建工電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告-文庫(kù)吧
2025-05-08 18:13 本頁(yè)面
【正文】 。方案 3:采用雙直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)四輪的機(jī)器人平臺(tái)小車(chē)底盤(pán)，小車(chē)機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊，重心穩(wěn)，易于負(fù)重。采用雙輪差速配合編碼器測(cè)速，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向定位。綜上3種方案，為了保證小車(chē)載重多時(shí)重心較穩(wěn)，易于負(fù)重，本參賽隊(duì)選擇方案3作為壁障追光小車(chē)系統(tǒng)的小車(chē)底盤(pán)。 單片機(jī)控制部分方案1:采用STC公司生產(chǎn)的最新產(chǎn)品STC12C5A60S2，此單片機(jī)具有兩路PWM/PCA功能，8路AD采集，雙串口，內(nèi)部時(shí)鐘總線最高可達(dá)35Mhz。但本電動(dòng)小車(chē)系統(tǒng)所需PWM輸出較多，用定時(shí)器模擬非常麻煩。方案2:采用飛思卡爾公司生產(chǎn)的MC9S12XS128單片機(jī)，此單片機(jī)具有8路PWM，16路AD采集通道，2個(gè)UART，2個(gè)硬件SPI，具有背景調(diào)試功能，方便實(shí)時(shí)查看程序中全局變量的值，具有80個(gè)引腳，硬件資源相當(dāng)豐富。綜上2種方案，因所需PWM輸出較多，本參賽隊(duì)選擇方案2作為控制芯片。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 方案1:采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298,，外圍器件較簡(jiǎn)單，但體積較大，引腳呈兩排，間距小，不利于手工焊接連線。方案2:采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片MC33886，驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)2A，外圍器件簡(jiǎn)單，貼片封裝體積小，采用DIP轉(zhuǎn)接板后，較利于手工焊接。綜上2種方案，為減少芯片占板面積，利于手工焊接，本參賽隊(duì)選擇方案2作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路芯片。 壁障追光傳感器選擇 方案1:壁障傳感器采用超聲波模塊，測(cè)距精準(zhǔn)無(wú)干擾，追光傳感器用光敏電阻，光敏電阻對(duì)光線敏感，電阻值在亮暗環(huán)境下相差甚大。光敏電阻配合筒狀遮體，可以精準(zhǔn)地對(duì)光線實(shí)現(xiàn)定位。方案2:壁障傳感器采用光電開(kāi)關(guān)，測(cè)距亦較精準(zhǔn)，追光傳感器采用光敏二極管或光敏三極管，采集的是開(kāi)關(guān)量，追蹤光源精度較低。綜上2種方案，為使測(cè)距精準(zhǔn)無(wú)干擾，且追蹤光源精度高，本參賽隊(duì)選擇方案1的超聲波模塊和光敏電阻。 追光系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu) 方案1:采用單舵機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)，U型件固定的太陽(yáng)能電池板和追光系統(tǒng)在機(jī)械結(jié)構(gòu)上并不復(fù)雜。左右擺動(dòng)控制太陽(yáng)能電池板面對(duì)光源的朝向，架設(shè)位置適中，單舵機(jī)程序中算法實(shí)現(xiàn)較協(xié)調(diào)，算法處理后舵機(jī)總是可以單輸出鎖定光源。方案2:采用雙舵機(jī)構(gòu)成的雙自由度云臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)，U型舵機(jī)支架和舵機(jī)底盤(pán)支架固定雙舵機(jī)，太陽(yáng)能電池板固定位置可能超過(guò)25cm。雙舵機(jī)輸出位置在算法中控制復(fù)雜，在時(shí)間有限的情況下未必可以實(shí)現(xiàn)。綜上2種方案，為使車(chē)體整體高度適中，算法較協(xié)調(diào)易實(shí)現(xiàn)，本參賽隊(duì)選擇方案1的單舵機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)固定追光系統(tǒng)和太陽(yáng)能電池板。 太陽(yáng)能充電系統(tǒng)方案1:采用大功率太陽(yáng)能電池板用繼電器控制直接給蓄電池充電，由單片機(jī)內(nèi)部AD通過(guò)精密分壓電阻采集此時(shí)發(fā)電電壓和電池電壓，換算成功率，當(dāng)電池板發(fā)電功率大于蓄電池功率，繼電器接通充電電路。但可能使被充電電池電壓會(huì)在很短時(shí)間上升，造成虛電壓，若不加控制，電池電壓會(huì)繼續(xù)上升高于其額定電壓，造成危險(xiǎn)。方案2：采用功率適中，面積適中的電池板，使用PWM脈寬調(diào)制的方式去控制MOS管的導(dǎo)通，從而利用PWM的占空比去控制充電電流，并聯(lián)一個(gè)指示燈，通過(guò)指示燈的明暗程度，直觀的顯示此時(shí)的充電狀態(tài)強(qiáng)弱，再結(jié)合單片機(jī)對(duì)光電板和電池電壓的采集比較，當(dāng)電池電壓接近其額定電壓，改用較小充電電流，提高浮充電壓點(diǎn)，盡量減弱虛電壓作用，達(dá)到理想的充電狀態(tài)。綜上2種方案，方案1功率電池板面積較大，重量較重，增加小車(chē)負(fù)載，使轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，轉(zhuǎn)向定位精度下降，充電不易控制，充電效果不好，故本隊(duì)選用方案2脈寬調(diào)制充電方式。3 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 場(chǎng)地的實(shí)現(xiàn)本參賽隊(duì)在四天三夜制作智能小車(chē)過(guò)程中，隊(duì)員間相互協(xié)作，手工利用KT板制作題目要求的場(chǎng)地和障礙物。光源用100W的白熾燈模擬，同時(shí)對(duì)白熾燈產(chǎn)生的光進(jìn)行凹面半球形聚光。**2m兩塊場(chǎng)地。15cm*15cm*15cm的正方體障礙物。*，高度25cm。 控制和伺服電路設(shè)計(jì)以XS128為核心控制芯片，超聲波實(shí)時(shí)發(fā)送聲波，檢測(cè)障礙物，根據(jù)光敏電阻狀態(tài)，單片機(jī)控制舵機(jī)帶動(dòng)太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)向始終面向光源，并根據(jù)舵機(jī)轉(zhuǎn)向控制小車(chē)行進(jìn)，左右測(cè)速電機(jī)實(shí)時(shí)反饋出小車(chē)運(yùn)行狀態(tài)提供給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。 小車(chē)壁障的實(shí)現(xiàn)小車(chē)駛?cè)雸?chǎng)地后，如若遇到障礙物，超聲波檢測(cè)障礙物距離，障礙物在車(chē)體前20cm以內(nèi)位置，車(chē)體調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向以躲避障礙物。在檢測(cè)到光源情況下，車(chē)體在壁障時(shí)太陽(yáng)能電池板和追光系統(tǒng)鎖定光源位置，車(chē)體進(jìn)行轉(zhuǎn)向以實(shí)現(xiàn)壁障同時(shí)追蹤光源。 跟蹤引導(dǎo)算法實(shí)現(xiàn)在沒(méi)有障礙物的情況下，光源位置指導(dǎo)小車(chē)前進(jìn)，即進(jìn)行追光，太陽(yáng)能電池正對(duì)光源對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，有障礙物時(shí)壁障，小車(chē)離光源一定位置時(shí)停車(chē)。程序流程圖如圖2所示。檢測(cè)是否有光源開(kāi)始設(shè)定初始值鎖定光源檢測(cè)是否有障礙壁障繼續(xù)前進(jìn)距離是否可停車(chē)光源指導(dǎo)前進(jìn)停車(chē)YYYNNN 圖2 程序流程圖 太陽(yáng)能板追光和引導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)利用光敏電阻對(duì)環(huán)境亮暗的敏感性設(shè)計(jì)尋找光源傳感器，即光敏電阻和已知電阻的分壓電路，采集光敏電阻端和已知電阻端間電壓，通過(guò)模擬量的電壓分析，即可模糊地判斷光線的強(qiáng)弱。與另兩路尋光傳感器電路中得到的電壓值相比較，即可判斷出光源的位置。利用單舵機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)把光源位置方向鎖在正中間光敏電阻所對(duì)方向。由于光敏電阻對(duì)環(huán)境的敏感性，導(dǎo)致環(huán)境中的散光造成的同一規(guī)格的光敏電阻在相同照度下電阻值不同。為此，在每個(gè)光敏電阻前加筒狀遮體，使光敏電阻的基準(zhǔn)電阻值基本相同，為檢測(cè)光源時(shí)三者電阻值的比較有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，提高光源檢測(cè)的精確度。 采集的電壓值為模擬量，提高了光源檢測(cè)的空間精度，模擬量亦可以作比較，賦相應(yīng)的比例系數(shù)、微分系數(shù)代入舵機(jī)控制軟件模塊。光敏電阻檢測(cè)光源電路圖如圖3所示。 串聯(lián)分壓的電阻使用精密可調(diào)電位器，彌補(bǔ)三個(gè)光敏電阻由于自身固有參數(shù)不一致導(dǎo)致相同狀態(tài)下各自狀態(tài)量差異太大，以采集到的電壓值大小判斷離光源的遠(yuǎn)近。 小車(chē)停車(chē)實(shí)現(xiàn)小車(chē)在發(fā)現(xiàn)光源后追蹤光源實(shí)時(shí)鎖住光源位置，當(dāng)中間光敏電阻上模擬電壓小于一定值時(shí)，小車(chē)則停車(chē)，找到光源大致位置。 太陽(yáng)能充電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 圖3 光源檢測(cè)電路太陽(yáng)能充電系統(tǒng)中設(shè)計(jì)一發(fā)光二極管來(lái)指示太陽(yáng)能為蓄電池供電狀態(tài)，發(fā)光二極管越亮，充電電流越大，反之燈越暗電流越小。方便且直觀地指示了太陽(yáng)能充電系統(tǒng)的工作狀態(tài)。4 系統(tǒng)測(cè)試 測(cè)試儀器測(cè)試儀器包括數(shù)字萬(wàn)用表，示波器，直流電源。 測(cè)試方法數(shù)字萬(wàn)用表主要用來(lái)測(cè)試各個(gè)I/O口狀態(tài)和電路中引線的通斷狀態(tài)；示波器用來(lái)檢測(cè)PWM輸出的頻率；直流電源為模塊電路提供測(cè)試電源。 測(cè)試結(jié)果序號(hào) 具體要求 實(shí)現(xiàn)情況1基
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