【正文】 1 簡易智能電動車 摘要： 簡易智能電動車由一個電動玩具車改造而成。系統(tǒng)的控制部分以單片機為核心，通過對前向通道各種傳感器信號的采集、處理，較好地實現(xiàn)了后向通道驅(qū)動及轉(zhuǎn)向電機的運動控制和相關(guān)信息的處理、顯示和聲光報警。 關(guān)鍵詞： 電動車，路徑跟蹤，避障，光源引導(dǎo) 2 本系統(tǒng)要求設(shè)計并制作一個簡易智能電動車，其行駛路線示意圖如圖 1 所示： 圖 1 智能電動車 行駛路線示意圖 1 設(shè)計方案包括基本要求，發(fā)揮部分及其它創(chuàng)新部分 總電 路框圖如圖 2所示： 1． 1 基本要求 ① 電動車從起跑線出發(fā)（車體不得超過起跑線）、沿寬度為 2cm 的黑色引導(dǎo)線到達 B點。在“直道區(qū)”鋪設(shè)的白紙下沿引導(dǎo)線埋有 1~3 塊寬度為 15cm、長度不等的薄鐵片。電動車檢測到薄鐵片時，立即發(fā)出聲光指示信息，并實時存儲、顯示在“直道區(qū)”檢測到的薄鐵片數(shù)目。 ② 電動車到達 B 點后進入“彎道區(qū)”，沿圓弧引導(dǎo)線到達 C 點（也可脫離圓弧引導(dǎo)線到達 C 點）。 C點下埋有邊長為 15cm 的正方形薄鐵片，要求電動車到達 C 點檢測到薄鐵片后在 C處停車 5秒，停車期間發(fā)出斷續(xù)的聲光信息。 ③ 電動車在光源的 引導(dǎo)下，通過障礙區(qū)進入停車區(qū)并到達車庫。電動車必須在兩個障礙物之間通過且不得與其接觸。 障 礙 物 1 障 礙 物 2 1m 1m 2m R= C B 5cm 起跑線 5cm 5cm 2cm 5cm 5cm 2cm 停車區(qū) m 12cm 光源 m m 直道區(qū) 彎道區(qū) 2m O 50cm 障 礙 區(qū) 引導(dǎo)線 車庫 15cm 5cm 3 ④ 電動車完成上述任務(wù)后立即停車，全程不得超過 90 秒，行駛時間達到 90 秒時立 即自動停車。 圖 2 系統(tǒng)總體框圖 1． 2 發(fā)揮部分和創(chuàng)新部分 ① 電動車在“直道區(qū)”行駛過程中，我們存儲并顯示出了每個薄鐵片（中心線）至起跑線間的距離。 ② 電動車進入停車區(qū)域后，能準確駛?cè)胲噹熘小? ③ 停車后，能準確顯示全程行駛時間及成功或完成信息。 2 單元電路的方案論證與電路參數(shù)計算 2． 1 線路跟蹤電路 方案一：采用 CCD 單色攝像頭，配計 算機主板及圖像采集卡。對白背景下，黑線的識別，目前做的比較成熟，效果相當(dāng)好。但成本高，很難找到合適的載體。 方案二：采用顏色傳感器。目前顏色傳感器的應(yīng)用，越來越廣泛，效果也可以。但幾百元的價格及相對復(fù)雜的處理電路，并且還需要光源，所以也不是一個很好的選擇。 方案三：采用一左一右兩個紅外發(fā)射接收對管。該傳感器不但價格便宜，容易購買，而且處理電路（如圖 3所示），簡單易行，實際使用效果很好，能很順利地引導(dǎo)小車到達 C點。 在該電路中，加比較器 LM311 的目的，是使模擬量轉(zhuǎn)化為開關(guān)量，便于處理。為 使發(fā)射有一定的功 率，發(fā)射回路要求不小于 20mA 的電流。 2 只紅外傳感器（避障） 2 只紅 外對管（線路跟蹤） 2 只光敏傳感器（尋找光源） 單 片 機（89C52） 電機驅(qū)動電路 3只電機 A/D LCD 聲光報警 電源電路 1 只金屬探測傳感器 4 根據(jù) mARI 201 ???，故可選擇 R1=150Ω。 啟動時，小車跨騎在黑線上。兩個紅外發(fā)射接收對管，分別安裝在黑線的兩側(cè)的白色區(qū)域，輸出為低電壓，當(dāng)走偏，位于黑線上時，輸出為高電壓。因黑線較窄（ 2cm），為及時調(diào)整車的方向，選擇比較器的閥值為 ，即黑白相間的位置，即開始調(diào)整。實驗表明，效果較理想 C N Y 70R1150R210kr410kR310k2376 5184L M 311+ 5v+ 5vR510k+ 5v+ 5vP 1 . 3C7104 圖 3 紅外發(fā)射接收對管處理電路 2． 2 避障電路 方案一：采用激光傳感器測距。能非常準確地測出小車與障礙物的距離，但價格也高， 處理復(fù)雜，不符合我們的要求。 方案二：采用超聲傳感器。進口的超聲傳感器，換能器薄，并且?guī)幚黼娐罚敵雠c距離成比例的模擬信號，通過 AD轉(zhuǎn)換，可獲得距離信息，價格貴。也有一些較簡單的超聲傳感器及處理電路，能輸出開關(guān)量信息，價格也不貴，是一個好的選擇，但由于沒買到現(xiàn)成的處理電路，平常又沒有做過這種電路，時間緊，故未采用。 方案三：采用左右兩個紅外傳感器。紅外傳感器，是目前使用比較普遍的一種避障傳感器，其處理電路如圖 4 所示，通過調(diào)節(jié) R2 R24 兩個電位器，可調(diào)節(jié)兩個紅外傳感器的檢測距離為 10— 80cm，開關(guān)量輸 出（ TTL 電平），簡單、可靠。我們采用這種電路，能可靠地檢測左前方、右前方、前方的障礙情況，為成功避障提供了保證。 5 C 2222 p FC 2422 00 p FY338KR 111MR 1812KR 213K 9R 223K 9D61N 41 48D71N 41 48R 23502R 24502R71KR81KQ29012V C C1 2 3J8C 15100uFR 1947R 203K 9V C CQ39012R 13100R 14100D8I R LD9I R R1 2U 7A74 H C 143 4U 7B74 H C 145 6U 7C74 H C 1489U 7D74 H C 14P 1. 1P 1. 0p 1. 2 圖 4 紅外發(fā)射及接收處理電路 2． 3 光源檢測電路 為了檢測光線的強弱，我們在小車左前方、右前方加了 2 只光敏傳感器，即光敏電阻。電路如圖 5所示。光敏傳感器根據(jù)照射在它上面的光線的強弱，阻值發(fā)生變化，輸出電壓隨之變化，通過 ADC0809 后，得到與光強相對應(yīng)的數(shù)字量，從而引導(dǎo)小車，向光源靠近。不同型號的光敏電阻，暗電阻及亮電阻差別較大，需根據(jù)不同參數(shù)的光敏電阻，選用不同大小的分壓電阻。 6 I N 026m s b 2 1212 220I N 1272 3192 418I N 2282 582 615I N 312 714l s b2 817I N 42E O C7I N 53A D D A25I N 64A D D B24A D D C23I N 75A L E22r e f ( )16E N A B L E9S T A R T6r e f ( + )12C L O C K10U2A D C 08 09+ 5vRR+ 5v10KP H O T O104V C CP 2 . 3P 2 . 2P 2 . 48 9 C 5 2 A L EP 2 . 5 圖 5 光源檢測電路 2． 4 金屬檢測電路 采用了一只渦流型鐵金屬探測傳感器，型號： LJ18A38Z/BX?？煽刻綔y距離， 小于 8cm。 2． 5 電機驅(qū)動電路 電動小車的本身自帶的換向及驅(qū)動電路，相當(dāng)粗糙，電機的特性也很不好，不能調(diào)速。電壓低了，速度慢，驅(qū)動力矩小，走不動；電壓高時（剛換上電池時），速度又很快，難以調(diào)整。在這上面，花費了不少的時間，效果很不好。最后，決定對小車的電機及驅(qū)動電路，進行了更換。后輪采用了一對減速直流電機，其驅(qū)動電路如圖 6所示。采用 PWM 控制，可較方便的對電機進行 調(diào)速。 1122334455667788991010111112121313141415151616S N 75 44 1 0V ddV C C1011E74 H C 14C6104C710412 13U 7F74 H C 14P 3. 2P 3. 3P 3. 0P 3. 1MOT1+MOT1MOT2+MOT2 圖 6 電機驅(qū)動電路 7 2． 6 液晶顯示電路 液晶顯示器，選用的是 16X2 點陣字符型顯示器，功耗低，小巧、美觀。 2． 7 電源電路 電動車可提供 9V的電源（ 6 節(jié)干電池）?？刂葡到y(tǒng)使用 5V 的電源，采用了 LM7805進行 DC/DC 變換。 3 軟件設(shè)計 3