自动识别路径的智能小车设计.docx
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自动识别路径的智能小车设计
论文关键字--------------------------------------------------------2
论文摘要------------------------------------------------------2
一、模块方案比较与论证:
------------------------------------------2
1.车体设计-------------------------------------------------2
2.电机模块------------------------------------------------------2
3.电机驱动模块-------------------------------------------------2
4.寻迹传感器模块---------------------------------------------2
5.控制器模块--------------------------------------------------2
6.电源模块-----------------------------------------------------3
二、系统整体设计:
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1.系统工作原理及功能简介----------------------------------------3
2.系统框架图----------------------------------------------------3
3.理论分析与计算------------------------------------------------4
4.系统主要模块设计:
---------------------------------------------4
三、系统硬件电路设计---------------------------------------------5
1.软件算法设计:
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2.主程序流程图---------------------------------------------------6
3. 具体代码分析————————————————————————————
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犯错处置;采用LD-5461AS数码管来显示系统分阶段运行的时刻,能够较准确较清楚地显示两个数码管位的显示,三者的结合使电动车加倍智能化,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. 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,车身重量和平衡都要有精准的测量,而且也要控制好小车行驶的线路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。
咱们能够保留左右两轮转动动轴,并改换转轴力矩大的电机来精准调节转弯角度,采取保留后方向轮,并利用直流电机进行驱动的方案。
玩具电动车具有如下长处:
第一,这种玩具电动车由于装配紧凑,使得各类所需电路的安装十分方便,看起来也比较美观。
第二,玩具电动车是依托电机与相关齿轮一路驱动,能适应题目中小车准确前进、后退、转弯的要求,而且这种电动车一般都价钱适中。
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。
由于其转过的角度能够精准的定位,能够实现小车前进路程和位置的精准定位。
虽然采用步进电机有诸多长处,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,不适用于小车等有必然速度要求的系统。
经综合比较考虑,咱们舍弃了此方案。
方案2:
直流电机:
直流电机的控制方式比较简单,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,能够采用改变电压的方式,也可采用PWM调速方式。
PWM调速就是使加在直流电机两头的电压为方波形式,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,利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,可是其采用的是编码输入控制,而不是电平控制,如此在程序中实现比较麻烦,而且该电机模块价钱比较高。
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,不必隔离电路。
通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平,即能够对电机进行正反转,停止的操作,超级方便,亦能知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关系。
表1L298N的引脚和输出引脚的逻辑关系
ENA(B)
IN1(IN3)
IN2(IN4)
电机运行情况
H
H
L
正转
H
L
H
反转
H
同IN2(IN4)
同IN2(IN4)
快速停止
L
X
X
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,有时乃至检测不到黑线,主如果因为可见光的反射效果跟地表的平坦程度、地表的反射情形均对检测效果产生直接影响。
克服此缺点的方式:
采用超高亮度的发光二极管能降低必然的干扰,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;另外红外发射接收管的工作电流取决于平均电流,若是采用占空比小的调制信号,在平均电流不变的情形下,瞬时电流专门大(50~100mA)(ST-188允许的最大输入电流为50mA),则大大提高了信噪比。
此种测试方案反映速度大约在5us。
方案3:
采用CCD传感器,此种方式虽然能对路面信息进行准确完备的反映,但它存在信息处置满,实时性差等缺点,因此若采用CCD传感器,无疑会加重单片机的处置负担,无益于实现更好的控制策略。
按照以上分析我采用方案2
5.控制器模块
方案1:
采用凌阳的SPCE061A小板作为主控制芯片,而且能够采用凌阳的小车模组,能够专门快的完成其大体功能,当是用该小板存在在必然的局限性,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固性高。
方案2:
采用AT89S52作为主控制芯片,该芯片有足够的存储空间,能够方便的在线ISP下载程序,能够知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,采用该芯片能够比较灵活的选择各个模块控制芯片,能够准确的计算出时刻,有专门好的实时性。
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需正确和稳固靠得住。
方案1:
用9V的锌电源给前、后轮电机供电,然后利用7805稳压管来把高电压稳成5V别离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致使后轮电机动力不足。
方案2:
采用双电源。
为了确保单片机控制部份和后轮电机驱动的部份的电压不会彼此影响,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,如此有助于消除电机干扰,提高系统的稳固性。
基于以上分析,我选择了方案二。
二、系统整体设计:
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,该单片性能够将从传感器的输出信号取得外界的信息,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和转弯等循迹行驶。
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:
为确保小车在行驶进程中各部件均能正常工作且彼此之间不受影响,咱们可利用了两个电源为两个主要模块提供电压。
别离是由转弯电机、单片机和光电传感器组成的总电路电源模块和后轮驱动电源模块。
(2)转弯与路径犯错识别:
小车在行驶进程中会碰到以下两种路况:
① 当小车由直道高速进入弯道时,转角方向和车速应按照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转变角度越大。
② 当小车碰到十字交叉路段或是离开轨迹等特殊情形时,智能车应当维持与上次正常情形一致的方向行驶。
(3)光电传感器:
光电传感散布格局:
路径识别方案:
电开关离开轨道时,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从头检测到黑线(即回到轨道)再恢复正向行驶。
现场实测表明,虽然小车在寻迹进程中有必然的左右摇摆。
但只要控制好行驶速度就可保证车身大体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)传感器数据处置及寻迹程序整体流程:
主程序主要起到一个导向和决策功能。
其设计思路按照小车所处位置的不同,肯定小车的任务。
在黑线轨道上走直线时,对传感器的信号进行及时的判断,左侧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,以此判断如何控制舵机转向.
程序不断判断0~3传感器的值,当SENSOR1==1与SENSOR0==0时,小车为图(I)情形,现在应控制舵机向右转,挪用TurnRight()函数;当SENSOR0==1与SENSOR1==0时,小车为图(II)情形,现在应控制舵机向右转,挪用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转左后,进行延时,接着再次判断现在传感器情形,若是仍然为SENSOR1==1与SENSOR0==0(或SENSOR0==1与SENSOR1==0)则可能判断在黑色跑道上,接着挪用转右(转左)函数.不过,仍然有必然概率判断失误,当延时后,传感器恰好通过另一个杂色的情形,解决方式有待完善.
当前后传感器都为1(黑)时(如