智能小車(chē)論文-基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車(chē)設(shè)計(jì)(已修改)
2025-01-28 16:34 本頁(yè)面
【正文】 1 簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車(chē) 摘要： 簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車(chē)由一個(gè)電動(dòng)玩具車(chē)改造而成。系統(tǒng)的控制部分以單片機(jī)為核心，通過(guò)對(duì)前向通道各種傳感器信號(hào)的采集、處理，較好地實(shí)現(xiàn)了后向通道驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制和相關(guān)信息的處理、顯示和聲光報(bào)警。 關(guān)鍵詞： 電動(dòng)車(chē)，路徑跟蹤，避障，光源引導(dǎo) 2 本系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車(chē)，其行駛路線示意圖如圖 1 所示： 圖 1 智能電動(dòng)車(chē) 行駛路線示意圖 1 設(shè)計(jì)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(dòng)車(chē)從起跑線出發(fā)（車(chē)體不得超過(guò)起跑線）、沿寬度為 2cm 的黑色引導(dǎo)線到達(dá) B 點(diǎn)。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(zhǎng)度不等的薄鐵片。電動(dòng)車(chē)檢測(cè)到薄鐵片時(shí)，立即發(fā)出聲光指示信息，并實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、顯示在“直道區(qū)”檢測(cè)到的薄鐵片數(shù)目。 ② 電動(dòng)車(chē)到達(dá) B 點(diǎn)后進(jìn)入“彎道區(qū)”，沿圓弧引導(dǎo)線到達(dá) C 點(diǎn)（也可脫離圓弧引導(dǎo)線到達(dá) C點(diǎn)）。 C點(diǎn)下埋有邊長(zhǎng)為 15cm的正方形薄鐵片，要求電動(dòng)車(chē)到達(dá) C點(diǎn)檢測(cè)到薄鐵片后在 C處停車(chē) 5 秒，停車(chē)期間發(fā)出斷續(xù)的聲光信息。 ③ 電動(dòng)車(chē)在光源的 引導(dǎo)下，通過(guò)障礙區(qū)進(jìn)入停車(chē)區(qū)并到達(dá)車(chē)庫(kù)。電動(dòng)車(chē)必須在兩個(gè)障礙物之間通過(guò)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(chē)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(chē)庫(kù) 15cm 5cm 3 ④ 電動(dòng)車(chē)完成上述任務(wù)后立即停車(chē)，全程不得超過(guò) 90秒，行駛時(shí)間達(dá)到 90秒時(shí)立 即自動(dòng)停車(chē)。 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(dòng)車(chē)在“直道區(qū)”行駛過(guò)程中，我們存儲(chǔ)并顯示出了每個(gè)薄鐵片（中心線）至起跑線間的距離。 ② 電動(dòng)車(chē)進(jìn)入停車(chē)區(qū)域后，能準(zhǔn)確駛?cè)胲?chē)庫(kù)中。 ③ 停車(chē)后，能準(zhǔn)確顯示全程行駛時(shí)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(jì)算 2． 1 線路跟蹤電路 方案一：采用 CCD 單色攝像頭，配計(jì) 算機(jī)主板及圖像采集卡。對(duì)白背景下，黑線的識(shí)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(lái)越廣泛，效果也可以。但幾百元的價(jià)格及相對(duì)復(fù)雜的處理電路，并且還需要光源，所以也不是一個(gè)很好的選擇。 方案三：采用一左一右兩個(gè)紅外發(fā)射接收對(duì)管。該傳感器不但價(jià)格便宜，容易購(gòu)買(mǎi)，而且處理電路（如圖 3所示），簡(jiǎn)單易行，實(shí)際使用效果很好，能很順利地引導(dǎo)小車(chē)到達(dá) C點(diǎn)。 在該電路中，加比較器 LM311的目的，是使模擬量轉(zhuǎn)化為開(kāi)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(duì)管（線路跟蹤） 2 只 光敏傳感器（尋找光源） 單 片 機(jī)（89C52） 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 3 只電機(jī) A/D LCD 聲光報(bào)警 電源電路 1 只金屬探測(cè)傳感器 4 根據(jù) mARI 201 ??? ，故可選擇 R1=150Ω。 啟動(dòng)時(shí)，小車(chē)跨騎在黑線上。兩個(gè)紅外發(fā)射接收對(duì)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(shí)，輸出為高電壓。因黑線較窄（ 2cm），為及時(shí)調(diào)整車(chē)的方向，選擇比較器的閥值為 ，即黑白相間的位置，即開(kāi)始調(diào)整。實(shí)驗(yàn)表明，效果較理想 C N Y 7 0R1150R210kr410kR310k2376 5184L M 3 1 1+ 5 v+ 5 vR510k+ 5 v+ 5 vP 1 . 3C7104 圖 3 紅外發(fā)射接收對(duì)管處理電路 2． 2 避障電路 方案一：采用激光傳感器測(cè)距。能非常準(zhǔn)確地測(cè)出小車(chē)與障礙物的距離，但價(jià)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(jìn)口的超聲傳感器，換能器薄，并且?guī)幚黼娐?，輸出與距離成比例的模擬信號(hào)，通過(guò) AD轉(zhuǎn)換，可獲得距離信息，價(jià)格貴。也有一些較簡(jiǎn)單的超聲傳感器及處理電路，能輸出開(kāi)關(guān)量信息，價(jià)格也不貴，是一個(gè)好的選擇，但由于沒(méi)買(mǎi)到現(xiàn)成的處理電路，平常又沒(méi)有做過(guò)這種電路，時(shí)間緊，故未采用。 方案三：采用左右兩個(gè)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(guò)調(diào)節(jié) R2 R24兩個(gè)電位器，可調(diào)節(jié)兩個(gè)紅外傳感器的檢測(cè)距離為 10— 80cm，開(kāi)關(guān)量輸出 （ TTL電平），簡(jiǎn)單、可靠。我們采用這種電路，能可靠地檢測(cè)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(cè)電路 為了檢測(cè)光線的強(qiáng)弱，我們?cè)谛≤?chē)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(qiáng)弱，阻值發(fā)生變化，輸出電壓隨之變化，通過(guò) ADC0809 后，得到與光強(qiáng)相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，從而引導(dǎo)小車(chē)，向光源靠近。不同型號(hào)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 b2 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 0 9+ 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(cè)電路 2． 4 金屬檢測(cè)電路 采用了一只渦流型鐵金屬探測(cè)傳感器，型號(hào)： LJ18A38Z/BX。可靠探測(cè)距離， 小于 8cm。 2． 5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 電動(dòng)小車(chē)的本身自帶的換向及驅(qū)動(dòng)電路，相當(dāng)粗糙，電機(jī)的特性也很不好，不能調(diào)速。電壓低了，速度慢，驅(qū)動(dòng)力矩小，走不動(dòng)；電壓高時(shí)（剛換上電池時(shí)），速度又很快，難以調(diào)整。在這上面，花費(fèi)了不少的時(shí)間，效果很不好。最后，決定對(duì)小車(chē)的電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)行了更換。后輪采用了一對(duì)減速直流電機(jī)，其驅(qū)動(dòng)電路如圖 6所示。采用 PWM控制，可較方便的對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào) 速。 1122334455667788991010111112121313141415151616S N 75 44 10V ddV C C1011E74 H C 14C6104C710412 13U 7F74 H C 14P P P P MOT1+MOT1MOT2+MOT2 圖 6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 7 2． 6 液晶顯示電路 液晶顯示器，選用的是 16X2點(diǎn)陣字符型顯示器，功耗低，小巧、美觀。 2． 7 電源電路 電動(dòng)車(chē)可提供 9V 的電源（ 6節(jié)干電池）。控制系統(tǒng)使用 5V的電源，采用了 LM7805進(jìn)行 DC/DC變換。 3 軟件設(shè)計(jì) 3． 1 軟件所實(shí)現(xiàn)的功能 ① 路線跟蹤 ②
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