【正文】 、貨運(yùn)輸量的迅速增長(zhǎng)，人們深受交通擁擠、堵塞嚴(yán)重事故頻繁和環(huán)境污染等公害的困撓。同時(shí)，經(jīng)常性的交通擁擠和環(huán)境污染等也給現(xiàn)代城市的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)重的影響。我國(guó)開(kāi)展智能車(chē)輛技術(shù)方面的研究起步較晚，開(kāi)始于20世紀(jì)80年代，而且大多數(shù)研究尚處于針對(duì)某個(gè)單項(xiàng)技術(shù)研究的階段。中國(guó)第一汽車(chē)集團(tuán)公司和國(guó)服科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院于2003年研制成功了我國(guó)第一輛自主駕駛轎車(chē)。 在國(guó)外，美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)曾預(yù)言：“20世紀(jì)的核心武器是坦克，21世紀(jì)的核心武器是無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)，其中2000年以后遙控地面無(wú)人作戰(zhàn)系統(tǒng)將連續(xù)裝備部隊(duì)，并走向戰(zhàn)場(chǎng)。另外，日本通產(chǎn)省組織的極限環(huán)境下作業(yè)的機(jī)器人計(jì)劃、歐洲尤里卡中的移動(dòng)機(jī)器人計(jì)劃等。在太空探索方面，美國(guó)NASA研制的火星探測(cè)機(jī)器人索杰那于1997年成功登上火星，這是一個(gè)具有六個(gè)輪子的自主移動(dòng)機(jī)器人。如日本的VERTIS智能汽車(chē)系統(tǒng)，該智能汽車(chē)主要有23個(gè)ITSZ子系統(tǒng)，主要用于實(shí)現(xiàn)車(chē)載通訊、信息加工處理、環(huán)境探測(cè)、輔助控制(自動(dòng)駕駛)等四項(xiàng)功能。目前，雷諾公司正在進(jìn)行紅外攝像、雷達(dá)、隨著汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車(chē)的研究也就越來(lái)越受人關(guān)注。對(duì)各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)，分別有以下一些不同的設(shè)計(jì)方案。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模控制系統(tǒng)的控制核心。且從使用及經(jīng)濟(jì)的角度考慮，最終放棄了此方案。處理速度高。方案三：采用ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)作為主控制器，AT89C51是一個(gè)低功耗、高性能的51內(nèi)核的CMOS 8位單片機(jī)，該單片機(jī)結(jié)果簡(jiǎn)單、功耗低、接口豐富，完全能滿足此次智能小車(chē)設(shè)計(jì)的要求。從節(jié)約成本的角度考慮，最終選擇了方案三 路面探測(cè)黑線軌跡模塊在該設(shè)計(jì)中智能小車(chē)從起跑線到終點(diǎn)是對(duì)路面軌跡進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)路面黑線軌跡模塊的大致原理是：光線照射到路面并反射，由于黑線和白線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱判斷是否小車(chē)沿黑線行駛。這種方案的缺點(diǎn)在于其它環(huán)境光源會(huì)對(duì)光敏二極管的工作產(chǎn)生很大干擾，一旦外界條件改變，很可能造成誤判和漏判；雖然采用超高亮發(fā)光管可以降低一定的干擾，但這又將增加額外的功率損耗。采用紅外管代替普通可見(jiàn)光管，可以明顯降低環(huán)境光源干擾，提高了控制精度。 探測(cè)路面障礙模塊方案一：采用紅外線光電開(kāi)關(guān)。紅外線探測(cè)障礙物并繞過(guò)障礙物模塊是利用紅外線發(fā)射器向某一方向紅外線，紅外線在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，紅外線接收器收到反射光經(jīng)相應(yīng)的電路進(jìn)行處理，以測(cè)定障礙物的方位及距離，并向小車(chē)發(fā)送控制信號(hào)以使小車(chē)?yán)@過(guò)障礙物。超聲波傳感器成本相對(duì)較高，以上兩種方案都是比較可行的。所以本設(shè)計(jì)選擇方案一。另一個(gè)顯著特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換精度高，正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)控制靈活。直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)整范圍廣；過(guò)載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；能滿足各種不同的特殊運(yùn)行要求。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊方案一：使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。方案二：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)或關(guān)進(jìn)行控制,缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢,易損壞,壽命較短,可靠性不高。用單片機(jī)控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。綜合三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，決定選擇方案三。方案二：使用兩輪驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)小車(chē)，雖然速度上無(wú)法與四輪的小車(chē)相提并論，不過(guò)靈活性上卻是大大的提升，對(duì)于躲避障礙物方面有重要的改變，非常適合題目要求。 最終方案選擇經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，最終確定了如下方案：采用AT89C51單片機(jī)作為控制器；用反射式紅外發(fā)射接收器進(jìn)行黑線檢測(cè)；采用紅外線光電開(kāi)關(guān)來(lái)探測(cè)路面障礙物；L298N作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片；電機(jī)模塊使用普通直流電機(jī)；使用兩輪的車(chē)架增加靈活性。本項(xiàng)目采用的是一體紅外接收裝置，當(dāng)遇到黑色物時(shí)送給單片機(jī)一個(gè)高電平觸發(fā)，進(jìn)而通過(guò)事先編輯好的程序控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。光電開(kāi)關(guān)避障模塊，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。 本次設(shè)計(jì)采用紅外線漫反射型光電開(kāi)關(guān)，它是通過(guò)發(fā)光器發(fā)出一個(gè)光信號(hào)，當(dāng)障礙物擋住光時(shí)，把部分光線反射回來(lái)，收光器就接受到光信號(hào)，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。通過(guò)分析，此模塊可以用來(lái)探測(cè)障礙。動(dòng)力方面，此次設(shè)計(jì)使用了L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，L298N是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的電機(jī)。綜上所述，可以看出方案的可行性非常之高，可以安心地進(jìn)行智能小車(chē)實(shí)物的創(chuàng)作。第3章 硬件設(shè)計(jì)智能小車(chē)采用兩輪驅(qū)動(dòng)，左右兩邊各用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，調(diào)制兩個(gè)后面兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速?gòu)亩_(dá)到控制轉(zhuǎn)向的目的，前輪是萬(wàn)象輪，起支撐的作用。避障的原理和循線一樣，在車(chē)頭的前面裝了一個(gè)紅外線光電開(kāi)關(guān)，當(dāng)前方傳感器檢測(cè)到障礙物時(shí)，車(chē)子向右轉(zhuǎn)，從而避開(kāi)障礙物。如圖31所示為智能小車(chē)硬件設(shè)計(jì)方框圖。E3FDS30C4的工作電壓為5V，工作電流為10mA，驅(qū)動(dòng)電流為100mA，感應(yīng)距離為30cm。 光電開(kāi)關(guān)的工作原理光電開(kāi)關(guān)是傳感器中的一種,它把發(fā)射端和接受端之間光的強(qiáng)弱變化為電流的變化以達(dá)到探測(cè)的目的。所以能反射光線的物體均可被檢測(cè)。工作原理如圖32所示。根據(jù)檢測(cè)方式的不同，紅外線光電開(kāi)關(guān)可分為四種：漫反射式光電開(kāi)關(guān)、鏡反射式光電開(kāi)關(guān)、對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)、槽式光電開(kāi)關(guān)。圖33為漫反射光電開(kāi)關(guān)工作原理圖。圖34為鏡反射式光電開(kāi)關(guān)工作原理圖。當(dāng)被檢測(cè)物體經(jīng)過(guò)發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了開(kāi)關(guān)信號(hào)。圖35為對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)工作原理圖。圖36為槽式光電開(kāi)關(guān)工作原理圖。圖36為槽式光電開(kāi)關(guān)工作原理圖。E3FDS30C4為常開(kāi)型紅外線漫反射式光電開(kāi)關(guān)，由于漫反射光電開(kāi)關(guān)的工作方式，決定了其功用，正符合本設(shè)計(jì)檢測(cè)障礙物所用。輸出端接單片機(jī)時(shí)加一個(gè)1K上拉電阻，使電路更加穩(wěn)定。圖38 光電開(kāi)關(guān)電路連接圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊由于單片機(jī)I/O口驅(qū)動(dòng)能力弱，不能直接連接直流電機(jī)，故需要驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。L298N是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的電機(jī)。1腳和15腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器，成電流傳感信號(hào)。L298N可以驅(qū)動(dòng)2個(gè)直流電機(jī)，OUTOUT2和OUTOUT4之間分別接2個(gè)電動(dòng)機(jī)。本電路中分別與單片機(jī)89C51相連，L298N的邏輯功能如表31所示。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)物圖如圖310所示。理論上光電傳感器只要位于被測(cè)區(qū)域反射表面可受到光源照射同時(shí)又能被接收管接收到的范圍就能進(jìn)行檢測(cè)，然而這是一種理想的結(jié)果。如果直接用發(fā)射和接收管進(jìn)行測(cè)量將因?yàn)楦蓴_產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)，采用對(duì)反射光強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量的方法可以提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。反射表面發(fā)射接收?qǐng)D311紅外發(fā)射接收原理 紅外循線具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)接近傳感器應(yīng)用場(chǎng)合不同選擇不同，感覺(jué)的距離范圍不同，可從幾毫米到幾米。因此，這兩種探測(cè)的傳感器