较器正向输入端电压变大,检测指示灯熄灭,当TCRT5000检测到反射较强的区域时,比较器正向输入端电压变校,检测指示灯点亮,通过10k欧姆的精密可调电阻可调节检测灵敏度。设计共采用三路光电寻迹检测电路,传感器分别按照在小车车头左中右三个位置,检测信号分别由单片机的P2.0、P2.1、P2.2端口输出。在白色区域内,光电管导通,比较器输出为低电平;在黑色区域内,光电接收管截止,比较器输出为高电平。单片机根据检测到的高低电平可以控制小车前进的方向是左转还是右转,使小车行走不偏离黑线。当小车左向偏离黑带,则应该控制小车右转;当小车右向偏离黑带,则应该控制小车左转。当环境变化时,可以通过微调可调电阻RW让单片机可靠检测到黑白线信号。小车避障电路采用寻线检测电路相同的检测原理,由单片机P2.3端口接收TCRT5000传感器的检测信号,避障电路安装在小车正前方位置,当小车前进过程中有物体遮挡时,P2.3为高电平,单片机控制小车停止运动,直到把障碍物移除,小车继续前进。

2.4金属检测电路设计

选用型号为LJK-D4N的金属探测器来对小车实现金属探测,其电路原理图如图5所示。传感器的金属探测距离是3-4mm,所以要将金属探测器安装在小车前面中间位置,而且让它与地面相距3-4mm。当智能小车前方有金属块时,输出为低电平。

3智能搬运小车的软件设计

3.1主程序流程图

本设计的主设计流程图如图6所示,当接通电源时,必须按下启动按键小车才能运动,在行驶过程中,结合查询方式查询小车是否偏离黑线,并根据偏离方向执行相应的控制程序;若P2.5端口为低电平,则探测到金属,执行对应的报警程序;当检测到障碍物时,会产生中断,执行对应的避障程序。

3.2寻线检测及控制程序设计

在完成小车的机械结构安装后,首先要让小车能够实现前进、后退、左转弯、右转弯和停止五种基本运动,分别对应forward()、back()、left()、right()、stop()五个功能函数,根据控制逻辑实现8个驱动I/O的不同电平输出来实现。小车寻线检测及控制的过程为:前车底部安装3个传感器,沿黑线运动时,只有中间传感器可以检测到信号,小车向右偏移时则是左边传感器检测到黑线,单片机接收到信号后将控制小车左转以保证小车沿黑线前进,小车向左偏移时则是右边传感器检测到黑线,单片机接收到信号后将控制小车转以保证小车沿黑线前进,程序流程图如图7所示。转向程序可以分为小角度拐弯和大角度拐弯两个函数模块,可以通过程序控制四个车轮不同的运动状态来实现。

3.3智能小车到站停及站点设计

所设计的智能搬运小车可以通过按键设置所要前往的目标站点,为节省I/O资源和硬件设计复杂性,系统只设计了一个按键,通过不同的按键次数识别设置的目标站点数值,单片机通过计数功能累加所经过的站点数,当计数所得的站点数和目标站点数值一致时,表明小车到达目标站点,需要停车进行装卸货工作。

3.4路程计算程序设计

在车轮安装一个路程检测电路,小车车轮每转一圈单片机I/O端检测到一个低电平信号,控制器内部通过识别电平的变化信号由变量自动累加车轮转动的圈数,使用软尺测量轮胎的周长,在单片机内部通过数据处理计算得到小车走过的路程。如果通过单片机的定时器设定一个电平信号采集时间,计算在采集时间内变量的累加值就可以计算出小车的平均运动速度。

4系统调试

在进行系统联调前,首先进行了硬件测试。在寻线检测电路和避障检测电路调试时,在反射式光电传感器上面放置白色物体,用万用表测量LM324的第1引脚是不是为低电平;然后再用黑色的物品放在反射式光电传感器的感应部分,看万用表的的电压是否为高电平;来回移动黑色物品,看万用表的电压值是否呈现高低电平的变化。在金属探测电路调试时,首先给金属探测传感器导入+7.2V的电源,并在接电源端和输出端之间接一个4.7kΩ电阻;再用万用表测量尚未碰到金属时输出端是否为高电平;当碰到金属时,指示灯是否亮,电路输出端是否为低电平。当保证硬件电路正常工作的前提下,再对软件进行调试。说先通过仿真软件proteus在线下载调试,观察仿真情况是否和预计的要求一致。在确定无误后,将程序下载到单片机中,进行系统的联调,图8为调试过程。本设计所完成的基于直流电机的智能搬运小车,可以实现寻线、避障、金属探测、到站停等功能,具有体积小、性价比高等特点,对工业AGV小车、儿童玩具车的开发研制具有一定的借鉴作用。

参考文献

[1]王宝萍.玩具智能小车控制系统的设计与实现[D].电子科技大学,2012.

[2]郭志勇.单片机应用技术项目教程[M].人民邮电出版社,2019.

[3]王静霞.单片机应用技术(C语言版)[M].电子工业出版社,201

智能小车范文第9篇

摘要:设计一台智能电动小车,其采用STC89S51 单片机作为小车的检测和控制核心,利用超声波传感器检测道路上的障碍,控制电动小汽车的自动避障,快慢速行驶,以及自动停车,并可以自动记录时间、里程和速度,利用红外传感器检测道路上的黑线进行寻迹,应用光敏电阻进行光源的寻找。整个系统的电路结构简单,可靠性能高。实验测试结果令人满意,本文着重介绍了该系统的硬件设计方法及测试结果分析。

关键词:51单片机 超声波传感器 光电检测器 PWM调速

随着汽车工业的迅速发展,关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目,设计智能电动小车应该能够实时显示时间、速度、里程,具有自动寻迹、寻光、避障功能,可程控行驶速度、准确定位停车是工科大学生课外训练的一个实用平台。

1硬件方案设计

运用空白的电路板做车体,在车体的左右各安上一个带有电动机驱动的车轮,在车子的后方安一个万向轮,这样就行成了一台简易的小车车体了,在小车车体上加装各种传感器,实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量,并将测量数据传送至单片机进行处理,然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。

1.1直流调速系统

脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)PWM方式:采用晶闸管的直流斩波器的基本原理,晶闸管不受相位控制,而是工作在开关状态。当晶闸管被触发导通时,电源电压加到电动机上,当晶闸管关断时,直流电源与电动机断开,电动机经二极管续流,两端电压接近于零。脉冲周期不变,只改变晶闸管的导通时间,即通过改变脉冲宽度来进行直流调速。

本设计采用了常用的双极式H型变换器,它是由4个三极电力晶体管和4个续流二极管组成的桥式电路。

1.2路面检测控制系

检测控制主要实现光电距离的检测,即利用各种传感器对电动车的避障、位置、行车状态进行测量控制。

本系统采用反射式光电传感器用于检测路面的起始、终点和路面的轨迹(电工的黑胶带),小车底盘上沿黑线放置一套,以适应起始的记数开始和终点的停车的需要,小车的中间放置三套,以确定能沿轨迹行走。检测电路采用反射接收原理配置成对。该电路包括一个高亮发光二极管、一个光敏三极管及其上拉电阻。高亮发光二极管发射一定强度的光照,红外光敏三极管在接收到反射回来的光线后导通,发出一个电平跳变信号。

1.3障碍物检测

障碍物检测是利用超声波传感器检测控制的。采用T/R-40-12小型超声波传感器作为探测前方障碍物体的检测元件,其中心频率为40Hz,由80C51发出的40KHz脉冲信号驱动超声波传感器发送器发出40KHz的脉冲超声波,如小车前方遇到有障碍物时,此超声波信号被障碍物反射回来,由接收器接收,经LM318放大,再经带有锁相环的音频解码芯片LM567解码,当LM567的输入信号大于25mV时,输出端由高电平变为低电平,表明前方有障碍特送单片机处理。

1.4光源检测

光线跟踪,采用光敏三极管接收LED灯发出的光线,当感受到光线照射时,其c-e间的阻值下降,检测电路输出高电平,经LM393电压比较器整形后送单片机控制。本作共设计两个光敏三极管,分别放置在智能小车车头的左、右两个方向,用来控制电动车的行走方向,当左侧光电管受到光照时,单片机控制转向电机向左转;当右侧光电管受到光照时,单片机控制转向电机向右转;当左、右两侧光电管都受到光照时,单片机控制直行。

1.5智能小车行进方向

三套光电传感器固定在底盘前沿,贴近地面。正常行驶时,发射管发射白光照射地面,光线经白纸反射后被接收管接收,输出高电平信号;电动车经过黑线时,发射端发射的光线被黑线吸收,接收端接收不到反射光线,传感器输出低电平信号后送单片机处理;如果小车行驶在没有黑色轨道的路上,则小车进入寻光模式,哪里光照强就往哪去;无论小车处于寻光模式还是处于寻迹模式,障碍物始终具有最高的优先权,遇到障碍物小车拐弯。

小车会通过检测到的信号判断执行哪一种预先编制的程序来控制自身的行驶状态。前进时,驱动轮直流电机正转,进入减速区时,由单片机控制进行PWM变频调速,通过软件改变脉冲调宽波形的占空比,实现调速。最后经短路制动实现停车。前行与倒车控制电路的核心是桥式电路。

1.6行车距离检测

由于红外检测具有反应速度快、定位精度高,可靠性强以及可见光传感器所不能比拟的优点,故采用红外光码盘测速没距方案。

原理:将光栅安装在电机轴上,当电机转动时,光栅也随之转动,同时安装在光栅一侧的红外发光二极管点亮,在光栅的另一侧设有红接收管,用于接收红外发光二极管发出的红外线信号。由于光栅随电机高速转动,则红外线三极管接收到的就是一系列脉冲信号。将该信号传输到80C51单片机的内部计数器计数,根据预先实测的数据换算关系即可计算出电动机车的行车速度和距离。

1.7 显示电路

本设计中用两片4位八段数码管显示器,并具有双重功能,在小车不行驶时其中一片显示年﹑月,另一片显示时﹑分;当小车行驶时,分别显示时间和行驶距离/速度。

2软件设计

智能小车范文第10篇

关键词:智能小车、自动化循迹、智能化系统

一、智能小车硬件的设计

1.车体设计。我们以购买的玩具汽车为例,玩具汽车具有完整的车架车轮,我们可以保留其保证其转动的轴,并且换为转动的力矩比较大的电机来准确的调整转弯的角度,后轮的方向保留,使用直流的电机进行驱动,这样的汽车配置比较的紧凑,能够将各个部分所需要的电路充分的连接起来,看起来也是比较的美观的,这种骑车试讲电机和相关的齿轮联系起来的,它能够适应整个路的路况,使得小车能够准确的前进、后退和转弯,这种外形的设计,使得整个小车的外形达到了整个智能的基础[1]。

2.电机选择。我们选择使用直流电机,直流电机的控制方法是最简单的,只需要给他两根最简单的控制线再加上适当的电压就能够使得电机转动起来,电压越高转动的速度也就越高,这种电机的速度的调节是很好控制的,还有一种控制方法就是改变方波的频率,以此来改变电机的转速,这种改变需要电机进行编程,才能够使得电机更加容易使用。电机对于汽车来说是重中之重,只有具有一个良好的电机才能够使得整个的驱动系统达到最佳状态。

3.电机驱动设计。电机的驱动设置的是L298N芯片,这话总芯片为单块的集成电路,它最大的特点是高电压、高电流,还能够通过四个通道进行驱动,直接对电机进行控制,不需要对整个电路进行分段,通过对单片机的控制来控制整个控制端的电压大小,也就是能够对电机进行正反转,停止的操作也很方便,同时还能够满足直流的电机的电流的要求,在调试的时候应该依照着整个表上的要求,输入正确的程序代码,规定其动作的完成指令,实现其对应的动作指示。

4.循迹传感器的设计。传感器有很多种,以前有很多的企业选择发光二极管,其最大的缺点就是容易受到外界的光源的影响,有的时候甚至无法看到黑色的线,主要是因为光的反射,无法使得准确的光反射入眼。而我们采取的是脉冲式反射红外线发射接收器。整个系统需要采用交流电的分量的调制的信号,这个信号可以大幅度的减少外界的干扰,红外的发射器的工作的电流均属于平均电流,假如占有的空间比较小的话,就能够大大的提高整个信号的比例,这种系统的反应速度大概是5us,很大程度的改变了整个传输的速率[2]。

5.控制系统。我们采用的是AT89S52为主要的核心芯片,这种芯片具有足够大的存储空间,既能够方便的使用ISP来下载一些汽车使用程序,还能够满足整个软件使用空间,同时这个芯片提供了两个不同烦人计数器,对于不同的作品来说已经完全够用,这种芯片能够比较灵活的选择不同的模块部分开控制整个系统,还能够准确的计算出时间,具有很好的及时性,这个控制器的核心设计是以前前所未有的设计,很多汽车没有想到这样的设计,一旦涉及出来必将是亮点之作。

6.电源设计。这也是整个设计最突出的一点,采用的是双电源,采用双电源是为了确保单片机的控制的部分和后轮的驱动的部分之间不会互相影响,如果他们互相影响的话就会造成整个电路系统无法使用,同时还要讲单片机的供电和整个驱动的系统分开,后轮进行电源的及时供电,这样既有助于消除整个电机的互相干扰,还能够提高整个系统的稳定性,使得系统的可靠性得到了提高,双电源设计的另一个重要的方面是可以采用太阳能发电,这也同时节约了能源,自动进行供电[3]。

二、智能小车的软件设计

1.软件算法的设计。主要的程序起到一个主要的导向和决策的能力,这个软件的设计的思路是可以根据小车的所处于的位置的不同,来确定整个小车的任务。在黑色的线路上走直线的时候可以多传感器的信号及时的进行的判断,在左边的信号如果为零的话,那么在右边的就会直接控制电机的右转,在小车转弯的时候,为了使整个小车不冲出整个轨道,左侧的轮子会直接进行打偏,直到检测到右边的信号为零的时候电机才会往左偏,以此来保证整个车体的平衡性能。

2.功能测试软件的设计。设计的主要的准备是对于跑道的适应程度,智能化的寻路系统的设计,车体的出界的次数是否在预测的范围之内,假如在出界的范围之内,说明整个系统是完美的,是成功的[4]。特别是要测一下,在拐弯的时候是否出界。在拐弯的时候最容易出界,这个时候的软件设计应该最为精确,应该采用虚拟化程序设计的原理,只有这样才能够使得整个软件达到完美。

结语

智能化产品已经越来越多的进入了人们的眼球,智能汽车的产品也相继出现。但是,但目前为止还没有出现自动循迹的汽车。本文主要针对只能这种自动的无人驾驶的功能进行阐述,也相信在不久的将来一定能够实现。

参考文献

[1]韩梦媛,姜丽丽,智能汽车的自动循迹,智能生活,2012(5)

[2]蒋子文,陈晓晓,智能汽车的自动循迹系统的应用,未来智能,2011(5)

[3]韩晓杰,白学礼,智能生活中的汽车,智慧城市,2010(3)

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