【正文】 抗干擾能力強；主電路元件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，裝置效率高。 控制示意圖如圖26所示。用該芯片作為電機驅(qū)動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。能夠較好的滿足系統(tǒng)的要求，因此我們選擇了此方案。方案2：采用直流電機。由于本實驗要實現(xiàn)對路徑控制定位和速度測量不是要求太高，精度也不是太高，所以我們綜合考慮了一下兩種方案。l 當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來時，三極管導(dǎo)通輸出低電平。方案3：用反射型光電探測器RPR220RPR220是一種一體化反射型光電探測器，其發(fā)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個高靈敏度，硅平面光電三極管。因此光敏電阻在白線和黑線上方時，阻值會發(fā)生明顯的變化。這樣自己制作組裝的尋跡傳感器基本能夠滿足要求，但是工作不夠穩(wěn)定，且容易受外界光線的影響，因此我們放棄了這個方案。單片機就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和小車的行走路線。 綜上考慮，我們選用方案四。 方案三：使用光電開關(guān)進行障礙物信息采集。而我們由于采用普通直流電機作為原動力，制動距離至少需要10cm。小車在行進過程中由光電開關(guān)向前方發(fā)射出紅外線，當(dāng)紅外線遇到障礙物時發(fā)生漫反射，反射光被光電開關(guān)接收。綜合考慮，我們采用方案三，示意圖如圖23所示。在穩(wěn)壓方面，起始時考慮使用7805芯片對6V的電池電壓進行降壓穩(wěn)壓。故我們放棄了這一方案。故我們放棄了這一方案。如圖22所示。方案二：自己設(shè)計制作車架 自己設(shè)計小車底盤，用兩個直流減速電機作為主動輪，利用兩電機的轉(zhuǎn)速差完成直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、左后轉(zhuǎn)、右后轉(zhuǎn)、倒車等動作。 方案一：用現(xiàn)有的小車改裝 電動小車價格低廉，有完整的驅(qū)動、傳動和控制單元，其中傳動裝置是我們所需的。這種方案能實現(xiàn)對電動車的運動狀態(tài)進行實時控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項要求。因此為了使智能小車工作在最佳狀態(tài)，進一步研究及完善其速度和方向的控制是非常有必要的。某智能小車詳細(xì)設(shè)計方案0西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書1前 言 自第一臺工業(yè)機器人誕生以來,機器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機械,電子,冶金,交通,宇航,改造,認(rèn)識自然的過程中,由此發(fā)展起來的智能小車引起了眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注和極大的興趣。智能小車要實現(xiàn)自動尋跡功能和避障功能就必須要感知導(dǎo)引線和障礙物,(avg—autoguide vehicle)系統(tǒng),基于它的智能小車實現(xiàn)自動識別路線,判斷并自動避開障礙,.:傳感器檢測部分,執(zhí)行部分,還可以擴展循跡等功能,選擇正確的行進路線,是由直流電機來充當(dāng)?shù)?:第一,勿需占用單片機資源,直接選擇有pwm功能的單片機,這樣可以實現(xiàn)精確調(diào)速。 模塊方案比較及論證 根據(jù)設(shè)計要求，我們的自動避障小車主要由六個模塊構(gòu)成：車體框架、電源及穩(wěn)壓模塊、主控模塊、探測模塊、電機驅(qū)動模塊組成。但玩具電動車采用普通直流電機驅(qū)動，帶負(fù)載能力差，調(diào)速方面對程序要求較高。減速電機扭矩大，轉(zhuǎn)速較慢，易于控制和調(diào)速，符合避障小車的要求。圖22 小車模型設(shè)計 電源及穩(wěn)壓模塊 方案一：采用交流電經(jīng)直流穩(wěn)壓處理后供電 6V直流電源提供邏輯電平單片機、邏輯芯片供電二極管降壓采用交流電提供直流穩(wěn)壓電源，電流驅(qū)動能力及電壓穩(wěn)定性最好，且負(fù)載對電源影響也最小。 方案二：采用蓄電池供電 蓄電池具有較強的電流驅(qū)動能力和較好的電壓穩(wěn)定性能，且成本低廉。 方案三：采用干電池組進行供電 采用四節(jié)干電池降壓至5V后給單片機及其他邏輯單元供電，另取六節(jié)干電池為電機及光電開關(guān)供電。但考慮到這樣使得7805芯片消耗大量能量，降低電池壽命；同時，由于at89c5光電開關(guān)、小車電機對于供電電壓要求并不苛刻，故我們將6V電池電壓接一個二極管降壓后直接給單片機及其他邏輯單元供電。9V直流電源直流電機供電光電開關(guān)供電 圖23 電源模塊設(shè)計 主控模塊 由于智能小車的要求不是很高，主要都是一些簡單的控制，at89c52是我們在《單片機原理與應(yīng)用技術(shù)》學(xué)習(xí)過的，且價格便宜容易購買，所以最終我們直接選用了課程主要介紹的，Atmel公司的單片機作為主控模塊，如圖24所示。小車根據(jù)二個光電開關(guān)接受信號的情況來判斷前方障礙物的分布并做出相應(yīng)的動作。因此我們放棄了這一方案。使用三只E3FDS30C4光電開關(guān)，分別探測正前方，前右側(cè)，前左側(cè)障礙物信息，在特殊地形（如障礙物密集地形）可將正前方的光電開關(guān)移置后方進行探測。示意圖如圖25所示。紅外探測器探測距離有限，一般最大不應(yīng)超過3cm。方案2：用光敏電阻組成光敏探測器。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。RPR220采用DIP4封裝，其具有如下特點：l 塑料透鏡可以提高靈敏度。此光電對管調(diào)理電路簡單，工作性能穩(wěn)定。方案1：采用步進電機作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機。直流減速電機轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。電機驅(qū)動模塊方案一：使用分立原件搭建電機驅(qū)動電路 使用分立原件搭建電機驅(qū)動電路造價低廉，在大規(guī)模生產(chǎn)中使用廣泛。輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的IO口提供信號，而且?guī)в惺鼓芏?，方便PWM調(diào)速，電路簡單，性能穩(wěn)定，使用比較方便。保護電路L298驅(qū)動芯片+9直流供電電源電機電機+5V直流供電電源保護電路單片機指令總線 圖26 電機驅(qū)動框圖 直流調(diào)速設(shè)計Ⅰ、基于晶閘管作為主電路的調(diào)速系統(tǒng)晶閘管的調(diào)速系統(tǒng)是采用分離元件設(shè)計的調(diào)速系統(tǒng)占用的空間大，控制角難于調(diào)整，且模擬器件的固有缺陷如：溫漂、零漂電壓等，導(dǎo)致電機的調(diào)速無法達到滿意的結(jié)果。PWM信號的產(chǎn)生通常有兩種方法:一種是軟件的方法；另一種是硬件的方法?；趩纹瑱C類由軟件來實現(xiàn)PWM：在PWM調(diào)速系統(tǒng)中占空比D是一個重要參數(shù)在電源電壓不變的情況下，電樞端電壓的平均值取決于占空比D的大小，改變D的值可以改變電樞端電壓的平均值從而達到調(diào)速的目的。利用單片機的定時計數(shù)器外加軟件延時等方式來實現(xiàn)脈寬的自由調(diào)整，此種方式可簡化硬件電路，操作性強等優(yōu)點。假定左右兩個驅(qū)動輪與地面之間沒有滑動，也沒有側(cè)移，只是做純粹的滾動，則機器人滿足鋼體運動規(guī)律[14]。由于差動輪式驅(qū)動屬于非完整性約束問題，故移動機器人逆運動學(xué)只有在特殊條件下求解，其解往往不唯一，根據(jù)系統(tǒng)的需求，本文對移動機器人的運動學(xué)分析按兩種情況分別進行。設(shè)t=0時，機器人移動坐標(biāo)系｛X0，Y0，P0｝與世界坐標(biāo)系｛XW,YW,O｝重合，經(jīng)過時間ｔ后機器人運動到新的移動坐標(biāo)系｛Xt，Yt，Pt｝，如圖：29圓弧運動原理圖當(dāng)機器人左右兩輪的速度差恒定，且方向保持不變時，由公式(23)有： (26)將和代入公式(61) 有： (27)求定積分得： (28)將和代入公式(22) 有： (29)由公式（29）有： (210)由公式（210）有： (211) (212)由上可知，機器人的運動軌跡為一圓弧，將上式轉(zhuǎn)化為圓的標(biāo)準(zhǔn)方程：由式（211）、（212）可知，當(dāng)機器人左右兩輪的運動方向相同、速度大小保持不變且速度固定不變時，機器人的運動軌跡為圓弧。由于LPC2106的PWM輸出的占空比與L293輸出驅(qū)動的電機轉(zhuǎn)速成近似的線性關(guān)系，故可以根據(jù)給定的速度要求，擬合出占空比的近似值，反過來，對于給定的占空比，同樣可以得到相應(yīng)的速度近似值。為此，取R=50cm進行分析。根據(jù)擬合方程，可以得到對應(yīng)的驅(qū)動右輪的PWM占空比。圖211遙控接收部分框圖如圖212所示。 圖213 圖214TX2/RX2 的典型的應(yīng)用電路如：圖215圖216圖215圖216發(fā)射模塊：采用帶放大三極管S8050的發(fā)射電路模塊，一個串行數(shù)據(jù)輸入，另外兩個引腳供電，發(fā)射距離遠(yuǎn)。 解決方案(二)采用PT2262 和PT2272的編碼解碼芯片。發(fā)射模塊天線，采用螺旋天線，以減少遙控器占用的空間。假如沒有地址配對，那么在多臺小車工作時，遙控將會變得混亂，所以使遙控器與儀器的一一配對顯得非常重要。nRF401最大傳輸速率為20kbps，可以和各種單片機和微控制器連接，控制簡單方便。其工作原理圖如圖219所示 圖219微功率無線射頻通信模塊塊特點： ，最大發(fā)射功率10mW。基于FSK的調(diào)制方式，采用高效前向糾錯信道編碼技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機干擾的能力，在信道誤碼率為102時，可得到實際誤碼率105~106。提供透明的數(shù)據(jù)接口，能適應(yīng)任何標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的用戶協(xié)議。滿足用戶多種通信組合方式。 。 10. 低功耗及休眠功能。引腳排列和功能 圖221 nRF401無線收發(fā)引腳接連接重要時序參數(shù)TX與RX之間的切換當(dāng)從RX切換到TX模式時,數(shù)據(jù)輸入腳(DIN)必須保持為高至少1ms才能收發(fā)數(shù)據(jù)。對 nRF401來說，tST最長的時間是3ms。從上電到接收模式過程中，芯片將不會接收數(shù)據(jù)，DOUT也不會有數(shù)據(jù)輸出，并且至少保持5ms。 接口芯片采用美信公司的RS232轉(zhuǎn)換芯片MAX3316，完成單片機和計算機RS232接口的電平轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)發(fā)送、接收、請求、清除功能。連接nRF401的天線是以差分方式連接到nRF401的。（2）與單片機共用一個晶振nRF401可以與單片機共用一個晶