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智能避障小車實(shí)驗(yàn)報(bào)告與總結(jié) 學(xué) 院： 電子信息工程學(xué)院 專業(yè)年級(jí)：機(jī) 電 1031 隊(duì)員姓名： 余書奇、周穩(wěn)、劉陽(yáng)、鄒超 智能避障小車實(shí)驗(yàn)報(bào)告與總結(jié) 摘要：本設(shè)計(jì)制作的是單片機(jī)控制的自動(dòng)避障小汽車，以單片機(jī)為小汽車的“大腦”，紅外線探頭為小汽車的“眼睛”，電機(jī)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(lái)控制“雙足”的行動(dòng)方向。從而實(shí)現(xiàn)小汽車的自動(dòng)避障。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) 紅外線 傳感器 避障 小車 一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 小車從無(wú)障礙地區(qū)啟動(dòng)前進(jìn)，感應(yīng)前進(jìn)路線上的障礙物后，根據(jù)障礙物的位置選擇下一步行進(jìn)方向。 二、方案設(shè)計(jì)與論證 本設(shè)計(jì)制作的是單片機(jī)控制的自動(dòng)避障小汽車，以單片機(jī)為小汽車的“大腦”，紅外線探頭為小汽車的“眼睛”，電機(jī)為小汽車的“雙足”。“大腦”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(lái)控制“雙足”的行動(dòng)方向。從而實(shí)現(xiàn)小汽車的自動(dòng)避障。電路原理簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)明了。如圖為整個(gè)系統(tǒng)的框圖。 Stc89c52 循跡紅外對(duì)管 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 報(bào)警電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 避障紅外對(duì)管 1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 方案一： 采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)或關(guān)進(jìn)行控制,通過(guò)開(kāi)關(guān)的切換對(duì)小車的速度進(jìn)行調(diào)整.此方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)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(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到分壓的目的。但電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。更主要的問(wèn)題在于一般的電動(dòng)機(jī)電阻很小，但電流很大，分壓不僅回降低效率，而且實(shí)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(jī)。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，加速能力強(qiáng)，采用由達(dá)林頓管組成的 H型橋式電路(如圖3)。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)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(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，電子管的開(kāi)關(guān)速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，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(guò)載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。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(jī)。 驅(qū)動(dòng)電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)一般采用H橋式驅(qū)動(dòng)電路，L298N內(nèi)部集成了H橋式驅(qū)動(dòng)電路，從而可以采用L298N電路來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。通過(guò)單片機(jī)給予L298N電路PWM信號(hào)來(lái)控制小車的速度，起停。其引腳圖如1，驅(qū)動(dòng)原理圖如圖2。 圖1 L298N引腳圖 圖2電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(duì)超聲波的反射，會(huì)影響系統(tǒng)對(duì)障礙物的判斷。 方案二：采用紅外線避障，利用單片機(jī)來(lái)產(chǎn)生38KHz信號(hào)對(duì)紅外線發(fā)射管進(jìn)行調(diào)制發(fā)射，發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時(shí)候反射回來(lái)，紅外線接收管對(duì)反射回來(lái)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，輸出TTL電平。外界對(duì)紅外信號(hào)的干擾比較小，且易于實(shí)現(xiàn)，價(jià)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(duì)外界紅外線的接收強(qiáng)弱來(lái)判斷障礙物的遠(yuǎn)近，由于紅外線受外界可見(jiàn)光的影響較大，因此用250Hz的信號(hào)對(duì)38KHz的載波進(jìn)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(jī)對(duì)信號(hào)的處理。采用紅外線發(fā)射與接收原理。利用單片機(jī)產(chǎn)生38KHz信號(hào)對(duì)紅外線發(fā)射管進(jìn)行調(diào)制發(fā)射，發(fā)射距離遠(yuǎn)近由RW調(diào)節(jié)，本設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)為10CM左右。發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時(shí)候反射回來(lái)，紅外線接收管對(duì)反射回來(lái)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，輸出TTL電平。利用單片機(jī)的中斷系統(tǒng)，在遇障礙物時(shí)控制電機(jī)并使小車轉(zhuǎn)彎。由于只采用了一組紅外線收發(fā)對(duì)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(duì)管。外界對(duì)紅外信號(hào)的干擾比較小，性價(jià)比高。。調(diào)試時(shí)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(jī)程序解決。發(fā)射信號(hào)強(qiáng)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(jī)械系統(tǒng) 本題目要求小車的機(jī)械系統(tǒng)穩(wěn)定、靈活、簡(jiǎn)單，而三輪運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)具備以上特點(diǎn)。 驅(qū)動(dòng)部分：由于玩具汽車的直流電機(jī)功率較小，而小車上裝有電池、電機(jī)、電子器件等，使得電機(jī)負(fù)擔(dān)較重。為使小車能夠順利啟動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，在直流電機(jī)和輪車軸之間加裝了三級(jí)減速齒輪。 電池的安裝：將電池放置在車體的電機(jī)前后位置，降低車體重心，提高穩(wěn)定性，同時(shí)可增加驅(qū)動(dòng)輪的抓地力，減小輪子空轉(zhuǎn)所引起的誤差。簡(jiǎn)單，而三輪運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)具備以上特點(diǎn)。 4電源模塊 方案一： 采用實(shí)驗(yàn)室有線電源通過(guò)穩(wěn)壓芯片供電，其優(yōu)點(diǎn)是可穩(wěn)定的提供5V電壓，但占用資源過(guò)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(shí)給單片機(jī)與與電機(jī)供電。 方案三：采用8支1.5V電池雙電源分別給單片機(jī)與電機(jī)供電可解決方案二的問(wèn)題且能讓小車完成其功能。 所以，我選擇了方案三來(lái)實(shí)現(xiàn)供電. 5、制作安裝與調(diào)試 5.1 車底板的設(shè)計(jì)制作與安裝 自己設(shè)計(jì)車底板，并制作完成。 采用螺絲將主板與電機(jī)驅(qū)動(dòng)安裝在車體正中。 5．2 小車調(diào)試 通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器器的大小來(lái)調(diào)試紅外對(duì)管的靈敏度，通過(guò)改變延時(shí)程序來(lái)改變速度的大小。