智能循跡小汽車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)位論文范文模板參考資料-文庫吧資料
2024-12-08 21:39本頁面
【正文】 當(dāng)前的速度。安裝在小車前面的一組紅外光的傳感器可以檢測出小車縱向中心線與黑線的相對位置，并檢測到各個(gè)獨(dú)立傳感器檢測的信號(hào)，將這些模擬電信號(hào)傳遞給 MCU,再由MCU 對獲得的路面檢測信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算，并在最短的時(shí)間內(nèi)發(fā)出控制信號(hào)到電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)按照能夠使小車回到黑線中心上的原則進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣安裝可以實(shí)現(xiàn)小車避 開前方障礙物向另一個(gè)方向前進(jìn)。 小車共采用了 5 個(gè)傳感器，其中 4 個(gè)同一直線安裝在小車底盤下面的最前端，傳感器向 下放置，如圖所示： MIDDLE R 1 R 2 L1 L2 這樣安裝能使小車更穩(wěn)定的行使在規(guī)定的路線上，即中間的兩個(gè)傳感器是第一級(jí)保護(hù)， 當(dāng)小車偏離路線時(shí)快速的反應(yīng)使小車能糾正回到規(guī)定路線，外面左右的兩個(gè)是第二級(jí)保護(hù)， 即當(dāng)小車速度過快，第一級(jí)傳感器沒有得到反應(yīng)時(shí)用于對小車路線的糾正，這樣能使小車更 穩(wěn)定的運(yùn)行。當(dāng)紅外線照射到黑市條紋時(shí)，反射到 IRT 中接收管上的光量 減少，接收管的集電極與發(fā)射極間電阻變大，三極管 9013 截止，集電極 C為高電平，再經(jīng)斯密特電路整形后輸入到單片機(jī)的信號(hào)為低電平。通過將輸出信號(hào)輸出單片機(jī)判斷高低電平即可實(shí)現(xiàn)判斷小車位置的功能， 再通過單片機(jī)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路即可實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)循跡和避障的功能。 小車車身 光電傳感器探頭 紅外傳感器 原理 電路圖 如圖，傳感器發(fā)射管發(fā)出同樣的光強(qiáng)，當(dāng)發(fā)射光遇到黑色物體時(shí)光會(huì)被吸收故接收管接 不到信號(hào)，三極管不導(dǎo)通，輸出高電平。實(shí)際安置時(shí)，可以根據(jù)小車整體的重量合理安置光電傳感器。 紅外傳感器排列正面圖 （ 3）徑向探出距離的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中對路徑檢測精度要求較高，可采用 5 個(gè)光電傳感器置于小車前方（超出小車的車頭），成“一”型，將光電傳感器置于小車前方，超出小車車頭是為了增加徑向探出距離，從理論上講，徑向探出距離越大即傳感器超出小車車頭的距離越大，越有利于盡早的預(yù)測小車即將通過的路徑，早點(diǎn)將此信息傳遞給單片機(jī)，作出相應(yīng)的調(diào)整，發(fā)出 正確的控制信號(hào)，從而改善小車的性能，因此從理論上講，徑向探出距離是越大越好。 按設(shè)計(jì)要求： 小車的寬度不能超過 100mm，為了檢測 較 寬的橫行信息，最終安裝了 7個(gè)紅外傳感 器。在設(shè)計(jì)中紅外管的間距小于黑色導(dǎo)引線的寬度，從而使紅外更容易感應(yīng)到黑線，有利于 車與賽道偏移距離的判斷。 （ a） “一”字型 (b)“ V”字型 (c)“ W”字型 紅外傳感器布局示意圖 (2)傳感器間隔的設(shè)計(jì) 各個(gè)傳感器的布局間隔對智能車行車有一定的影響的。如圖 (c) 總之，各種排列方式都有一定的特點(diǎn)，只要與合適的控制算法相匹配，都會(huì) 有起到理想的控制效果。如圖 (b) ③“ W”字型布局 對于智能車能否順利跑完全程，最重要的一點(diǎn)是過彎道，特別是通過比較急 第三章智能車系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 的彎道的能力。如圖 (a) ②“ V”字型布局 “ V”字型布局，從橫向來看與一字型類似 ，但它增加了縱向的特性，從而具 有了一定的前瞻性。 2. 紅外傳感器的硬件設(shè)計(jì) 紅外傳感器的硬件設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面 :紅外傳感器布局、紅外管間 隔、徑向探出距離。光電 傳感器尋跡方案的優(yōu) 點(diǎn)是電路簡單、信號(hào)處理速度快。它的優(yōu)點(diǎn)是 可以更遠(yuǎn)更早地感知賽道的變化，但是硬件電路比較復(fù)雜，信息處理量大，如 何對攝像頭一記錄的圖像進(jìn)行分割和識(shí)別，加快處理速度是攝像頭方案的難點(diǎn)之 所謂光電傳感器尋跡方案，即路徑識(shí)別電路由一系列發(fā)光二極管、接收二極 管組成，一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)接收二極管構(gòu)成一對，這也相等于攝像頭的一個(gè) 像素。 所謂攝像頭尋跡，就是通過攝像頭 把智能車前面的路徑信息傳輸?shù)娇刂葡? 統(tǒng)，來進(jìn)行路徑識(shí)別的一種尋跡方法。包括光電傳感器尋跡方案，單獨(dú)采用攝像頭尋跡方 案以及攝像頭尋跡與光電傳感器尋跡結(jié)合在一起的尋跡方案。 1. 路徑識(shí)別方案的選擇 路徑識(shí)別模塊是智能車控制系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊之一，它將路況的信息傳輸給主 控制模塊，路徑識(shí)別方案的好壞，直接影響著小車的控制效果。所以，路徑識(shí)別的好壞直接關(guān)系到小車能否精確的按專用路徑行駛，影響到系統(tǒng) 的控制效果。輸入狀態(tài)與輸出狀態(tài)真值表如表所示。 考慮到智能車在直線加速區(qū)間的末端可能會(huì)遇到突然出現(xiàn)的拐彎區(qū)間，智能 車設(shè)計(jì)過程中使用了 MC33886 的控制電機(jī)反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。為防止芯片超過一 40℃ 125℃的正常工 作溫度而出現(xiàn)故障。 (7)內(nèi)部設(shè)有錯(cuò)誤狀態(tài)報(bào)告功能。 (4)通過 PWM 的通一斷來控制驅(qū)動(dòng)電流的大小。 (2)可以接受 TTL 或 CMOS 以及與它們兼容的輸入控制信號(hào)。本文選用的驅(qū)動(dòng)芯片是飛思卡爾半導(dǎo)體公司的 H 橋式驅(qū)動(dòng)器 MC33886。 這種控制方式很容易在單片機(jī)控制中實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)需要正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，采用雙極性驅(qū)動(dòng)方式。半橋驅(qū)動(dòng)電路可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制，在斷開 VF1 停止對電動(dòng)機(jī)供電的同時(shí)，將 VF2 連續(xù)開通，電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢 （ EMF）經(jīng) VF2 短路，使電動(dòng)機(jī)制動(dòng)。 為避免因續(xù)流二極管續(xù)流所 帶來的時(shí)間較長，損耗較大的問題，可采用下
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