【正文】 抗干擾能力強(qiáng)；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(jī)驅(qū)動(dòng)，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(jī)。由于本實(shí)驗(yàn)要實(shí)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(shí)，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(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個(gè)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(shí)，阻值會(huì)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(gè)方案。單片機(jī)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(jìn)行障礙物信息采集。而我們由于采用普通直流電機(jī)作為原動(dòng)力，制動(dòng)距離至少需要10cm。小車在行進(jìn)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(shí)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(shí)考慮使用7805芯片對6V的電池電壓進(jìn)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(jì)制作車架 自己設(shè)計(jì)小車底盤，用兩個(gè)直流減速電機(jī)作為主動(dòng)輪，利用兩電機(jī)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(dòng)作。 方案一：用現(xiàn)有的小車改裝 電動(dòng)小車價(jià)格低廉，有完整的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)和控制單元，其中傳動(dòng)裝置是我們所需的。這種方案能實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿足對系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。因此為了使智能小車工作在最佳狀態(tài)，進(jìn)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(jì)方案0西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1前 言 自第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生以來,機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機(jī)械,電子,冶金,交通,宇航,改造,認(rèn)識(shí)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別路線,判斷并自動(dòng)避開障礙,.:傳感器檢測部分,執(zhí)行部分,還可以擴(kuò)展循跡等功能,選擇正確的行進(jìn)路線,是由直流電機(jī)來充當(dāng)?shù)?:第一,勿需占用單片機(jī)資源,直接選擇有pwm功能的單片機(jī),這樣可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速。 模塊方案比較及論證 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們的自動(dòng)避障小車主要由六個(gè)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(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。但玩具電動(dòng)車采用普通直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，帶負(fù)載能力差，調(diào)速方面對程序要求較高。減速電機(jī)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(jì) 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(jī)、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(dòng)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(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)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(jìn)行供電 采用四節(jié)干電池降壓至5V后給單片機(jī)及其他邏輯單元供電，另取六節(jié)干電池為電機(jī)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(shí)，由于at89c5光電開關(guān)、小車電機(jī)對于供電電壓要求并不苛刻，故我們將6V電池電壓接一個(gè)二極管降壓后直接給單片機(jī)及其他邏輯單元供電。9V直流電源直流電機(jī)供電光電開關(guān)供電 圖23 電源模塊設(shè)計(jì) 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(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)》學(xué)習(xí)過的，且價(jià)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(jī)作為主控模塊，如圖24所示。小車根據(jù)二個(gè)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(dòng)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(jìn)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(diǎn)：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(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊方案一：使用分立原件搭建電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 使用分立原件搭建電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路造價(jià)低廉，在大規(guī)模生產(chǎn)中使用廣泛。輸出電壓最高可達(dá)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(jī)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(hù)電路L298驅(qū)動(dòng)芯片+9直流供電電源電機(jī)電機(jī)+5V直流供電電源保護(hù)電路單片機(jī)指令總線 圖26 電機(jī)驅(qū)動(dòng)框圖 直流調(diào)速設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)的調(diào)速無法達(dá)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(jī)類由軟件來實(shí)現(xiàn)PWM：在PWM調(diào)速系統(tǒng)中占空比D是一個(gè)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(dá)到調(diào)速的目的。利用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器外加軟件延時(shí)等方式來實(shí)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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。假定左右兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪與地面之間沒有滑動(dòng)，也沒有側(cè)移，只是做純粹的滾動(dòng)，則機(jī)器人滿足鋼體運(yùn)動(dòng)規(guī)律[14]。由于差動(dòng)輪式驅(qū)動(dòng)屬于非完整性約束問題，故移動(dòng)機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析按兩種情況分別進(jìn)行。設(shè)t=0時(shí)，機(jī)器人移動(dòng)坐標(biāo)系｛X0，Y0，P0｝與世界坐標(biāo)系｛XW,YW,O｝重合，經(jīng)過時(shí)間ｔ后機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到新的移動(dòng)坐標(biāo)系｛Xt，Yt，Pt｝，如圖：29圓弧運(yùn)動(dòng)原理圖當(dāng)機(jī)器人左右兩輪的速度差恒定，且方向保持不變時(shí)，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(jī)器人的運(yùn)動(dòng)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(jī)器人左右兩輪的運(yùn)動(dòng)方向相同、速度大小保持不變且速度固定不變時(shí)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧。由于LPC2106的PWM輸出的占空比與L293輸出驅(qū)動(dòng)的電機(jī)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(jìn)行分析。根據(jù)擬合方程，可以得到對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)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(gè)串行數(shù)據(jù)輸入，另外兩個(gè)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(tái)小車工作時(shí)，遙控將會(huì)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(jī)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(diǎn)： ，最大發(fā)射功率10mW?；贔SK的調(diào)制方式，采用高效前向糾錯(cuò)信道編碼技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機(jī)干擾的能力，在信道誤碼率為102時(shí)，可得到實(shí)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(shí)序參數(shù)TX與RX之間的切換當(dāng)從RX切換到TX模式時(shí),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(shí)間是3ms。從上電到接收模式過程中，芯片將不會(huì)接收數(shù)據(jù)，DOUT也不會(huì)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(jī)和計(jì)算機(jī)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(jī)共用一個(gè)晶振nRF401可以與單片機(jī)共用一個(gè)晶