简易智能电动车的设计毕业设计

毕业设计

题目：简易智能电动车的设计

专业机电一体化

班级

姓名

指导教师

目录

第一部分设计任务与调研 (3)

第二部分设计说明 (5)

第三部分设计成果 (10)

第四部分结束语 (16)

第五部分致谢 (17)

第六部分参考文献 (18)

第一部分设计任务与调研

1、毕业设计的主要任务

本设计的主要任务为在如图1-1所示的行驶路线图中完成如下任务：

①电动车从起跑线出发（车体不得超过起跑线）、沿宽度为2cm的黑色引导线到达B点。在“直道区”铺设的白纸下沿引导线埋有1~3块宽度为15cm、长度不等的薄铁片。电动车检测到薄铁片时，立即发出声光指示信息，并实时存储、显示在“直道区”检测到的薄铁片数目。

②电动车到达B点后进入“弯道区”，沿圆弧引导线到达C点（也可脱离圆弧引导线到达C点）。C点下埋有边长为15cm的正方形薄铁片，要求电动车到达C点检测到薄铁片后在C处停车5秒，停车期间发出断续的声光信息。

③电动车在光源的引导下，通过障碍区进入停车区并到达车库。电动车必须在两个障碍物之间通过且不得与其接触。

④电动车完成上述任务后立即停车，全程不得超过90秒，行驶时间达到90秒时立即自动停车。

跑

图1-1 智能电动车行驶路线示意图

2、研究意义

智能小车，也就是轮式机器人，最适合在那些人类无法工作的环境中工作，该技术可应用于无人驾驶机动车，无人生产线，仓库，服务机器人等领域。以下列举了机器人的一些应用，所有这些用途正逐步渗入到工业和社会的各个层面。

在产品检测方面，对零部件、线路板及其它类似产品的检测是机器人比较常见的应用。一般来说，监测系统中还集成有其它一些设备，他们是视觉系统、X 射线装置、超声波探测仪或其它类似仪器。

在瓦斯、地压检测方面，瓦斯和冲击地压是井下作业中的两个不安全的自然因素，一旦发生突然事故，是相当危险和严重的。但瓦斯和冲击地压在形成突发事故前，都会表现出种种迹象，如岩石破裂等。采用带有专用新型传感器的移动式机器人连续监视采矿状态，以便及早发现事故突发先兆，采取相应的预防措施。

在智能轮椅领域，随着社会的发展和人类文明程度的提高，人们特别是残疾人愈来愈需要运用现代高新科技技术来改善他们的生活质量和生活自由度。智能轮椅主要有口令识别与语音合成、机器人自动定位、动态随机避障、多传感器信息融合、实时自适应导航控制功能。用于帮助残障人行走。

在危险环境下，机器人非常适合在危险的环境中使用。在这些险恶的环境下工作，人类必须采取严密的保护措施。而机器人可以进入或穿过这些危险区域进行维护和探测工作，而且不需要得到像对待人一样的保护。

在智能车辆领域，智能小车自动行驶功能的研究将有助于智能车辆的研究。特别能够对人类的汽车交通带来巨大的影响，在改进道路交通安全方面提供了新的解决途径。汽车交通是世界上交通事故发生最多的交通工具，而对于避障智能小车而言，小车在遇到人或者其他障碍物时，可发出声光警告提前预警，提醒司机，从而减少交通事故的发生。因此研究智能小车有利于减少交通事故的发生。

对于探索型智能小车而言，它可以代替人们在恶劣的环境下执行任务。智能小车在探索未知的事物，特别是对于探索太空其他星球而言，智能小车具备有人类不具备的优势：智能小车适应环境能力非常强，可以在恶劣的环境下工作，如在无氧，高温，低温，高压，强辐射等恶劣的环境下。这是人类无法适从的。所以研究智能小车是很有必要的。当然要使智能小车更完美就需要人类制造更先进传感器，制造出更先进的处理器，编写更合理的程序，这对我们来说是一个挑战。

第二部分设计说明

1、整体方案设计

本设计为简易智能电动车，包括单片机最小系统、红外避障模块、红外循迹模块、寻光模块、电机驱动模块、电源模块，声光报警模块。小车能根据传感器采集到的信号经单片机编程处理后，从而实现对小车的智能控制。系统整体框图如图2-1所示。

图2-1 系统总体框图

2、方案选择与电路设计

2.1 线路跟踪电路

方案一：采用CCD单色摄像头，配计算机主板及图像采集卡。对白背景下，黑线的识别，目前做的比较成熟，效果相当好。但成本高，很难找到合适的载体。

方案二：采用颜色传感器。目前颜色传感器的应用，越来越广泛，效果也可以。但几百元的价格及相对复杂的处理电路，并且还需要光源，所以也不是一个很好的选择。

方案三：采用一左一右两个红外发射接收对管。该传感器不但价格便宜，容易购买，而且处理电路（如图2-2所示），简单易行，实际使用效果很好，能很顺利地引导小车到达C点。

在该电路中，加比较器LM311的目的，是使模拟量转化为开关量，便于处理。为使发射有一定的功率，发射回路要求不小于20mA的电流。

根据 mA R I 201

7

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，故可选择R1=150Ω。 启动时，小车跨骑在黑线上。两个红外发射接收对管，分别安装在黑线的两侧的白色区域，输出为低电压，当走偏，位于黑线上时，输出为高电压。因黑线较窄（2cm ），为及时调整车的方向，选择比较器的阀值为 2.5v ，即黑白相间的位置，即开始调整。实验表明，效果较理想

图2-2 红外发射接收对管处理电路

2.2 避障电路

方案一：采用激光传感器测距。能非常准确地测出小车与障碍物的距离，但价格也高，处理复杂，不符合我们的要求。

方案二：采用超声传感器。进口的超声传感器，换能器薄，并且带处理电路，输出与距离成比例的模拟信号，通过AD 转换，可获得距离信息，价格贵。也有一些较简单的超声传感器及处理电路，能输出开关量信息，价格也不贵，是一个好的选择，但由于没买到现成的处理电路，平常又没有做过这种电路，时间紧，故未采用。

方案三：采用左右两个红外传感器。红外传感器，是目前使用比较普遍的一种避障传感器，其处理电路如图2-3所示，通过调节R23、R24两个电位器，可调节两个红外传感器的检测距离为10—80cm ，开关量输出（TTL 电平），简单、可靠。我们采用这种电路，能可靠地检测左前方、右前方、前方的障碍情况，为成功避障提供了保证。