【文章內容簡介】 此方案的優(yōu)點是 ,減少機身的重量 ,操作簡單。其缺點是 ,這樣會使單片機的波動變大 ,影響單片機的性能 ,穩(wěn)定性比較弱。 方案二 :采用雙電源供電 ,通過兩個獨立的電源分別對單片機和直流電機進行供電。此方案的優(yōu)點是 ,減少波動 ,穩(wěn)定性比較好 ,可以讓小車更好的運作起來 ,唯一的缺點就是會增加小車的重量。 綜合以上的優(yōu)點和缺點 ,本設計決定采用第二種方案。 電源總分布圖 圖 電源部分系統(tǒng)框圖 主控板和數(shù)字傳感器電源模塊 為了保證主控制器不受其它模塊影響 ,本設計采用 2940 為主控制器單獨供電 ,用另一片 2940 為其它的數(shù)字傳感器供電 ,如圖 所示。 圖 5V 供電系統(tǒng) 三端穩(wěn)壓集成電路 lm7804 電子產品中 ,常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的 lm78 系列和負電壓輸出的 lm79系列。顧名思義 ,三端 IC 是指這種穩(wěn)壓用的集成電路 ,只有三條引腳輸出 ,分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子像是普通的三極管 TO 220 的標準封裝 ,也有 lm9013 樣子的 TO92 封裝。 圖 Lm7804 封裝 用 lm78/lm79 系列三端穩(wěn)壓 IC 來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少 ,電路內部還有 過流、過熱及調整管的保護電路 ,所以使用起來安全 ,可靠 ,而且很方便方便 ,最主要的是價格非常便宜。從實用性和節(jié)約成本考慮本設計選用了此芯片 [3]。該系列集成穩(wěn)壓 IC 型號中的 lm78 或 lm79 后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓 ,如 lm7806 表示輸出電壓為正 6V,lm7909 表示輸出電壓為負9V。因為三端固定集成穩(wěn)壓電路的使用方便 ,電子制作中經常采用。 在實際應用中 ,應在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器 (當然小功率 的條件下不用 )。當穩(wěn)壓管溫度過高時 ,穩(wěn)壓性能將變差 ,甚至損壞。當制作中需要一個能 輸出 以上電流的穩(wěn)壓電源 ,通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián)起來 ,使其最大輸出電流為 N個 ,但應用時需注意 :并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電路應采用同一廠家、同一批號的產品 ,以保證參數(shù)的一致。另外在輸出電流上留有一定的余量 ,以避免個別集成穩(wěn)壓電路失效時導致其他電路的連鎖燒毀。 舵機電源模塊 電壓越高 ,舵機的反應越靈敏 ,很多人都直接給舵機加電源電壓 ,來獲得更好的轉向效果 ,本設計也嘗試過 ,但這樣特別容易燒壞舵機 ,而且非常不穩(wěn)定。 所以必須選擇低壓差 ,而且輸出電流大于 2A 以上的穩(wěn)壓芯片。由于 線性電源電路簡單 ,而且穩(wěn)定 ,所以本設計首先考慮的是線性電源。 然而線性電源往往是低壓差的輸出電流小 ,輸出電流大的壓差又比較大 ,不能很好的滿足要求。 為了達到理想中的效果 ,使控制芯片更加穩(wěn)定地工作。本設計最終選擇了開關電源 ,選擇的開關電源輸出最大電流可以達到 5A,輸出電壓大范圍可調 ,最高可以接近電源電壓 ,完全滿足要求。而且開關電源還具有效率高的優(yōu)點 ,特別是在轉彎的時候 ,不至于讓電流以熱量的形式白白浪費掉。如圖 所示。 圖 開關電源模塊 電機驅動系統(tǒng) 方案一 :采用直流電機 ,配合 LM293 驅動芯片組合。優(yōu)點在于硬件電路的設計簡單。當外加額定直流電壓時 ,轉速幾乎相等。這類電機用于錄音機、錄相機、唱機或激光唱機等固定轉速的機器或設備中 ,也用于變速范圍很寬的驅動裝置 ,但是容易受到外部因素干擾 ,影響穩(wěn)定的轉速和轉矩輸出。電路如圖 所示。 圖 電機驅動系統(tǒng) 方案二 :采用步進電機 ,配合 LM298 驅動芯片組合。步進電機可以實現(xiàn)精確的轉腳輸出 ,只要施加合適的脈沖序列 ,電機可以按照人們的預定的速度或方向進行連續(xù)的轉動 ,便于控速 ,但是軟件程序的編寫較直流電機稍顯復雜 。而且LM298 芯片的硬件電路比較復雜 ,輸出雜波比較多。最主要的致命缺點是它的控制精度不高 ,因此本設計最終放棄了這種方案。電路圖如圖 所示 圖 電機驅動系統(tǒng) 方案三 :用通俗的話來說 ,驅動模塊就是一個電子開關。所說的驅動能力強 ,其實就是減小導通等效電阻。市場上有很多低內阻的驅動芯片供選擇 ,如MC33886,BTS7970 等。為了追求更低內阻 ,可以選擇低內阻的 NMOS 來搭建驅動電路。本設計就采用了兩塊 BTS7970 電機驅動芯片來驅動電機 ,不僅輸出功率大 ,而且有控制簡單 ,精度高的優(yōu)點。 循跡單元方案論證 方案一 :用光敏電阻組成光敏探測器 用光敏電阻組成光敏探測器 ,光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當光線照射到白線上面時 ,光線發(fā)射強烈 ,光線照射到黑線上面時 ,光線發(fā)射較弱。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。將阻值的變化值經過比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大 ,不能夠穩(wěn)定的工作。本設計排除了這種做法。 方案二 :采用 RPR220 型光電對管 RPR220 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。這種方案的缺點是探測范圍小 ,小車速度不能很好的提升。 方案三 :采用激光頭探測 對于智能小車 ,傳感器是至關重要的 ,就像人的眼睛一樣 ,如果讓一個患有眼疾或近視的人去開賽車 ,后果是不堪設想的。傳感器主要追求三個指標 :穩(wěn)定、前瞻和測量精度。開始接觸激光的時候 ,往往覺得難以琢磨它的脾氣 ,一不小心就燒了 ,其實熟悉它后 ,完全可以把它當做發(fā)光二極管來對待。激光頭探測不僅僅探測半徑大 ,而且傳輸信號穩(wěn)定 ,受干擾小 ,本設計因此采用了激光頭探測 [4]。激光分布如圖 所示。 圖 激光分布圖 傳感器由兩部份構成 ,一部份為發(fā)射部份 ,一部分為接收部份。發(fā)射部份由一個振蕩管發(fā)出 180KHz 頻率的振蕩波后 ,經放大電路放大 ,激光管放射。接收部份由一個相匹配 180KHz 的接收管接收返回的光強 ,經過電容濾波后直接接入單片機用以判別電壓高低。由于接收的波屬于高頻段的波 ,因此電容是必須的 ,否則電磁干擾會非常的嚴重 ,指示燈會常亮或者閃爍 ,實際過程中要不斷試驗電容的大小 ,選擇合適的值以使接收管正常工作。 3 智能小車機械結構設計 《資本論》中提到有“經濟基 礎決定上層建筑”的論斷。不錯 ,在智能小車系統(tǒng)中 ,車子的機械結構就是決定智能小車整體性能的基礎。以往的經驗告訴我們 ,機械結構調校的好 ,對軟件的編寫有很大地促進。從整個系統(tǒng)上考慮 :軟件駕馭硬件 ,而硬件卻依賴于機械結構。要想提高智能小車的速度 ,軟件要調的好 ,而機械結構上的一些優(yōu)化 ,在很大程度上可以簡化軟件的編寫。合理優(yōu)良的機械結構能讓智能小車在直道和彎道上高速穩(wěn)定的通過 ,而且轉彎靈巧快速。本章將主要介紹賽車車模的機械結構設計和調整優(yōu)化方案 :車模整體結構 ,轉向舵機的安裝、車輪及底盤的調整、隨動舵機及激光傳感器的安裝 、測速模塊的安裝等。 車模整體結構 車模選用的是“飛思卡爾”杯智能車大賽組委會指定的 1:10 仿真車模。車模底盤結構如圖 所示。 圖 車模底盤 轉向舵機的安裝 轉向舵機是控制智能小車轉向的關鍵部分 ,其安裝性能的優(yōu)劣直接影響到智能小車轉向的靈活性和穩(wěn)定性 ,這也就對智能小車舵機安裝的機械結構提出了較高的要求。舵機的在車模上必須完全固定 ,不允許它與車模之間有相對移動 。同時 ,舵機的傳動力臂在保證提供足夠轉向力矩的前提下還要做到更加靈活。 首先 ,對于同樣的舵機 ,其傳動 力臂越長 ,響應速度越高。增加舵機傳動力臂的長度意味著舵機只要轉動更小的角度就能產生較大的橫向位移 ,從而使車輪轉過更大的角度。但是 ,根據(jù)力矩公式 MF?L ,舵機傳動力臂加長會使舵機的負載轉矩增大 ,從而降低舵機定位的精度 ,且容易造成舵機損壞。因此 ,舵機傳動力臂的長度并不是跟舵機轉向的靈活性成正比的 ,傳動力臂太長反而會影響其轉向性能。綜合考慮 ,最終選擇適當加長舵機的傳動力臂 ,在提高智能小車轉彎的靈活度的同時不會對舵機定位的精度有太大影響。 經過多次改動實驗 ,發(fā)現(xiàn)將舵機垂直安裝于車身頭部正中央位置效果最佳。 這樣安裝使舵機連接桿與傳動力臂處于同一平面內并接近垂直 ,保證了舵機產生的轉矩最大程度上作用于前輪的轉向。舵機安裝在中央位置使前輪左右轉向平衡 ,避免了車模轉向的左右不對稱 ,提高了智能小車適應不同賽道的能力。另外 ,舵機前置使重心前移 ,增大了前輪對地面的壓力 ,從而增大了前輪的抓地力更加利于轉向。舵機安裝實物圖如圖 所示。 圖 舵機安裝實物圖 車輪及底盤的調整 為了使智