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智能避障小車實驗報告與總結(jié) 學(xué) 院： 電子信息工程學(xué)院 專業(yè)年級：機 電 1031 隊員姓名： 余書奇、周穩(wěn)、劉陽、鄒超 智能避障小車實驗報告與總結(jié) 摘要：本設(shè)計制作的是單片機控制的自動避障小汽車，以單片機為小汽車的“大腦”，紅外線探頭為小汽車的“眼睛”，電機為小汽車的“雙足”?！按竽X”控制“眼睛”去看前方是否有障礙物，當(dāng)“眼睛”看到障礙后，由大腦來控制“雙足”的行動方向。從而實現(xiàn)小汽車的自動避障。 關(guān)鍵詞： 單片機 紅外線 傳感器 避障 小車 一、設(shè)計任務(wù)與要求 小車從無障礙地區(qū)啟動前進，感應(yīng)前進路線上的障礙物后，根據(jù)障礙物的位置選擇下一步行進方向。 二、方案設(shè)計與論證 本設(shè)計制作的是單片機控制的自動避障小汽車，以單片機為小汽車的“大腦”，紅外線探頭為小汽車的“眼睛”，電機為小汽車的“雙足”?！按竽X”控制“眼睛”去看前方是否有障礙物，當(dāng)“眼睛”看到障礙后，由大腦來控制“雙足”的行動方向。從而實現(xiàn)小汽車的自動避障。電路原理簡單，結(jié)構(gòu)明了。如圖為整個系統(tǒng)的框圖。 Stc89c52 循跡紅外對管 時鐘電路 復(fù)位電路 報警電路 電機驅(qū)動 避障紅外對管 1、電機驅(qū)動模塊 方案一： 采用繼電器對電動機的開或關(guān)進行控制,通過開關(guān)的切換對小車的速度進行調(diào)整.此方案的優(yōu)點是電路較為簡單,缺點是繼電器的響應(yīng)時間慢,易損壞,壽命較短,可靠性不高。 方案二： 采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)節(jié)電動機的分壓，從而達到分壓的目的。但電阻網(wǎng)絡(luò)只能實現(xiàn)有級調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價格比較昂貴。更主要的問題在于一般的電動機電阻很小，但電流很大，分壓不僅回降低效率，而且實現(xiàn)很困難。 方案三： 采用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。線性型驅(qū)動的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，加速能力強，采用由達林頓管組成的 H型橋式電路(如圖3)。用單片機控制達林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高，H型橋式電路保證了簡單的實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強，是一種廣泛采用的 PWM調(diào)速技術(shù)?，F(xiàn)市面上有很多此種芯片，我選用了L298N(如圖4)。 這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點。因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。 驅(qū)動電路 電機驅(qū)動一般采用H橋式驅(qū)動電路，L298N內(nèi)部集成了H橋式驅(qū)動電路，從而可以采用L298N電路來驅(qū)動電機。通過單片機給予L298N電路PWM信號來控制小車的速度，起停。其引腳圖如1，驅(qū)動原理圖如圖2。 圖1 L298N引腳圖 圖2電機驅(qū)動電路 圖3 H橋式電路 圖4L298N 2 避障模塊 ) 避障方案選擇 方案一：采用超聲波避障，超聲波受環(huán)境影響較大，電路復(fù)雜，而且地面對超聲波的反射，會影響系統(tǒng)對障礙物的判斷。 方案二：采用紅外線避障，利用單片機來產(chǎn)生38KHz信號對紅外線發(fā)射管進行調(diào)制發(fā)射，發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時候反射回來，紅外線接收管對反射回來信號進行解調(diào)，輸出TTL電平。外界對紅外信號的干擾比較小，且易于實現(xiàn)，價格也比較便宜，故采用方案二。 紅外線發(fā)射接受電路原理圖如圖所示。 采用紅外線避障方法，利用一管發(fā)射另一管接收，接收管對外界紅外線的接收強弱來判斷障礙物的遠近，由于紅外線受外界可見光的影響較大，因此用250Hz的信號對38KHz的載波進行調(diào)制，這樣減少外界的一些干擾。 接收管輸出TTL電平，有利于單片機對信號的處理。采用紅外線發(fā)射與接收原理。利用單片機產(chǎn)生38KHz信號對紅外線發(fā)射管進行調(diào)制發(fā)射，發(fā)射距離遠近由RW調(diào)節(jié)，本設(shè)計調(diào)節(jié)為10CM左右。發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時候反射回來，紅外線接收管對反射回來信號進行解調(diào)，輸出TTL電平。利用單片機的中斷系統(tǒng)，在遇障礙物時控制電機并使小車轉(zhuǎn)彎。由于只采用了一組紅外線收發(fā)對管，在避障轉(zhuǎn)彎方向上，程序采用遇障礙物往左拐方式。如果要求小車正確判斷左轉(zhuǎn)還是右轉(zhuǎn)，需在小車側(cè)邊加多一組對管。外界對紅外信號的干擾比較小，性價比高。。調(diào)試時主要是調(diào)制發(fā)射頻率為接收頭能接收的頻率，采用單片機程序解決。發(fā)射信號強弱的調(diào)節(jié)，由可調(diào)精密電阻調(diào)節(jié)。 圖 紅外線發(fā)射接受電路原理圖 圖---紅外ST178管 3機械系統(tǒng) 本題目要求小車的機械系統(tǒng)穩(wěn)定、靈活、簡單，而三輪運動系統(tǒng)具備以上特點。 驅(qū)動部分：由于玩具汽車的直流電機功率較小，而小車上裝有電池、電機、電子器件等，使得電機負擔(dān)較重。為使小車能夠順利啟動，且運動平穩(wěn)，在直流電機和輪車軸之間加裝了三級減速齒輪。 電池的安裝：將電池放置在車體的電機前后位置，降低車體重心，提高穩(wěn)定性，同時可增加驅(qū)動輪的抓地力，減小輪子空轉(zhuǎn)所引起的誤差。簡單，而三輪運動系統(tǒng)具備以上特點。 4電源模塊 方案一： 采用實驗室有線電源通過穩(wěn)壓芯片供電，其優(yōu)點是可穩(wěn)定的提供5V電壓，但占用資源過大。 方案二： 采用4支1.5V電池單電源供電，但6V的電壓太小不能同時給單片機與與電機供電。 方案三：采用8支1.5V電池雙電源分別給單片機與電機供電可解決方案二的問題且能讓小車完成其功能。 所以，我選擇了方案三來實現(xiàn)供電. 5、制作安裝與調(diào)試 5.1 車底板的設(shè)計制作與安裝 自己設(shè)計車底板，并制作完成。 采用螺絲將主板與電機驅(qū)動安裝在車體正中。 5．2 小車調(diào)試 通過改變滑動變阻器器的大小來調(diào)試紅外對管的靈敏度，通過改變延時程序來改變速度的大小。