《智能小车方案设计书实施方案书报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能小车方案设计书实施方案书报告（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要自主反应式智能系统是一种应用广泛的控制系统。对电路的分析和验证工作依靠智能化来完成，效率高。因此它的研究与开发是一项非常有意义的工作。本小车以MSP43（超低功耗单片机为核心，在 SHARI二型小车的基础上研究 小车避障寻迹的设计和实现方法，完成障碍检测、避障、寻迹功能。充分运用了 430 单片机的功能。 本论文介绍了智能小车的机械结构及相应的硬件电路和实现 算法。在机械结构上， 对普通的小车作了改进， 即用一个万用轮来代替两个前轮， 使小车的转向更加灵敏。 利用反射式红外传感器来寻迹、 红外一体化接收头来检 测障碍物的位置，通过改变单片机产生的PWM?波的占空比，使其能在设计范围 内可实
2、现任意角度黑线和任意角度移动， 还可以实现避障的功能。 在算法上， 利 用矢量分解法、PID算法等对小车的运行进行控制并能有效的改善其运行轨迹。关键字： MSP430 寻迹 避障 PWMAbstractIndependence ressponding type intelligence system is a kind of applied extensive control system. Analyzing electric circuit and verifying a work depends on the intelligence to complete, its efficienc
3、y is high. So its research and development is a very meaningful works.With the core of 430microcomputer and at the foundation of SHARK, the No.3 small car can complete an obstacle examination, avoiding stumbling block and looking for vestige function, making full use of 430microcomputer. This thesis
4、 introduced machine structure, homologous hardware electric circuit and the calculate way of the intelligence small car .Making improvement to the common car on the machine structure, we use a perfect wheel to make the car turning more easily. And we use some sensors to look for vestige and avoid st
5、umbling block. By change the empty ratio of PWM, the car can arbitrarily move with any angle of the black line within the scope of the design. On the calculate way, we use vector decomposition method、 PID to control the car and improve its track.Key word: MSP430 looking for vestige avoiding stumblin
6、g block PWMPID目录第一章绪论 5第二章各部件的工作原理 62.1 前轮（导向轮） 62.2电机 错误！未定义书签。2.3反射式红外传感器 72.4红外一体化接收头 8第三章硬件电路 93.1 电机驱动电路 93.2 反射式红外传感器电路 103.3 红外一体化接收头电路 113.4 处理器电路 12第四章 电路原理图 错误！未定义书签。第五章控制算法 145.1 黑线位置判别 155.2 巡线算法 155.3 搜线算法 错误！未定义书签。5.4障碍物位置判别 错误！未定义书签。5.5 转弯控制 错误！未定义书签。5.6 迷宫探路控制 17第六章 相关软件 17第七章 总结 307
7、.1 本文总结 错误！未定义书签。7.2 进一步的工作 错误！未定义书签。致谢 错误！未定义书签。参考文献 32附录一 33附录二 34第一章 绪论当今社会，科学技术日新月异，时代前进的步伐越迈越宽，应用自动化设 备,计算机处理 ,现代化通讯 ,数字化信息 ,现代化显示设备等高新技术而建立的 现代化智能 , 监控等系统已经得到充分的发展与应用 ,智能机器人也就应运而生。 同时，在建设以人为本的和谐社会的过程中， 智能服务机器人能够完成考古发掘， 海底揭密，宇宙探索等危险作业，以保证人身安全。 国家中长期科学和技术发 展规划纲要 一文指出：智能服务机器人是在非结构环境下为人类提供必要服务 的多种
8、高技术集成的智能化装备。 以服务机器人和危险作业机器人应用需求为重 点，研究设计方法、制造工艺、智能控制和应用系统集成等共性基础技术。重点 研究低成本的自组织网络，个性化的智能机器人。20062020年，既是国家中长期技术发展计划实现阶段，也是我们最具有活力和最激情洋溢的时段。该智能小车模型是一辆由PCB和车体拼装的小车。所有的机械结构和零部件 都安装固定在电路板上。 因此完全不需要机械加工， 非常适合实验阶段机器人的 研制。本文简述了智能巡线避障小车自主走迷宫的设计思路和实现过程。 包括小 车的机械结构、电路、软件、控制算法、调试方法等。可作为一般的设计参考。小车的左右轮分别由 2只舵机提供
9、动力 ,作为驱动轮和导向轮使。 430单片机 的PWh发生器产生2路（分为两组）占空比可变的方波，经三极管进行扩流后分 别驱动左右舵机。控制2路PW啲比例，不仅可以调节小车向前运动的速度， 还 可通过2路PWM占空比的差异，改变小车运动方向。5 只反射式红外传感器位于小车前下方，用于查找黑线位置并且实现寻迹。 小车前端还分布有 3 个红外一体化接收头，实现避障并完成走迷宫。第二章各部件的工作原理2.1 驱动轮（导向轮）前轮亦为驱动轮，其决定小车能否灵活拐弯的关键部分。这辆小车和汽车不 同，不是靠摆舵来控制转弯，而是靠左右后轮速度差来实现转弯控制。图为小车的仰视图（未画出传感器）。小车的两前轮是
10、靠舵机进行驱动的。通 过两路PWM波实现对其的控制。只要调整 PWM波的占空比即可控制舵机的转速。 当小车左轮的速度高于右轮时，小车右转弯；反之，当小车右轮的速度高于左轮 时，小车左转弯。小车后轮属从动轮，质地较硬，其与地面磨擦力较小，与其动力相比可以忽 略不记。所以它可以自由偏移，而不影响小车的转向 .2.2 舵机舵机是一种位置伺服的驱动器。它接收一定的控制信号，输出一定的角度， 适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。在微机电系统和航模中， 它是一个基本的输出执行机构。准的舵机有3条导线，分别是：电源线、地线、控制线，如图所示输出转轴电源线VgO-地线GNDO-控制线O电源线和地线
11、用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源.电压通常介于46V, 般取5V。注意，给舵机供电电源应能提供足够的功率。 控制 线 的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期为20 ms（即 频率为50 Hz）。当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生改变，角度变 化与脉冲宽度的变化成正比。2.3反射式红外传感器反射式红外传感器ST188采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。检测距离可调整范围为4-15mm采用非接触检测方式。可用于IC卡电度表脉冲数据采集、集中抄表系统数据采集和传真机纸张检测等。图2.4反射式红外传感器工作原理反射式红外传感器中包含一个发射
12、器 LED和一个光探测器（光敏二极管/光敏三极管）。着两个元件被封装在同一个塑料壳体中，并且排列成适合他们工作 的理想位置。LED发出的一束光被一个表面反射后又回到探测器中。图1.4是反射式红外传感器的工作原理图。封装在矩形壳体中的是发射器LED（由左侧的白色方块表示）和探测器装置（在右侧）。虚线表示光线从发射器 LED中发出并反射回探测器；探测器检测到的光强大小取决于物体表面的反射 率，而这一光强就是传感器的输出值。如图所示，选通信号（高电平）经过三极管扩流后送到传感器的K脚，如果检测到黑线，传感器C脚输出高电平；否则输出为低电平。Qr OO _v1-0 0 0 0oJ.4.3左 JJOoo
13、.o.0 o o转换效率有效值5 6 7 9 10 11 12 13 14 15 IT 18 检测距畫（mrrO |r=8A图2.5 反射式红外传感器及其检测距离与转换效率的关系图反射式传感器在高度受控的理想环境下的工作性能更好，因为影响它输出的外界因素有很多，如环境光的变动、传感器与被探测物体之间的距离，以及被探 测物体的反射率等。为了减少环境光的干扰，首先需要调整传感器的方位使环境 光不能直接射到探测器。反射式红外传感器ST188的最佳探测距离为6-14mm所以将传感器垂直于地 面并且调整传感器与地面的距离，大约在10mm左右。2.4 红外一体化接收头电视机、唱机等家电中广泛使用红外线遥控
14、器。红外遥控器发出38KHZ调制的红外线，在接收端，被一体化红外接收头接收，解调出原始键码值。因为红外遥控使用广泛、成熟、大批量，所以相关红外接收、发射元件价格 很低。本方案使用通用遥控器的一体化红外接收头作为检测元件。IR -ED输出t图2.7 一体化红外接收头工作原理一体化接收头内部集成有带通滤波器，它只允许大约38 kHz的红外信号通过。这种仅对38KHz敏感的特性，有助于消除环境光对遥控器接收的影响。如图,当红外线发射管IR LED）发出的38KHz的红外线被一体化接收头接收时，接收 头输出“ 0”。当没有侦测到红外线，或非38KHz红外线（如日光灯干扰），输出第三章硬件电路3.1 舵
15、机驱动电路此部分是整个小车的大脑，是整个小车运行的核心部件，起着控制小车所有 运行状态的作用。通常选用 单片机作 为小车的核 心控制 单元。这里 选用MSP430F425单片机.考虑到小车必须能够前进、倒退、停止，并能灵活专性， 在左右两轮各装一个舵机分别进行驱动。 当左轮电机转速高于右轮电机转速时小 车向右转，反之则向左转。为了能控制车轮的转速，左右两轮的转速，可以采取 PWM调速法，即由单片机的TA1和TA2输出一系列频率固定的方波，再通过功率 放大来驱动舵机，在单片机中编程改变输出方波的占空比，从而可以改变电机的转速。左右两轮两个电机转速的配合就可以实现小车的前进、倒退、转弯等功能。驱动电路如图：需要注意的是：被二极管分流到电源两端的电力将造成主板电压的瞬变或噪声。更严重的是当采用PW信号控制电机时，每次关断都会产生这种影响。如果 导通三极管又重新开启，同时反向电动势电流仍然存在，结果三极管将直接导通 电源正极和地。这一现象时间的长短取决于续流二极管的关断时间。这一电流称 作过冲电流，它同样会产生噪声。因此需在离接口慢近的地方加一旁路电容来消 噪。旁路电容的作用
