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1、精选优质文档-倾情为你奉上多功能智能车设计一、 文献综述： 在20世纪，世界各国对机器人的研究就开始涉及。可以说机器人的诞生和发展，使人类从繁重的工作中解脱了出来，极大的提高了我们的生活水平。随着科学技术的突飞猛进，我们对机器人的功能要求也越来越高，自主导航机器人也得到了人们的热捧，所以我们有必要对自主导航机器人有更多的了解。国外研究现状：在各国的智能移动机器发展中，美国的智能移动机器人技术在国际上一直处于领先地位，日本以及欧美在智能机器人的研究和应用方面也处于公认的领先地位。在20世纪60年代，美国斯坦福研究院研制出的名为shakey的地面自助机器人标志着机器人的开始17。随着计算机与传感器
2、技术的发展，移动机器人的发展取得了前所未有的进展。德国联邦国防大学与奔驰公司进行合作，于80年代初期，先后研究出Vamors和Vamors-p两试验车16，其中Vamors在没有规划线的校园道路上，其速度达到了50km/h。这标志着车辆自动驾驶技术有望得到广泛的运用。2007年11月，日本东京早稻田大学研究人员推出了新型仿人型机器人“Twenty-one”,它功能齐备，灵活性高，活动范围广，可以全方向移动自如地为人类服务，是一种复杂的能够和人类和谐共生的机器人【15】。 国内研究现状：在我国，移动机器人的研究”七五“才刚刚开始起步，国家”863“计划中的遥控驾驶防核化侦察车的立项确定，标志着移
3、动机器人研究的开始【18-19】。经过这些年的研究，取得了一定的成果。上海交通大学于1991年研制的JTUWM系列的四足移动机器人对角线的动态行走。清华大学于1994年实现了基于地图的全局路径规划和自动驾驶功能的智能移动机器人并且通过了鉴定【1】；目前，超声壁障实现方便、计算简单、已于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到使用的要求，因此成为常用的壁障方法。家用服务机器人的发展以也因此成为我国机器人领导的重要发展方向，及时定位及地图重建（SLAM）和路径规划技术也是主流的研究方向。目前，位置环境下移动机器人的认知与导航避障系统的研究还处于发展阶段，很多理论和算法还需要进一步的完善。自主导航系统
4、的实时性对于视觉导航的优势发挥起着重要的作用，在静动态图像处理技术上还是有所欠缺，亟需解决。 二、 需求分析： 2.1 功能描述：该系统硬件部分由Arduino UNO单片机、电机驱动模块L298N、扩展板、keys红外接收模块、蓝牙无线模块、超声波探测模块、循迹模块（TCRT5000）、激光雷达（rplidar）组成。可实现的功能有1）利用超声波模块的测距功能来实现小车自动避障的功能。2）循迹模块（TCRT5000）: 利用红外光电传感器对路面黑色轨迹进行检测,并将路面检测信号反馈给Arduino单片机。Arduino单片机对采集到的信号予以分析判断,及时控制驱动电机以调整小车转向,从而使小
5、车能够沿着黑色轨迹自动行驶,实现小车自动寻迹的目的。3) keys红外遥控模块：小车通过红外遥控来实现小车的运行。4）蓝牙模块：通过arduino蓝牙遥控可编程智能小车。5）激光雷达（rplidar）：一种基于Arduino新型开发环境中通过激光雷达（RPLIDAR）实现地图重建（SLAM）和超声波测距实现路径规划和自主导航的功能。 2.2现实中的运用：该设计主要体现多功能小车的智能避障功能，本设计中的理论方案、分析方法及特色与创新点等可以为自动运输机器人、采矿勘测机器人、家用自动清洁机器人等半自动化机器人的设计与普及有一定的积极作用。同事小车可以作为玩具的发展对象，为中国玩具市场技术含量的缺
6、乏进行一定的弥补，实现经济利益，形成是个商业价值，同时也为无人驾驶技术的发展提供了宝贵的理论基础。三、设计方案 3.1智能小车结构智能小车方案图如图1所示，主要包括几个部分：（1）电机驱动模块L298N：通过专用双H桥驱动电路对4组电机进行驱动，arduino板给出控制信号控制电机按照设定的规律运行。（2）arduino板和扩展板：这是小车的大脑，负责小车的整个运行控制。（3）超声波模块和舵机转向模块：将超声波模块和舵机绑在一起，通过舵机的转动来使超声波模块探测周边的障碍物。（4）循迹模块TCRT5000：利用红外光电传感器对路面黑色轨迹进行检测并将检测的信号反馈会arduino单片机，ard
7、uino单片机会返回的信号进行分析判断，及时控制电机控制小车的方向，从而实现循迹。（5）红外遥控通信模块：通过红外遥控来实现对小车的控制（6）蓝牙无线模块：通过手机蓝牙和无线蓝牙模块的连接来控制小车的运动。3.2硬件的设计Arduino单片机的设计：arduino是该小车的控制中心，需要保证小车的正常运行，所以要设计足够多得串口来满足功能的需要，所以加入了扩展板。（2）电机驱动模块设计：一般情况下，单片机不能直接驱动电机，故必须外加驱动电Keys红外接收器超声波探测器蓝牙无线模块4个直流电机L298n驱动电路舵机轮子循迹模块外接电源Arduino UNO 图1 多功能蓝牙小车方案图路。最常见的
8、比如H桥电路，由于本小车是四个驱动电机，所以该电路设计成了双H桥驱动电路。该驱动电路可以直接驱动两路330V直流电机，将小车一侧的两个电机并在一起，IN1、IN2、IN3、IN4引脚从arduino板接入控制电平，控制电机的正反转，ENA,ENB接控制使能端，控制电机停转。这样就实现了小车的四轮驱动控制。（3）舵机转向和超声波模块设计：舵机也叫伺服电机，它由舵盘、减速齿轮组、直流电机、位置反馈电位计、控制电路组成。它的工作原理是控制电路板通过控制信号控制电机转动，电机带动齿轮组，齿轮组减速，舵机转动，同时齿轮组将带动位置反馈电位计，电位计的变化将即时输出一个电压信号，控制电路板通过接受到的信号
9、就可以巨鼎电机的转向。从而控制超声波模块的转动。超声波模块（HC-SR04）：HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式的距离感测功能，精度可达到3mm，模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。其原理是采用IO口TRIG触发测距，给至少10um的高电平信号，模块自动发出8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回，有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波发射到返回的时间。测试距离=（高电平时间*声速）/2.将超声波模块绑在云台舵机上就能使超声波模块能检测180的范围空间了。（4）循迹模块设计：利用红外线对颜色反射率不一样，将反射信号的强弱转化
10、成电流信号，黑白循迹模块在检测到黑色高电平有效，检测到白色是为低电平有效，检测高度为3cm，主要判断信号输出端是0或者1，就能判断物体是否存在，通过该信号来使小车在不需要人工干预的情况下自动行驶（5）红外通信模块的设计：红外遥控系统主要分为调制、发射和接收三部分。红外接收模块中的一体化红外接收头，内部集成了红外接收电路，包括红外检测二极管，放大器，限幅器，带通滤波电容，积分电路，比较器等。能够将接收到的调制波进行解调。要使用遥控器控制arduino,首先我们得知道遥控器各按键对应的编码，不同的遥控器，不同的按键，不同的协议，对应不同的编码。通过得到的编码，改到程序中，就能实现与红外模块的通信。
11、（6）蓝牙无线模块：Arduino蓝牙遥控可编程智能车。可通过蓝牙操控前进、后退、左转、右转等。3.3软件的设计该小车的开发环境采用arduino IDE的开发平台，Arduino的硬件电路的软件开发环境都是完全开源的，在不从事商业用途的情况下任何人都可以使用、修改和分发它。这样不但可以使用户更好的理解Arduino的电路原理，更可以根据自己的需要而去修改它。比如由于空间的限制，需要设计异形的电路板；或是将自己的扩展电路与控制电路设计到一起。易用性：对于稍微有心的人，无论基础如何，只要他有兴趣，拿到Arduino之后的一个小时内，应该就可以成功的运行第一个简单的程序了。Arduino与PC的连
12、接采用了当下最主流的USB连接，你可以像使用一只MP3一样把Arduino与电脑直接连接起来而不需要额外安装任何驱动程序。而且Arduino的开发环境软件也非常的简单，一目了然的菜单，仅提供了最必须的工具栏，出去了一切可能会是初学者眼花缭乱的元素，你甚至可以不用阅读手册便实现代码的编译下载。交流性：对于初学者来说，交流与展示是非常能激发学习热情的途径。Arduino已经规划了一个比较统一的框架，一些底层的初始化采用了统一的方法，对数字信号和模拟信号使用的端口也做了自己的标定，初学者在交流电路或程序的时候非常方便。丰富的第三方资源：Arduino无论硬件还是软件，都是全部开源的，你尅深入的了解到
13、底层的全部机理，也预留了非常友好的第三方库开发接口，对于后来者说，你可以在Arduino社区轻松找到自己想要使用的一些基本功能模块。特别是一些模块供应商也开始越来越重视Arduino社区，会为自己的产品提供Arduino下的使用库，这些都极大的方便了Arduino开发者，使你可以不必拘泥于一些基本功能的编写，而可以把自己的精力更多的放在自己想要的功能设计中去。 四、参考文献：1.赵津与朱三超, 基于Arduino单片机的智能避障小车设计. 自动化与仪表, 2013(05): 第1-4页.2郑昊. 基于Arduino/Android的蓝牙通信系统设计与实现D.湖北大学,2012.3曾建,荣联城,
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15、Arduino单片机的智能避障小车设计J. 自动化与仪表,2013,05:1-4.9林碧琴. 基于单片机的智能避障小车的设计和制作J. 电子测试,2013,15:60-62.10潘元骁. 基于Arduino的智能小车自动避障系统设计与研究D.长安大学,2015.11戈惠梅,徐晓慧,顾志华,张金龙. 基于Arduino的智能小车避障系统的设计J. 现代电子技术,2014,11:118-120.12胡晓芳. 基于AVR单片机的智能避障小车设计J. 自动化技术与应用,2014,06:95-97+111.13顾群,蒲双雷. 基于单片机的智能小车避障循迹系统设计J. 数字技术与应用,2012,05:23.14陆春雨,王琰. 基于单片机的智能避障小车系统设计J. 电子世界,2014,17:146-147.15禹建丽，张宗伟，自主移动服务机器人的研究现状浅析J.中原工学院报，2008,19（4）：8-11.16Dickmanns E D,Behringer R,Dickmanns D,et al.The seeing passenger car VaMoRs-P C/Procedings of the Intelligent Vehicles Symposium,Neubibeng
