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1、目录目录1简易智能电动车设计要求2一、任务2二、要求2四、说明3简易智能电动车设计论文4摘要4Abstract41 方案设计与论证51.1 小车本体51.2 主控单元51.3 信息感知单元61.4 驱动单元71.5 人机接口单元71.6策略的选择72 理论设计92.1 小车本体设计92.2 小车主控系统设计102.3 信息感知单元的设计122.4 电机驱动单元183 特色与创新193.1 串行扫描实现的人机接口193.2 避障单元的设计193.3 寻光雷达及小车位姿控制194 调试过程及测试数据分析204.1 调试仪器仪表204.2 调试数据及分析2022简易智能电动车设计要求一、任务设计并制
2、作一个简易智能电动车，其行驶路线示意图如下：障碍物1障碍物21m1m2mR=0.8mCB5cm起跑线1.2m2.3m0.4m5cm5cm2cm5cm5cm2cm停车区0.4m12cm光源1.45m0.4m0.3m直道区弯道区2mO50cm障 碍 区引导线车库0.2m0.4m15cm12.5cm12.5cm5cm二、要求1、基本要求（1）电动车从起跑线出发（车体不得超过起跑线），沿引导线到达B点。在“直道区”铺设的白纸下沿引导线埋有13块宽度为15cm、长度不等的薄铁片。电动车检测到薄铁片时需立即发出声光指示信息，并实时存储、显示在“直道区”检测到的薄铁片数目。（2）电动车到达B点以后进入“弯道
3、区”，沿圆弧引导线到达C点（也可脱离圆弧引导线到达C点）。C点下埋有边长为15cm的正方形薄铁片，要求电动车到达C点检测到薄铁片后在C点处停车5秒，停车期间发出断续的声光信息。（3）电动车在光源的引导下，通过障碍区进入停车区并到达车库。电动车必须在两个障碍物之间通过且不得与其接触。（4）电动车完成上述任务后应立即停车，但全程行驶时间不能大于90秒，行驶时间达到90秒时必须立即自动停车。2、发挥部分（1）电动车在“直道区”行驶过程中，存储并显示每个薄铁片（中心线）至起跑线间的距离。（2）电动车进入停车区域后，能进一步准确驶入车库中，要求电动车的车身完全进入车库。（3）停车后，能准确显示电动车全程
4、行驶时间。（4）其它。三、评分标准项 目满分基本要求设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析50实际完成情况50发挥部分完成第（1）项15完成第（2）项17完成第（3）项8其它10四、说明1、跑道上面铺设白纸，薄铁片置于纸下，铁片厚度为0.51.0mm。2、跑道边线宽度5cm，引导线宽度2cm，可以涂墨或粘黑色胶带。示意图中的虚线和尺寸标注线不要绘制在白纸上。3、障碍物1、2可由包有白纸的砖组成，其长、宽、高约为50cm12cm6cm，两个障碍物分别放置在障碍区两侧的任意位置。4、电动车允许用玩具车改装，但不能由人工遥控
5、，其外围尺寸（含车体上附加装置）的限制为：长度35cm，宽度15cm。5、光源采用200W白炽灯，白炽灯泡底部距地面20cm，其位置如图所示。6、要求在电动车顶部明显标出电动车的中心点位置，即横向与纵向两条中心线的交点。简易智能电动车设计论文摘要本设计基于计算机控制技术、单片机技术、传感器技术、智能控制技术、机电一体化技术及机器人学研制了一个能自动寻线、识别并测量铁片、避障、自主规划路径的智能电动小车。论文分析了小车本体、主控系统、信息感知单元、驱动单元等模块的理论论证、设计与调试过程，并结合实际调试过程的分析，详细阐述了小车整个行驶过程中的运动参数的规划与实现。本设计在特色部分论文分析了以M
6、ega8芯片为主基于概率分析的避障单元的设计与实现，串行扫描方式实现的人机接口，寻光雷达，小车位姿控制等内容。本设计的理论设计方案、调试方法、测试数据分析方法及设计中的特色与创新点等对自动运输机器人、家用清洁机器人、灭火机器人等自主及半自主机器人的设计与实现有一定的参考意义。关键词：两轮小车 光电寻线 PWM调速 寻光雷达 路径规划 自适应 位姿控制AbstractBased on the computercontroltheory, MPUtechnology, sensingtechnology, intelligentcontrol theory, mechatronicsandRobo
7、tics, we have designed a little intelligent electro-drive car which can trace black lines automatically, identify iron and then measure its size. This little car also have the ability of obstacle avoidance, route planning, distance measuring etc .In our thesis, we give the details of the theoretic f
8、ormulating, designing, debugging of our cars main body, its main control system, its information perceiving unit, driving unit and its motion strategy. With the analysis of our debugging process, we give the planning of the cars motion parameters which must be considered during the cars whole task.I
9、n Part 3, we show our innovative points: Probability analysis based obstacle avoidance unit, human-machine interface based on serialscanning method, light-seeking radar, and self-adaptive position control.Finally, we think our work could have a profound influence on the design and implementation of
10、fully-autonomy or semi-autonomy robot such as autonomic transport robot, fire-fighting robot, home clearing robot, etc. Keywords: 2-wheel vehicle, PWM, light seeking radar, route planning, self-adaptive1 方案设计与论证 根据题目的设计要求，小车要能自动寻线、检测金属物、避障、寻光、测距离以及在不同的区域控制自己的速度与行驶角度。我们把设计分为五个相对独立的部分，这样降低了设计的复杂度，使得整体
11、条理更为清晰。这五个部分是：小车本体、主控单元、信息感知单元、驱动单元。1.1 小车本体小车行走机构的方案分析与选择： 方案一 履带式行走机构：运行平稳、可靠，走直线效果很好；但结构较复杂、移动速度较慢，转弯过程的控制性能较差。 方案二 腿式行走机构：可以走出多种复杂的路线，但结构复杂、运动中的平衡性和稳定性差、移动速度较慢。 方案三 两轮式行走机构：结构简单、运动平稳、移动速度快、转弯性能好，且易于控制，适用于小功率的行走驱动。 方案四 四轮式行走机构：结构简单、运动平稳、移动速度快、易于控制，但原地转弯性能不够好。 通过对比赛中小车要完成的任务的研究以及对四种方案的对比，我们最终选择了两轮
12、式行走机构。 车体框架，基于设计要，我们以对称结构为基础设计。1.2 主控单元1.2.1 硬件方案近年来，单片机应用技术发展迅速，为智能装置的开发设计带来了很大的便利。但68HC与51系列等传统的基于累加器结构的单片机，需要大量的程序代码，以实现累加器之间的数据传送，给汇编的程序开发增加了困难，也使高级语言开发中的编译效率难以提高。AVR单片机采用RISC结构，具有1MIPS/MHz的高速运行处理能力；同时采用低功率，非挥发的CMOSE工艺制造，内部分别集成Flash, EEPROM和SRAM三种不同性能和用途的存储器。特别地，除了可以通过SPI口和一般的编程器对AVR单片机的Flash程序存
13、储器和EEPROM数据存储器进行编程外，还具有在线编程的特点，这给调试和使用带来了极大的方便。在AVR家族中，ATmega16芯片内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，具备AVR高档单片机Mega系列的全部优点，其价格于低档单片机相当，具有很高的性价比，较AVR的AT90系列相比，其6通道的A/D转换是AT90系列所不具备的。同时，Mega系列的高可靠性完全保证了在小车系统中无需光电隔离的直接输出方式，故在小车的主控系统选用ATmega16单片机。1.2.2 软件单元 汇编语言作为传统的嵌入式系统的编程语言，具有执行效率高的优点，但其本身是低级语言，编程效率较低，可移植性和可读性
14、差，维护极不方便。而C语言以其结构化，容易维护，容易移植的优势满足开发的需要。AVR的RISC结构与ICC AVR开发平台保证了较高的编译效率，且有易于上手的特点，使我们能顺利的用C语言开发AVR系统。1.3 信息感知单元1.3.1 黑白区域检测单元 要识别黑白区域可采用，光敏电阻、光敏二极管等对可见光敏感的器件，也可选用红外器件结合比较器输出高低电压的处理单元。但这两个方案都有受环境光影响较大的缺陷。 在本设计中我们确定了基于A/D转换的反射式红外线感知单元，以检测黑线和跑道边线的位置。1.3.2 铁片检测单元方案一：利用铁片的导磁作用即可检测位于磁块与霍尔式传感器之间的铁片。霍尔式传感器结
15、构简单，频率响应宽，选用开关输出方式集成霍尔式器件可直接输出高低电平。 方案二： 电感式金属接近传感器。当外界的金属性导电物体到达感应区时，金属物体内产生涡流效应，导致LC震荡电路震荡减弱，振幅变小，这一震荡的变化，被后置电路放大处理并转换为一确定的输出信号达到检测的目的。根据需要，同时考虑题目的设计时间与开发工作量，我们采用成品的电感式金属接近传感器。1.3.3 寻光检测传感器 引导光源的方向的检测有如下方案：方案一：在小车上固定的有指向的光敏检测单元，利用其输出信号的变化与小车的转角之间的关系来确定小车的方向。方案二：在小车上安装扫射角度大于300度的指向的光敏检测单元，利用其输出信号随扫射角的变化关系，及寻光单元与小车之间的位置关系即可确定小车位姿与光源之间的相对关系。上述方案有快速性好，
