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智能小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-哈爾濱理工大學(xué)畢業(yè)論文-文庫吧資料

2025-02-12 04:59本頁面
  

【正文】 單片機(jī)識(shí)別,同時(shí)使用軟件進(jìn)行解碼,大大簡(jiǎn)化了電路,發(fā)射距離 30m 左右,能夠滿足設(shè)計(jì)需求 。 以上三種方案均為常用的無線收發(fā)方式,但方案一不僅加大了 硬件的需求,而且手工制作接收與發(fā)射模塊,對(duì)手工要求較高,且發(fā)射距離較短。發(fā)射距離遠(yuǎn),信號(hào)穩(wěn)定,體積小,市場(chǎng)價(jià)格較低。 無線遙控方案論證 無線在各領(lǐng)域均有廣泛的運(yùn)用,而要實(shí)現(xiàn)無線控制,則要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的無線接收與發(fā)送,基于無線的基本原理,提出以下幾種方案進(jìn)行選擇與分析: 方案一: 采用 PT2263 與 PT2272 芯片作為系統(tǒng)的編碼與解碼,其中PT2262 為無線發(fā)送芯片, PT2272 解碼輸出,來實(shí)現(xiàn)無線信號(hào)的收發(fā),從而達(dá)到無線控制的目的。這樣不但能準(zhǔn)確完成測(cè)量,而且能避免電路的復(fù)雜性 [5]。 方案二: 采用超聲波傳感器,如果傳感器接收到反射的超聲波,則通知單片機(jī)前方有障礙物,否則通知單片機(jī)可以向前行駛。并且其反應(yīng)靈敏,外圍電路也很簡(jiǎn)單。由于該有交流分量的調(diào)制信號(hào),則可大幅度減少外界干擾; 另外紅外紅線接受的最大工作電流取決于平均 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 電流。 綜上所述,方案二具有可行性,選擇方案二作為尋跡方案。采用紅外線發(fā)射,外面可見光對(duì)接收信號(hào)的影響較小,尋跡 電路中采用比較器 LM393,信號(hào)進(jìn)入后就會(huì)被放大 , 可以直接送給單片機(jī)進(jìn)行操作,同時(shí)可以加一 可調(diào)電阻 , 可以調(diào)節(jié)傳感器的靈敏度, 易于調(diào)試。在跑道上設(shè)置檢測(cè)裝置很不方便,故無法應(yīng)用對(duì)射式光電開關(guān)探測(cè)跑道標(biāo)志,只 能采用反射式光電開關(guān)。這種方案的缺點(diǎn)在于,其他環(huán)境光源會(huì)對(duì)光敏二極管的工作產(chǎn)生很大干擾,一旦外界光亮條件改變,很可能造成誤判和漏判。 尋跡檢測(cè)方案論證 尋跡檢測(cè)方案的選擇與分析: 方案一 : 采用對(duì)射式紅外光電傳感器 。這樣供電比較簡(jiǎn)單 [3]。 所用器件采用 12V 蓄電池為直流電機(jī)供電。這樣可以使電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所造成的干擾徹底消除,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性 。選用 L298雙全橋驅(qū)動(dòng)芯片。 PWM脈寬調(diào)制實(shí)際上就是改變電機(jī)端電壓的平均值從而進(jìn)行調(diào)速的一種方法。內(nèi)含二 HBridge的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器,接收標(biāo)準(zhǔn) TTL邏輯準(zhǔn)位信號(hào),可驅(qū)動(dòng) 46V、 2A以下的步進(jìn)電機(jī),輸出電壓最高可達(dá) 50V。電子開關(guān)的速度很快,穩(wěn)定性也極強(qiáng),是一種廣泛采用的 PWM調(diào)速技術(shù)。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下 ,效率非常高。 方案三 : 采用由達(dá)林頓管組成的 H型 PWM電路。 方案二: 采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制,通過開關(guān)的切換對(duì)小車的速度進(jìn)行調(diào)整。但是電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速,而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。因此,主要選擇通過改變電機(jī)兩端電壓的方法來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速控制。由公式 (21) ? ??? C e RIUn ?? (21) N: 電樞轉(zhuǎn)速 , U? : 電機(jī)端電壓 , I? : 電機(jī)端電流 ,R? : 電樞電阻 , Ce : 常數(shù) , ? : 各 極總磁通 可以看出 ,調(diào)速可以有三種方法 : U? ,即改變電樞電源電壓 ; ? ,即改變激磁回路的調(diào)節(jié)電阻 Rj 以改變激磁電流 Ij ; Rtj 。在價(jià)格方面,直流電機(jī)低于步進(jìn)電機(jī),易于購買,且對(duì)硬件要簡(jiǎn)單,完全可以實(shí)現(xiàn)此設(shè)計(jì)的要求,固綜上考慮,此次設(shè)計(jì)采用直流電機(jī)作為動(dòng)力源。 它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用 。 很方便的就可以實(shí)現(xiàn)通過單片機(jī)對(duì)直流減速電機(jī)前進(jìn)、后退、停止等操作。 所以,若 采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī),由于其轉(zhuǎn)動(dòng)的角度可以精確定位,可以實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)距離和位置的精確定位。 在非超載的情況下,電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈 沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù),而不受負(fù)載變化的影響,即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào),電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角,這一線性關(guān)系的存在,加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn) 。本設(shè)計(jì)以對(duì)稱結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)單方便為主,固綜上考慮,采用方案三的設(shè)計(jì)思想。 方案四 : 四輪式行走機(jī)構(gòu):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、移動(dòng)速度快、易于控制。 方案二 : 腿式行走機(jī)構(gòu):可以走出多種復(fù)雜的路線,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)中的平衡性和穩(wěn)定性差、移動(dòng)速度較慢。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 第 2章 系統(tǒng)方案論證與分析 本章主要介紹方案的選擇與分析,主要包括單片機(jī)模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模 塊、黑線檢測(cè)模塊以及液晶顯示模塊的方案選擇與分析。采用紅外識(shí)別,遙控器解碼技術(shù),來控制小車的行進(jìn)方向,從而達(dá)到人工操控的目地。采用光電紅外對(duì)管 來識(shí)別路徑, 紅外發(fā)射管與紅外一體接收頭來識(shí)別障礙。智能小車選擇 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng)作為核心控制單元,完成電源模塊、傳感器模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、路徑識(shí)別模塊、等功能模塊的設(shè)計(jì)。 。小車可以獨(dú)自運(yùn)行,也可人工及時(shí)操控調(diào)整,使其按正確的軌跡運(yùn)行。智能車輛的相關(guān)技術(shù),也將為促進(jìn)輪式機(jī)器人的研究。另外,我國清華大學(xué)、北京理工大學(xué)等單位也正在研發(fā)智能車輛。 在我國,吉林大學(xué)智能車輛課題組長(zhǎng)期從事智能車輛自主導(dǎo)航機(jī)理及關(guān)鍵技術(shù)研究。算法從圖像中提取出重要的亮域,并以向量行駛存儲(chǔ),如道路消失點(diǎn)或道寬這樣的數(shù)據(jù)參數(shù),都可以作為計(jì)算車道標(biāo)志線的參考,最后為了處理點(diǎn)劃車道線,可以通 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 過一階多項(xiàng)式曲 線來擬合,在進(jìn)行向量計(jì)算。算法假設(shè)道路是水平地,并且有連續(xù)或點(diǎn)化的車道標(biāo)志線。利用基于視覺的方法實(shí)現(xiàn)道路檢測(cè)。這是一個(gè)雙目視覺系統(tǒng),具有極高的穩(wěn)定性,同時(shí)還包括一些其他種類的傳感器:三個(gè)加速度計(jì)、一個(gè)車輪位置編碼器 (可作為里程表或速度計(jì) ),在 VaMoRs車中, ZIPS接收機(jī)可以實(shí)現(xiàn)車輛位置的初步估算。 1988年,在都靈的 PROMETHEUS項(xiàng)目第一次委員會(huì)會(huì)議上,智能車輛維塔 (VrrA)進(jìn)行了展示,該車可以自動(dòng)停車、行進(jìn),并可以向后車傳送相關(guān)駕駛信息。在 1985年,第一輛 VaMoRs智能原型車輛就已經(jīng)在戶外高速公路上以 l00km/ h的速度進(jìn)行了測(cè)試。在世界科學(xué)界和工業(yè)設(shè)計(jì)界中,眾多的研究機(jī)構(gòu)正在研發(fā)智能車輛,使智能車技術(shù)迅速展起來。1974年,瑞典的 VolvoKalmar轎車裝配工廠與 SchiinderDigitron公司合作 ,研制出一種可裝載轎車車體的 AGVS,并由多臺(tái)該種 AGVS組成了汽車裝配線,從而取消了傳統(tǒng)應(yīng)用的拖車及叉車等運(yùn)輸工具。 本文所研究的內(nèi)容涉及尋跡、避障、人工操控等多種功能,初步實(shí)現(xiàn)智能化,可做為各類科研的基礎(chǔ)模型,具有較大的研究空間,適合于多種領(lǐng)域的智能化研究與開發(fā)。作為 20世紀(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域的重大成就,機(jī)器人已經(jīng)和人類社會(huì)的生產(chǎn)、生活密不可分。 “工欲善其事,必先利其器”。 在智能車輛領(lǐng)域,智能小車 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 自動(dòng)行駛功能的研究將有助于智能車輛的研究。 例如 美國的“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào) ,在火星探測(cè)過程中分別在其著陸區(qū)域附近找到火星上過去曾有過水的證據(jù),為人類對(duì)火星的探測(cè)做出了巨大的貢獻(xiàn) [1]。在這些險(xiǎn)惡的環(huán)境下工作,人類必需采取嚴(yán)密的保護(hù)措施。 研究目的與意義 小車,也就是輪式機(jī)器人,最適合在那些人類無法工作的環(huán)境中工作,該技術(shù)可以應(yīng)用于無人駕駛機(jī)動(dòng)車,無人生產(chǎn)線,倉庫,服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域。一般主要由路徑識(shí)別、速度采集、角度控制及車速控制等模塊組成。工廠自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化和農(nóng)業(yè)自動(dòng)化將成為新技術(shù)革命的重要內(nèi)容,并得到迅速發(fā)展。自動(dòng)化的應(yīng)用正從工程領(lǐng)域向非工程領(lǐng)域擴(kuò)展,如醫(yī)療自動(dòng)化、人口控制、經(jīng)濟(jì)管理自動(dòng)化等。 19時(shí) 56分太陽能帆板成功展開 ??這次探月衛(wèi)星的成功發(fā)射,標(biāo)志著中國自動(dòng)化領(lǐng)域進(jìn)入了一個(gè)新的階段。s operation and processing power to achieve car all sorts of functions, and finally achieve simple intelligent. Keywords automatic; MCU; detection and control 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 目錄 摘要 …… ..........................................................................................................................I Abstract .......................................................................................................................... II 第 1 章 緒論 ................................................................................................................... 1 課題背景 .............................................................................................................. 1 研究目的與意義 ........................................................................................... 1 國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述 .................................................................................................. 2 論文研究?jī)?nèi)容 ...................................................................................................... 3 第 2 章 系統(tǒng)方案論證與分析 ....................................................................................... 4 小車構(gòu)架方案論證 .............................................................................................. 4 電機(jī)選擇方案論證 .............................................................................................. 4 電 機(jī)驅(qū)動(dòng)方案論證 .............................................................................................. 5 供電電源方案論證 .............................................................................................. 6 尋跡檢測(cè)方案論證 .............................................................................................. 6 避障方案論證 ...................................................................................................... 6 無線遙控方案論證 .............................................................................................. 7 控制方案論證 ...................................................................................................... 7 本章小結(jié) .............................................................................................................. 8 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) ........................................................................................................... 9 硬件原理圖 .......................................................................................................... 9 控制電路設(shè)計(jì) ...................................................
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