無線遙控紅外避障小車的制作
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1、科技信息 無線遙控紅外避障小車的制作 煙臺(tái)南山學(xué)院電子工程學(xué)院 孟凡新 劉曉明 侯憲倫 [摘 要]無線遙控紅外避障小車由紅外避障系統(tǒng)、無線遙控發(fā)射與接收系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和電動(dòng)小車五部分構(gòu)成。 小車在運(yùn)行過程中,可以用遙控器對(duì)小車進(jìn)行任意控制:前進(jìn)、倒退、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎等,若遇到障礙物,小車還會(huì)自動(dòng)避開。[關(guān)鍵詞]無線遙控 紅外避障 智能車 電子制作 1.紅外避障系統(tǒng) 飽和導(dǎo)通,電源VCC 經(jīng)R1、R8 對(duì)電容C1 充電,但由于充電時(shí)間常數(shù)大, 在車前方,安裝了紅外發(fā)射與紅外接收電路,在車前進(jìn)的過程中, 充電很慢,在下一個(gè)低電平到來時(shí),VT2
2、又飽和導(dǎo)通,C1上充得的少量 若遇到障礙物,紅外線被反射,經(jīng)紅外接收電路,將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信 電荷又被迅速放掉,與門1 腳還是低電位[4],總之,遇到障礙物時(shí),接收 號(hào),使小車一側(cè)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn),而另一側(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變,從而改變運(yùn)行 頭1腳輸出的方波信號(hào)將與門關(guān)閉,來自車載接收模塊的D3信號(hào)封鎖, 方向,達(dá)到避障的目的。 使小車一側(cè)的電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn),但另一側(cè)電動(dòng)機(jī)不受影響,繼續(xù)正轉(zhuǎn),從而 1.1紅外發(fā)射電路 改變行進(jìn)方向,達(dá)到避障的目的。 圖1.1 紅外發(fā)射電路原理圖 R4、C2 和兩個(gè)非門構(gòu)成了一個(gè)多諧振蕩器
3、,R3 為隔離電阻,它產(chǎn)生的方波頻率為38KHz,如圖1.2(a)所示,它從與門9 腳輸入;R12、C3 和其他兩個(gè)非門也構(gòu)成了一個(gè)多諧振蕩器,R11 為隔離電阻,它產(chǎn)生一個(gè)低頻方波信號(hào)[1],如圖1.2(b)所示,它從與門10腳輸入,利用與門的開關(guān)特性,低頻方波信號(hào)對(duì)38KHz高頻方波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字振幅調(diào)制,即振幅鍵控[2],從3腳輸出已調(diào)波信號(hào),如圖1.2(c)所示。已調(diào)波經(jīng)限流電阻R6注入三極管Q1的基極,被放大后驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外線,即將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成光信號(hào)發(fā)射出去,R2為集電極負(fù)載,改變其阻值可以改變紅外發(fā)光二極管的發(fā)光功率,從而能改變小車避障的靈敏度。
4、 圖1.2 數(shù)字振幅調(diào)制 CD4069是一個(gè)六非門集成電路,可用它搭建多諧振蕩器電路。也可用 CD4011,它是一個(gè)四與非門電路,若把兩個(gè)輸入端接在一起,CD4011就變成了四非門集成電路。74LS08是一個(gè)四與門電路,可用它搭建振幅鍵控電路和下文避障信號(hào)控制電路。 1.2紅外接收電路 紅外線接收采用HS0038B 紅外一體化接收頭[3],1 腳為解調(diào)信號(hào)輸出端,2 腳接地,3 腳接電源;當(dāng)遇到障礙物時(shí),光敏二極管將接收到的紅外線轉(zhuǎn)化成電信號(hào),通過輸入電路送入放大電路,解調(diào)電路把調(diào)制到 38KHz 高頻載波上的低頻方波信號(hào)取出,經(jīng)三極管放大后由集電
5、極輸出,即1 腳輸出。沒有遇到障礙物時(shí),接收頭接收不到紅外線,解調(diào)電路無輸出,三極管VT處于截止?fàn)顟B(tài),從1腳輸出高電平。 紅外信號(hào)接收放大電路如圖1.4 所示,在沒有遇到障礙物時(shí),紅外一體化接收頭1腳為高電位,Q2 飽和導(dǎo)通,Q3 截止,電源VCC經(jīng)R1、R8 對(duì)電容C1 充電,在電容上充得電源電壓,與門2 腳為高電位,使與門處于打開狀態(tài),來自車載接收模塊的D3 信號(hào)能順利通過,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的無線控制。當(dāng)遇到障礙時(shí),紅外一體化接收頭1腳輸出方波,低電平到來時(shí),Q2 截止,Q3 飽和導(dǎo)通,電容C1 經(jīng)二極管D2、三極管 Q3 迅速放電,與門2 腳變?yōu)榈碗娖剑瑢⑴c門封鎖;高電平到來時(shí),雖然
6、Q2 截止,Q3 圖 1.3 紅外信號(hào)的接收、放大電路 2.無線遙控系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用由2262/2272集成電路組成的無線遙控系統(tǒng),分為手持 發(fā)射模塊和車載接收模塊。 2.1手持發(fā)射模塊 圖 2.1 為手持發(fā)射模塊的外形,其內(nèi)部以編碼芯片2262 為核心;當(dāng)沒有按鍵按下時(shí),不接通電源,無高頻信號(hào)發(fā)射出去,當(dāng)有按鍵按下時(shí),高頻發(fā)射電路起振,發(fā)射出等幅高頻信號(hào)。 圖2.1 手持發(fā)射模塊 圖2.2 車載接收模塊 2.2車載接收
7、模塊 圖 2.2 為車載接收模塊,以解碼芯片SC2272 為核心,該模塊共有7個(gè)引腳與外電路相連。它把接收到的高頻信號(hào)進(jìn)行放大、解調(diào),獲得數(shù)據(jù)信號(hào),從該模塊的D0、D1、D2、D3 四個(gè)引腳輸出,其余三個(gè)引腳分別是電源VCC(5V)、地線GND 和解碼有效確認(rèn)輸出端VT,當(dāng)解碼有效時(shí),VT引腳變?yōu)楦唠娖?,使外接的LED閃爍。 2.3工作方式 手持發(fā)射模塊按鍵A、B、C、D與車載接收模塊四個(gè)數(shù)據(jù)輸出端D0、D1、D2、D3的關(guān)系如表2.1所示。 該模塊有鎖存/點(diǎn)動(dòng)兩種輸出方式,本電路采用鎖存工作方式,即按一下A 鍵,D2 引腳輸出高電平,再按一下A 鍵,D2 引腳輸出低電
8、平,再按一下A 鍵,D2 引腳又輸出高電平,周而復(fù)始;其他三個(gè)鍵也是這 樣,并且他們之間互不影響。(下轉(zhuǎn)第513頁) —512 — 科技信息 Bernstein 型算子與數(shù)據(jù)擬合問題 沈陽工業(yè)大學(xué)遼陽校區(qū)基礎(chǔ)部 于 巍 許爽爽 [摘 要]本文應(yīng)用Bernstein 算子對(duì)任意一組觀察數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,并得到加權(quán)的算子以取得更好的逼近效果。 [關(guān)鍵詞]Bernstein 算子 數(shù)據(jù)擬合 1.引言 多項(xiàng)式逼近是數(shù)值逼近中最重要的方法之一。在1802 年,Weier-strass 就證明了閉區(qū)間上的連續(xù)函數(shù)必可以被一個(gè)多項(xiàng)式函數(shù)列一
9、致地逼近[1]。1912 年,Bernstein 給出了一種構(gòu)造上述多項(xiàng)式列的方法[2]。 n v 設(shè) f (x) 在[0,1] 上有定義,則 Bn( f,x) = ∑ f ( )Bv,n(x) i = 0 n 其中,Bv,n(x) = nv xv(1 - x)n - v ?,??v = 0,1,?,n 為 Bernstein 基函 數(shù),稱 Bn:C[0,1] → C[0,1]?,n ∈ ? 為Bernstein 算子。 2.Bernstein 型算子與數(shù)據(jù)擬合問題 我們應(yīng)用Bernstein 型算子(以Bernstein
10、基函數(shù)的線性組合表示)對(duì)一組觀察數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。即采用最小二乘法是可行的。 假定給出m + 1 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),為方便計(jì),將這些點(diǎn)放到平面直角坐標(biāo)系中。記它們的橫坐標(biāo)分別為 t0,t1,?,tm ,相應(yīng)的縱坐標(biāo)分別為 y0,y1,?,ym ;欲找一個(gè)恰當(dāng)?shù)腂ernstein 型算子來擬合這些數(shù)據(jù)點(diǎn)。 n 這里采用 n 次 Bernstein 型算子,記為 F(t) ,F(xiàn)(t) = ∑ai Bi,n(t) , i = 0 ai(i = 0,?,n) 是系數(shù),通常 m > n 。于是有,Ax = b ,其中, B0,n(t0) ? Bn,n(t0) A
11、 = ? ? B0,n(tm) ? Bn,n(tm)(m + 1) (n + 1) x =(a0,?,an)T,b =(y0,?,ym)T, = min A - b , 于是,問題轉(zhuǎn)化為確定 x ∈ ?n + 1 ,使得 b - Ax 2 y ∈ ∈ ?n + 1 y 2 即最小二乘問題。 求此超定方程最小二乘解的方法基本上有三種: (1) 正則方程法得解 x =(AT A)-1 AT b , (2)
12、廣義逆法得解 x = A+b , (3) 用矩陣除法得解 x = A/b 。 注:解法一出現(xiàn)在許多教材中。這種表達(dá)形式比較容易理解,但數(shù) 值精度差。該法帶有較大的示例性。解法二建立在奇異值分解基礎(chǔ)上,所得解可靠,即便A 發(fā)生列秩虧損,它也能給出最小二乘解。解法三建立在對(duì)原超定方程直接進(jìn)行Householder 變換的基礎(chǔ)上。其可靠性稍遜于奇異值分解,但速度較快。A 發(fā)生列秩虧損時(shí),它所給出的最 小二乘解具有最少非零元素。 眾所周知,在實(shí)際中,三次Bernstein 算子有較廣泛的應(yīng)用,下面舉例說明采用Bernstein 型算子對(duì)一組給定數(shù)據(jù)的擬合問題。
13、 給出九個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(0; 1); (1=2; 3=2); (1=3; 2); (2; 3); (5=3; 7=2); (3; 4); (4; 9=2);(6; 6); (7; 5): 3 設(shè)所求的Bernstein 算子為 F(t) = ∑ai Bi,3(t) ,于是得到Ax = b; 其 中 i = 0 1 0 0 0 1 8 3 8 3 8 1 8 8 27 4 9 2 9 1 27 -1 6 -12 8 A = -8/27 20 9 -50/
14、9 125 27 -8 36 -54 27 -27 108 -144 64 -125 450 -540 216 -216 756 -882 343 x =(a0,?,a3)T,b =(1,3/2,2,3,7/2,4,9/2,6,5)T, 采用上述方法求出最小二乘解為: x =(-0.0400,1.0558,1.8513,2.4333)T 。 然而,對(duì)于相同的數(shù)據(jù)點(diǎn),在不同的情況下需要重視的程度也會(huì)有 所差別,這就需要對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)所承擔(dān)的權(quán)重進(jìn)行修改。事實(shí)上,引入 權(quán)
15、因子 Ω = {ωi}n 即可。從而得到加權(quán)后的擬合算子 i = 0 Fω(t) = ∑a nωi Bi,n(t) n i = 0 ∑ωi Bi,n(t) i = 0 通過適當(dāng)調(diào)節(jié)權(quán)因子的大小,可以得到更理想的擬合效果。 參考文獻(xiàn) [1]王仁宏. 數(shù)值逼近[M].北京:高等教育出版社,2003 年. [2]S. Bernstein. Demonstration du theorμeme de Weierstrass fondee sur le calculdes probabilities[J].Comm. Soc. Math. K
16、harkov(2) 13 (1912)1-2. (上接第512頁) 表2.1 按鍵與數(shù)據(jù)輸出的關(guān)系 5.總體電路圖 A B C D D2 D0 D3 D1 圖5.1 總體電路圖 圖3.1 集成芯片 6.結(jié)束語 3.電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 該車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,調(diào)試方便,很適合初學(xué)者制作,在制作的過程中同 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用集成芯片L293,內(nèi)部主要由四個(gè)三態(tài)門構(gòu)成,如 學(xué)們不僅能夠加深對(duì)理論知識(shí)的理解,更重要的是提高同學(xué)們
17、的動(dòng)手 圖 3.1所示,三態(tài)門①、②共用一個(gè)使能端1,當(dāng)使能端接高電平時(shí),兩個(gè) 能力,培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí),增強(qiáng)實(shí)戰(zhàn)信心。三態(tài)門被打開,信號(hào)可雙向傳輸,使電動(dòng)機(jī)能夠正、反轉(zhuǎn),3、6 引腳外接 小車驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1,三態(tài)門③、④及電機(jī)M2 的工作原理與三態(tài)門①、② 參考文獻(xiàn) 相同。車載接收模塊解碼輸出的信號(hào)D0、D1、D2分別與7、2、15引腳直 [1]王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2008 接相連。 [2]胡宴如,耿蘇燕.高頻電子線路[M].北京:高等教育出版社, 4.供電系統(tǒng) 2009 用9V電池做小車的電源,需用三端穩(wěn)壓器7805穩(wěn)壓后再供電。為 [3]林鋼.常用電子元器件[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.09 避免驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)遙控電路有影響,給電動(dòng)機(jī)另設(shè)一個(gè)7805 穩(wěn)壓器,專 [4]童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版 門給電動(dòng)機(jī)供電,即輸出端直接L293的8腳。 社,2006 — 513 —
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