【正文】 /h 的速度進行了測試，它使用了機器視覺來保證橫向和縱向的車輛控制。這兩種車輛都配備了 UBM 視覺系統(tǒng)。 荷蘭鹿特丹港口的研究 智能車輛的研究主要體現(xiàn)在工廠貨物的運輸。荷蘭南部目前正在討論工業(yè)上利用這種系統(tǒng)的問題，政府正考慮已有的高速公路新建一條專用的車道，采用這種系統(tǒng)將貨物從鹿特丹運往各地。 另外，斯特拉斯堡實驗中心、英國國防部門的研究、美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、奔馳公司、美國麻省理工學(xué)院、韓國理工大學(xué)對智能車輛也有較多的研究。而且大多數(shù)研究處在于針對某個單項技術(shù)研究的階段。該自主駕駛轎車在正常交通情況下的高速公路上，行駛的最高穩(wěn)定速度為 13km/h,最高峰值速度達 170km/h，并且具有超車功能，其總體技術(shù)性能和指標(biāo) 已經(jīng)達到世界先進水平。計算機系統(tǒng)采用兩臺 Sun10 完成信息融合、路徑規(guī)劃， 第 4 頁 兩臺 PC486 完成路邊抽取識別和激光信息處理， 8098 單片機完成定位計算和車輛自動駕駛。 智能車輛研究也是智能交通系統(tǒng) ITS 的關(guān)鍵技術(shù)。隨著 ITS 研究的興起，我國已形成一支 ITS 技術(shù)研究開發(fā)的技術(shù)專業(yè)隊伍。交通部已將 ITS 研究列入“十五”科技發(fā)展計劃和 2021 年長期規(guī)劃。 可以預(yù)計，我國飛速發(fā)展的經(jīng)濟實力將為智能車輛的研究提供一個更加廣闊的前景。 課題 主要內(nèi)容 本課題南京嵌入之夢工作室的 fira 智能小車平臺，選擇通用、價廉的Arduino 單片機為控制平臺，通過細化設(shè)計要求，結(jié)合傳感器技術(shù)和電機控制技術(shù)相關(guān)知識實現(xiàn)小車的各種功能。 圖 小車外形圖 第 5 頁 第 二 章 智能小車總體結(jié)構(gòu) 方案綜述 本課題設(shè)計主要是制作一款能進行智能判斷并能做出正確反應(yīng)的小車。作品既可以對高端智能化進行剖析，也可以作為高級智能玩具發(fā)展對象，同時可成為大學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式控制系統(tǒng)的應(yīng)用實例。電機驅(qū)動電路采用 H橋驅(qū)動模塊 ， 驅(qū)動 2 個直流電機； 測距、 避障采用 超聲波 傳感器 完成，最后 由控制單元處理數(shù)據(jù)后通過編程有序合理的將各模塊信號整合在一起并完成相 應(yīng)動作，實現(xiàn)了智能控制，相當(dāng)于簡易機器人。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如下圖 1所示。 方案一：可以采用 ARM 為系統(tǒng)的控制器 ，優(yōu)點是該系統(tǒng)功能強大，片上外設(shè)集成度搞密度高，提高了穩(wěn)定性，系統(tǒng)的處理速度也很高，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。 Arduino 單片機 算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活、自由度大，功耗低、體積小、技術(shù)成熟，成本也比ARM 低。 避障單元方案比較與選擇 方案一：用超聲波傳感器進行避障。 但使用超聲波模塊的成本比較高。光電開關(guān)的工作原理是根據(jù)光線發(fā)射頭發(fā)出的光束，被物體反射，其接收電路據(jù)此做出判斷反應(yīng)，物體對紅外光由同步回路選通而檢測物體的有無。當(dāng)沒有光線反 第 7 頁 射回來時，輸出高電平。 “ 小車”的必要的信息 電機參數(shù)： 額定電壓 —— 空載電流 —— 85 – 95 mA 空載轉(zhuǎn)速 —— 9800 rpm +/‐ 10% 堵轉(zhuǎn)電流 —— 1100mA 堵轉(zhuǎn)力矩 —— 50g/cm (最大 ) 減速箱： 1： 48 結(jié)構(gòu)參數(shù) 車輪直徑 —— 65mm 碼盤齒數(shù) —— 60 個 碼盤等效直徑 —— 42 mm 脈沖精度 —— （單邊沿采集，可用倍頻方式提高精度） 輪距 —— 約 外形尺寸 —— 約 75x 75 x 75 mm 重量 —— 約 240g （不含電池） 最快運動速度： 選用 1： 48減速箱 —— 約 695mm/s 最大力矩： 選用 1： 48減速箱 —— 約 第 8 頁 第三章 智能小車的 觸覺、 眼睛 智能小車內(nèi)部檢測原理 智能小車 驅(qū)動檢測電路：實現(xiàn)電機驅(qū)動、碼盤采樣、電機電流檢測功能，兩側(cè)獨立設(shè)計，方便檢修。本車有兩只輪子，分別由兩只直流電動機驅(qū)動。 紅外光電耦合器 見圖 ，為直射式光電傳感器 。 利用開模的優(yōu)勢，在車輪上 的遮光盤 設(shè)計了 60 個齒，可以用 直 射式光電采樣器方便的得到脈沖信號，比反射式采樣更加可靠。遮光盤有一缺口，盤下方的凹形物為槽型光電耦合器，其兩端高出部分的里面分別裝有紅外發(fā)射管和紅外接收管。由此可見，測距輪每轉(zhuǎn)一周，紅外光接收管均能接收到一個脈沖 第 9 頁 信號經(jīng)過整形器后送入計數(shù)器或直接送入單片機中。 單片機通過分別對兩個輪子的轉(zhuǎn)速值，進行比較，即可判斷出左、右輪的轉(zhuǎn)速快慢程度。根據(jù)兩個脈沖信號發(fā)生的先后順序與兩個光電耦合器的位置關(guān)系，即可計算出玩具車的行駛方向（前進或后退）。 圖 實際電路板 遮光盤 正面 背面 直射型光電晶體管 第 10 頁 測距原理：將 遮光 碼 盤 安裝在電機軸上，當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時， 遮光 碼盤 也隨之轉(zhuǎn)動，同時安裝在 碼盤 一側(cè)的紅外發(fā)光二極管點亮，在 碼盤 的另一側(cè)設(shè)有紅外三極管，用于接收紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線信號。將該信號傳輸?shù)絾纹瑱C的內(nèi)部計數(shù)器計數(shù)，根據(jù)預(yù)先實測的數(shù)據(jù)換算關(guān)系即可計算出電動機車的行車距離。 之所以用運放，而不是直接 使用施密特觸發(fā)器，是因為這樣可以方便的改變回差大小。 電路中 C2作用是減小電機電流波動的影響，是針對 125Hz 的 PWM頻率設(shè)計的 ，如提高 PWM 的頻率，此參數(shù)應(yīng)該相應(yīng)修改。 電壓檢測電路： 第 12 頁 圖 電壓 檢測電路 電壓采用簡單的分壓處理，設(shè)計了一個跟隨器以減少 AD 輸入阻抗對分壓的影響。 本設(shè)計中未采用，簡述之。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，因此在移動機器人研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。 超聲波測距 原理 超聲波發(fā)生器 為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計和制成了許多超聲波發(fā)生器。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾 統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。超聲波在空氣中的傳播速度為 340m/s，根據(jù) 計時器 記錄的時間 t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離 (s)，即： s=340t/2 。 超聲波測距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知 ，測量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時間，根據(jù)發(fā)射和接收的時間差計算出發(fā)射點到障礙物的實際距離。 測距的公式表示為： L=CT 式中 L為測量的距離長度； C為超聲波在空氣中的傳播速度； T為測量距離傳播的時間差 (T為發(fā)射到接收時間數(shù)值的一半 )。 由于超聲波易于定向發(fā)射、方向性好、強度易控制、與被測量物體不需要直接接觸的優(yōu)點，是作為液體高度測量的理想手段。通過分析超聲波測距誤差產(chǎn)生的原因，提高測量時間差到微秒級，以 第 14 頁 及用 LM92 溫度傳感器進行聲波傳播速度的補償后，我們 設(shè)計的高精度超聲波測距儀能達到毫米級的測量精度。單片機此時開始計時。接收過程中，單片 機定時控制放大電路的增益，逐漸提高，以適應(yīng)距離越遠越弱的回波信號。采用 5V供電，因為 5V 是最常見的工作電壓，便于日后將傳感器應(yīng)用于裝置中。 第 15 頁 小車?yán)贸暡▊鞲衅鳒y距，測量值采用的是小車主控芯片與該智能傳感器串行通訊獲得，以下為串行通訊的有關(guān)協(xié)議、命令 說明。 工作分為“自動測量”和“單輪測量”兩種模式。 “自動測量”又分為“被動數(shù)據(jù)返回”和“主動數(shù)據(jù)返回”兩種方式。 “主動數(shù)據(jù)返回”方式下，傳感器每完成一次測量均立即將數(shù)據(jù)發(fā)送給系統(tǒng)。 “單輪測量”為接收到命令后開始測量，并返回數(shù)據(jù)，測量命令可設(shè)置測量次數(shù)、數(shù)據(jù)處理方式，傳感器按 要求返回，增加測量的可靠性。 發(fā)送方地址 —— 告訴接收方，便于接收方 回答。 校驗和 —— 從命令開始到數(shù)據(jù)域結(jié)束所有字節(jié)的算術(shù)和，取最低字節(jié)的反碼。 ? 命令一 ：讀內(nèi)存，實現(xiàn)讀指定地址開始的 N 個字節(jié)，地址用兩字節(jié)表示。 ? 命令二：寫內(nèi)存，實現(xiàn)寫指定地址開始的 N 個字節(jié)，地址用兩字節(jié)表示。 返回數(shù)據(jù)幀為： 幀頭 發(fā)送方地址 自己的地址 幀長 命令 低地址 高地址 寫成功字節(jié)數(shù) 校驗和 通過“寫成功字節(jié)數(shù)”來告之發(fā)送方是否寫成功，如果為“ 0”，表示寫操作失敗。 命令字 —— 0x03 數(shù)據(jù)域 —— 工作模式（ 1字節(jié)） 工作參數(shù)（ 1 字節(jié)） 第 18 頁 其中： 工作模式 —— 高 4位為主模式，低 4位為子模式； 工 作參數(shù) —— 與工作模式對應(yīng)，自動測量時為測量周期，單位 10ms；單輪測量時為測量的次數(shù)，暫定最多為 8次。 對于單輪測量模式，測量數(shù)據(jù)為工作模式中所要求的數(shù)據(jù)。 單輪測量對應(yīng)的子模式： a) 無數(shù)據(jù)處理返回 —— 只是將命令中要求測量的數(shù)據(jù)全部返回 b) 剔除最大最小值返回 —— 將測量數(shù)據(jù)中最大、最小值剔除，返回數(shù)據(jù)比指定數(shù)少 2 個，當(dāng)指定的測量次數(shù)小于 3 時，強制切換到“無數(shù)據(jù)處理模式”； c) 平均值返回 —— 將指定的測量數(shù)據(jù)平均后返回，只有一個平均值； d) 剔除最大最小后平均值返回 —— 先剔除最大最小值，剩下的再取平均值，當(dāng)數(shù)據(jù)數(shù)小 第 19 頁 于 4 時，強制切換到“剔除最大最小值” 模式。 ? 命令四：讀測量數(shù)據(jù)，對于自動測量方式的被動數(shù)據(jù)返回模式，需要此命令。 通訊分為兩個狀態(tài)：一是什么也沒有收到；二是收到了幀頭，等待幀結(jié)束。 通訊部分實現(xiàn)以下功能： 1） 接收數(shù)據(jù) 2） 判斷幀格式 3） 解析命令，執(zhí)行相應(yīng)操作 第 20 頁 4） 返回數(shù)據(jù) 本設(shè)計超聲波通訊方式 本設(shè)計采用的方式為單輪測量，通訊較為簡便，但控制精度不高，為靜態(tài)測量，因此，小車對前方突然產(chǎn)生的變化不能及時監(jiān)測。程序如下： int iFlashTime = 500。 SendData[0]=0x55。 SendData[2]=0x01。 SendData[4]=0x03。 SendData[6]=0x23。 sum=SendData[5]+SendData[6]+SendData[7]。 for(i=0。i++) { (SendData[i])。 n= ()。in。 } i=0。} if(RecvData[1]=0xAA ){i++。} if(i==3) {