自动识别路径的智能小车设计

《自动识别路径的智能小车设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动识别路径的智能小车设计（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、目录论文关键字 - - - - - - - - - 2论文摘要 - - - - - - - -2、模块方案比较与论证 ：- - 21。车体设计 - - - - 22电机模块3电机驱动模块 - - - - - -24寻迹传感器模块 - - - - -25控制器模块 - - - -26电源模块 - - - -3、系统总体设计 ： 31. 系统工作原理及功能简介 - - - 32. 系统框架图 - - - -33. 理论分析与计算 - - - 4。系统主要模块设计三、系统硬件电路设计 - - - - - - -5 1软件算法设计： - - - -62。主程序流程图 - - - 63. 具体代码分析

2、- - -四、软件代码设计 - - - - - 7 五、系统功能测试 - - - - - - - -7自动识别路径的智能小车设计论文关键字 ：智能小车 电机 驱动 L298 自动循迹 传感器 算法论文摘要：本系统采用存储空间较大的 AT89S52作为主控制芯片，电动车电机驱动采 用L298N芯片；结合GP2A25光电开关，能较有效的控制其在特定位置转弯角度及行驶出错 处理;采用LD 5461AS数码管来显示系统分阶段运行的时间， 能够较准确较清晰地显示两个 数码管位的显示，三者的结合使电动车更加智能化，自动化，可视化. 该系统无论在结构和技术上都具有较好的科学性。一、模块方案比较与论证 ：1。

3、车体设计方案 1 ：自己制作电动车。一般的说来，自己制作的车体比较粗糙，对于白色基板上的 道路面行驶， 车身重量以及平衡都要有精确的测量， 而且也要控制好小车行驶的路线和转弯 的力矩及角度，这些都比较难良好地实现。方案 2：购买玩具电动车。购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮。我们可以保留 左右两轮转动动轴， 并改换转轴力矩大的电机来精确调节转弯角度， 采取保留后方向轮， 并使用直流电机进行驱动的方案。 玩具电动车具有如下优点： 首先，这种玩具电动车由于装配 紧凑，使得各种所需电路的安装十分方便，看起来也比较美观。其次，玩具电动车是依靠电机与相关齿轮一起驱动， 能适应题目中小车准确前进、后退

4、、 转弯的要求，而且这种电动车 一般都价格适中。基于以上分析，我选择了方案二2. 电机模块方案1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可 以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降 ，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。经综合比较考虑，我们放弃了此方案。方案2:直流电机：直流电机的控制方法比较简单，只需给电机的两根控制线加上适当 的电压即可使电机转动起来 ，电压越高则电机转速越高。对于直流电机的速度调节，可以采用改变电压的方法，也可采用PWM调速方法。PWM调速就

5、是使加在直流电机两端的电压为方 波形式，通过改变方波的占空比实现对电机转速的调节。基于以上分析，我选择了方案二，使用直流电机作为电动车的驱动电机。3. 电机驱动模块方案1 :采用SM6135W 电机遥控驱动模块。 SM6135W 是专为遥控车设计的大规模 集成电路。能实现前进、后退、向右、向左、加速五个功能，但是其采用的是编码输入控制， 而不是电平控制，这样在程序中实现比较麻烦，而且该电机模块价格比较高。方案2 :采用电机驱动芯片 L298N。L298N为单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱 动，可直接的对电机进行控制，无须隔离电路。通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进

6、行正反转，停止的操作，非常方便，亦能满足直流减速电机的大电流要求。调试时在依照上表，用程序输入对应的码值，能够实现对应的动作。表1是其使能、输入引脚和输出引脚的逻辑关系。表1 L298N的引脚和输出引脚的逻辑关系EN A (B)N1(IN3)IN2 (IN4 )电机运行情况HHL正转HLH反转H同 IN2 (IN4 )同 IN2 ( IN4)快速停止LXX.停止基于以上分析，我选择了方案二，用L298N来做为电机的驱动芯片4. 寻迹传感器模块方案 1：采用发光二极管 +光敏电阻，该方案缺点 :易受到外界光源的干扰，有时甚至检 测不到黑线 ,主要是因为可见光的反射效果跟地表的平坦程度、地表材料

7、的反射情况均对检测效果产生直接影响。克服此缺点的方法 :采用超高亮度的发光二极管能降低一定的干扰， 但这又会增加检测系统的功耗 .方案 2:脉冲调制的反射式红外发射接收器。由于采用带有交流分量的调制信号，则可 大幅度减少外界的干扰 ;此外红外发射接收管的工作电流取决于平均电流，如果采用占空比 小的调制信号，在平均电流不变的情况下 ,瞬时电流很大( 50100mA )( ST 188 允许的 最大输入电流为 50mA) ，则大大提高了信噪比。此种测试方案反应速度大约在5us 。方案 3: 采用 CCD 传感器，此种方法虽然能对路面信息进行准确完备的反应，但它存在 信息处理满 ,实时性差等缺点，

8、因此若采用 CCD 传感器， 无疑会加重单片机的处理负担， 不 利于实现更好的控制策略 .根据以上分析我采用方案 25控制器模块方案 1: 采用凌阳的 SPCE061A 小板作为主控制芯片，而且可以采用凌阳的小车模组， 可以很快的完成其基本功能， 当是用该小板存在在一定的局限性， 较难扩张功能， 而且各个 模块的拼凑，没有比集成在一块板的稳定性高 .方案 2 ：采用 AT89S52 作为主控制芯片，该芯片有足够的存储空间，可以方便的在线 ISP 下载程序，能够满足该系统软件的需要,该芯片提供了两个计数器中断 ,对于本作品系统已经足够， 采用该芯片可以比较灵活的选择各个模块控制芯片， 能够准确的

9、计算出时间， 有 很好的实时性。基于以上分析 , 我选择了方案二，采用 AT89S52 作为电动车的主控制芯片。6电源模块在本系统中，需要用到的电源有单片机的5V， L298N 芯片的电源 5V 和电机的电源7 15V.所以需要对电源的提供必须正确和稳定可靠。方案 1：用 9V 的锌电源给前、后轮电机供电，然后使用 7805 稳压管来把高电压稳成5V 分别给单片机和电机驱动芯片供电。这种接法比较简单，但小车的电路功耗过大会导致 后轮电机动力不足。方案 2：采用双电源。为了确保单片机控制部分和后轮电机驱动的部分的电压不会互相 影响，要把单片机的供电和驱动电路分开来，即：用 6 节干电池 7.2V

10、 来驱动电机芯片， 然后用 7805 稳压管来稳成 5V 供给单片机， 后轮电机的电源用 3V 供电，这样有助于消除电 机干扰，提高系统的稳定性。基于以上分析，我选择了方案二、系统总体设计1. 系统工作原理及功能简介：本系统利用单片机 AT89S52单片机作为本系统的主控模块，该单片机可以将从传感器的输出信号得到外界的信息，然后在程序中控制单片机对电动车上的直流电机的输出，从而实现电动车的前进以及转弯等循迹行驶。2. 系统框架图3。理论分析与计算4。系统主要模块设计：(1)电源:为确保小车在行驶过程中各部件均能正常工作且相互之间不受影响，我们可使用了两个电源为两个主要模块提供电压。分别是由转弯

11、电机、 单片机和光电传感器组成的总电路电源模块以及后轮驱动电源模块 (2 )转弯与路径出错识别：小车在行驶过程中会遇到以下两种路况： 当小车由直道高速进入弯道时，转角方向和车速应根据弯道的曲率迅速做出相应 的改变，原则是弯道曲率越大则方向变化角度越大。 当小车遇到十字交叉路段或是脱离轨迹等特殊情况时，智能车应当保持与上次正 常情况一致的方向行驶 .（3）光电传感器：光电传感分布格局：路径识别方案：电开关脱离轨道时，等待外面任意一只检测到黑线后,做出相应的转向调整，直到中间的光电开关重新检测到黑线 （即回到轨道） 再恢复正向行驶。 现场实测表明， 虽然小车在寻迹过程中有一定的左右摇摆。 但只要控

12、制好行驶速度就可保证车身基本上接近 于沿靠轨道行驶 .三、系统硬件电路设计（1）系统整体电路图如下 :（2）光电传感器电路（ 3）电源电路四、软件代码设计1软件算法设计：（1）传感器数据处理及寻迹程序总体流程：主程序主要起到一个导向和决策功能。其设计思路根据小车所处位置的不同,确定小车的任务。 在黑线轨道上走直线时， 对传感器的信号进行及时的判断， 左边信号为零时控制电 机左转，右边为零时控制电机右转。在弯道时，为了不冲出轨道，是左轮一直打偏 ,直到检 测到右边信号为零时控制电机右转,当右信号为 1 时，继续使左轮一直偏。（2）具体流程分析：智能小车采用 4 个光学传感器置于小车前部 ,以此判

13、断如何控制舵机转向。程序不停判断03传感器的值，当SENS0R1=1与SENSOR0=0时，小车为图（I）情况, 此时应控制舵机向右转 ,调用 TurnRight（） 函数；当 SENSOR0=1 与 SENSOR1=0 时，小车 为图（II）情况，此时应控制舵机向右转，调用TurnLeft （）函数.(I)(II)但由于传感器比较灵敏，经实际测试，白色区域中可能存在杂色，传感器有可能扫描到白色区域中的黑色（如下图），为了避免判断错误，再没检测到需要转右或者转左后 ，进行延时, 接着再次判断此时传感器情况，如果仍然为SENSOR仁=1与SENSOR0=0（或者SENSORO=1与SENSOR1

14、=0 ）则可能判断在黑色跑道上，接着调用转右（转左）函数。 不过，仍然有一定几率判断失误，当延时后，传感器刚好经过另一个杂色的情况，解决方法有待完善当前后传感器都为1 （黑）时（如下图（山）,则认为小车在黑色跑道上，不需要进行转向, 调RecoverBalance（）函数，恢复平衡位置。当前后传感器都为 0（白）时（如下图（IV），则认为传感器将离开跑道范围，为了另小 车继续延黑色跑道行走，程序中的pre_dir变量保存最近一次转向方向（1为右,0为左），此时凭此变量来维持小车的转向.2主程序流程图:3。具体代码分析：/宏定义电机、舵机的输入端#define ELE_MACHINER1_IN1 P0_0/舵机输入端口