某智能小车详细设计方案

某智能小车详细设计方案

1前言

1.1智能小车的意义和作用

自第一台工业机器人诞生以来,机器人的发展已经遍及机械,电子,冶金,交通,宇航,国防等领域.近年来机器人的智能水平不断提高,并且迅速地改变着人们的生活方式.人们在不断探讨,改造,认识自然的过程中,由此发展起来的智能小车引起了众多学者的广泛关注和极大的兴趣。

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，该技术可以应用于无人驾驶机动车，无人生产线，仓库，服务机器人，航空航天等领域。作为20世纪自动化领域的重大成就，机器人已经和人类社会的生产、生活密不可分。因此为了使智能小车工作在最佳状态，进一步研究及完善其速度和方向的控制是非常有必要的。

智能小车要实现自动寻迹功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物,感知导引线相当给机器人一个视觉功能.避障控制系统是基于自动导引小车(avg—auto-guide vehicle)系统,基于它的智能小车实现自动识别路线,判断并自动避开障碍,选择正确的行进路线.使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作.

该智能小车可以作为机器人的典型代表.它可以分为三大组成部分:传感器检测部分,执行部分,cpu.机器人要实现自动避障功能,还可以扩展循迹等功能,感知导引线和障碍物.可以实现小车自动识别路线,选择正确的行进路线,并检测到障碍物自动躲避.考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当.智能小车的执行部分,是由直流电机来充当的,主要控制小车的行进方向和速度.单片机驱动直流电机一般有两种方案:第一,勿需占用单片机资源,直接选择有pwm功能的单片机,这样可以实现精确调速;第二,可以由软件模拟pwm输出调制,需要占用单片机资源,难以精确调速,但单片机型号的选择余地较大.考虑到实际情况, cpu使用AT89c52单片机,配合软件编程实现.

1.2智能小车的现状

现智能小车发展很快,从智能玩具到其它各行业都有实质成果.其基本可实现循迹,避障,检测贴片,寻光入库,避崖等基本功能,现在大学电子设计大赛智能小车又在向声控系统发展.比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列，我此次的设计主要实现循迹避障通信及遥控功能。

2方案设计与论证

根据题目的要求，确定如下方案：首先设计出小车的基本模形以及传动方案，并在车上加装光电检测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。

这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。

2.1 模块方案比较及论证

根据设计要求，我们的自动避障小车主要由六个模块构成：车体框架、电源及稳压模块、主控模块、探测模块、电机驱动模块组成。 各模块分述如图2-1。

图2-1智能小车总体框图

主控模块 单片机(AT89C52) 自动循迹模块

(传感器CTRT5000) 避障系统 （传感器E18-D80NK ） 无线遥控模块 (pt2262\pt2272)

小车间通讯模块 速度显示模块 (lcd 显示)

电机驱动及运动模块(L298) 上位机通信模块 速度检测模块 (传感器A3144E)

2.2 车体设计

在设计车体框架时，我们有两套起始方案，自己设计画出小车的模型和直接购买玩具电动车改装。

方案一：用现有的小车改装

电动小车价格低廉，有完整的驱动、传动和控制单元，其中传动装置是我们所需的。但玩具电动车采用普通直流电机驱动，带负载能力差，调速方面对程序要求较高。同时，玩具电动车转向依靠前轮电机带动前轮转向完成，精度低，又由于本次毕业设计只是理上研究，和巩固已学过的相关知识，如果购买小车会自带程序和一些图及参数，容易产生惰性。所以购买小车做实物的价值不大，因些我们放弃这一方案。

方案二：自己设计制作车架自己设计小车底盘，用两个直流减速电机作为主动轮，利用两电机的转速差完成直行、左转、右转、左后转、右后转、倒车等动作。减速电机扭矩大，转速较慢，易于控制和调速，符合避障小车的要求。而且自己制作小车框架，可以根据电路板及传感器安装需求设计空间，使得车体美观紧凑。通过pro/e设计相关的的小车模型，以便更直观的看到小车的运动原理和传动方案，所以综上我们选择方案二。如图2-2所示。

图2-2 小车模型设计

2.3 电源及稳压模块

方案一：采用交流电经直流稳压处理后供电

采用交流电提供直流稳压电源，电流驱动能力及电压稳定性最好，且负载对电源影响也最小。由于需要电线对小车供电，极大影响了壁障小车行动的灵活性及地形的适应能力。而且壁障小车极易把拖在地上的电线识别为障碍物，人为增加了不必要的障碍。故我们放弃了这一方案。

方案二：采用蓄电池供电

蓄电池具有较强的电流驱动能力和较好的电压稳定性能，且成本低廉。可采用

蓄电池经7812芯片稳压后给电机供电，再经过降压接7805芯片给单片机及其他逻辑单元供电。但蓄电池体积相对庞大，且重量过大，造成电机负载过大，不适合我们采用的小车车架（玩具电动车车架）。故我们放弃了这一方案。

方案三：采用干电池组进行供电

采用四节干电池降压至5V 后给单片机及其他逻辑单元供电，另取六节干电池为电机及光电开关供电。这样电机启动及制动时的短暂电压干扰不会影响到逻辑单元和单片机的工作。干电池用电池盒封装，体积和重量较小，同时玩具车底座可以安装四节干电池，正好可为单片机及其他逻辑单元供电。在稳压方面，起始时考虑使用7805芯片对6V 的电池电压进行降压稳压。但考虑到这样使得7805芯片消耗大量能量，降低电池寿命；同时，由于at89c52、光电开关、小车电机对于供电电压要求并不苛刻，故我们将6V 电池电压接一个二极管降压后直接给单片机及其他逻辑单元供电。而电机和光电开关的电源不做稳压处理。这样只需在小车遥控上加两个调速按钮，根据电池电量选择合适功率即可，甚至于可直接在软件里设置自动换挡。综合考虑，我们采用方案三，示意图如图2-3所示。

图2-3 电源模块设计 2.4 主控模块

由于智能小车的要求不是很高，主要都是一些简单的控制，at89c52是我们在《单片机原理与应用技术》学习

过的，且价格便宜容易购买，所

以最终我们直接选用了课程主

要介绍的，Atmel 公司的单片机

作为主控模块，如图2-4所示。

AT89C52的主要性能参数

● 与Mcs-51产品指令和

引脚完全兼容。

● 8字节可重擦写FLASH

闪速存储器

图2-4 AT89C52单片机 ● 1000 次擦写周期

● 全静态操作：0HZ-24MHZ

● 三级加密程序存储器

9V 直流电源

直流电机供电

光电开关供电