简易智能电动车.ppt
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简易智能电动车
怀化学院物理与电子信息科学系
简易智能电动车设计
1. 设计任务和要求
简易智能电动车设计
1.2 设计要求 （3）电动车在光源的引导下，通过障碍
1.2.1 基本要求 区进入停车区并到达车库。电动车必须
（1.21.）2 发电挥动部车分从起跑在线两出个发障（碍车物体之不间得通超过过且起不跑得线与）其，接沿触引。 导线到达B点。在“（直4道）区电”动铺车设完的成白上纸述下任沿务引后导应线立埋即有停1车~3， 块（宽1）度电为动15车c在m“、直长但道度全区不程”等行行的驶驶薄时过铁间程片不中。能，电大存动于储车9并检0显测秒到，薄行铁驶片时 时示需每立个即薄发铁出片声（光中指心间示线达信）到息至9，起0秒并跑时实线必时间须存的立储距即、离自显 。动示停在车“。直道区” 检（测2）到电的动薄车铁进片入数停目车。区域后，能进一步准确驶入 （车库2）中电，动要车求到电达动B车点的以车后身进完入全“进弯入道车区库”。，沿圆弧引导线到 达（C3）点停（车也后可，脱能离准圆确弧显引示导电线动到车达全C点程）行。驶C时点间下。埋有边长为
简易智能电动车设计
方案2：超声波测距技术 优点：方向性较强、传输速度V=345m/s，在s≤2m时，T ≤11.6ms，远大于MCU的机器周期，便于逻辑判断。 因此采用方案2。其原理框图如下：
M
C
40kHz 脉冲
U
发射器 超声波 接收器
应用MCU发射和接收超声波传感器信号的框图
简易智能电动车设计
1（54c）m其的它正。方形薄铁片，要求电动车到达C点检测到薄铁片后 在C点处停车5秒，停车期间发出断续的声光信息。
简易智能电动车设计
1.2.3 题目分析
对题目进行充分的分析和思考，将其中的目标、任务、指标归纳如下：
一、目标
设计制作一个智能小车，具有循线、金属检测、避障、寻光入库等功能。
二、任务
1.进行循线行进，包括直行和弧形，并要检测线下安装的金属块。 2.避障，且障碍物的摆设不固定。 3.寻光源入库。 4.路程计算。
方案3：采用嵌入式处理器（ARM)方案。 优点：运算功能强大，嵌速入度式较处快理，器编AR程M灵活，自由度大，
外围器件少，成本适中，容易实现仿真、调试和功能扩展。
缺点：PCB设计显模示块及焊接技术要状志态模求标块高。
电机驱 动模块
本设计可采也用此方案，取决于对相关技术的熟悉程度。 嵌入式处理器控制的原理框图
2.2 系统基本方案
金属探 测模块
路面探 测模块
光源探 测模块
障碍物探 测模块
控制器模块
路程测 量模块
电机驱 动模块
计时显 示模块
状态标 志模块
简易智能电动车设计
2.2 各模块方案的选择和论证
2.2.1 控制器模块
作用：各传感器信号的接收和辨认，控制小车的电机动作、 显示车速、运行时间以及小车停车时发出的声光信号等。
2.2 各模块方案的选择和论证
2.2.3 障碍物探测模块 作用：判断前进方向是否有障碍物，并确定小车与障碍物 的距离。 方案1：激光测距技术 优点：方向性强、亮度高、单色性好、传输速度快、抗干 扰性强、测量精度高，反映速度快等。 缺点：小车与障碍物的距离短最大不超过2m，而激光以光 速传播导致检测技术上的困难。
态A
B
C
光源与车之间的位置
小车动作
1作用：0 引导小0车朝光源0 行驶，使小非车常远具有跟踪光源的－功能。
缺点：速显模度示块相对较低。
状态标 志模块
பைடு நூலகம்
电机驱 动模块
本设计拟采用此方案。 单片机控制的原理框图
简易智能电动车设计
2.2 各模块方案的选择和论证
2.2.1 控制器模块
作用：各传金感属器探信号计时的显接收路和程测辨认障，碍控物探制小光车源的探 电路机面动探作、 显示车速、测运模行块时间示模以块及小量车模块停车测时模发块出的测声模光块 信测号模等块。
三、指标
1.检测出所有的金属块，以及他们的位置。 2.顺利避障，不应碰撞障碍物，尽可能不刮擦障碍物。 3.顺利入库，车体停放于车库黑线之内。 4.总耗时不超过90s，并尽可能减少耗时。
简易智能电动车设计
2. 系统方案选择和论证 2.1 系统设计流程
由题意可以得知整个 系统运作流程大致如下：
简易智能电动车设计
2.2 各模块方案的选择和论证
2.2.4 行程测量模块 作用：测量小车从启动到任意时刻所走的路程。 测量原理：S=n×C （S为行程，C为车轮周长，n 为圈数） n可以用透射式或反射式光电传感器获得计数脉冲。
简易智能电动车设计
2.2 各模块方案的选择和论证
2.2.5 路面轨迹探测模块
传感器
作用：实现小车跟踪黑色轨小道车行状使态。
方案1：采用热探测器
脱离导引线
优点：电路简单。
正常行驶
缺点：易受外界干扰。
轻微偏左
方案2：采用红外光电探测器 严重偏左
优点：抗干扰能力较强。
轻微偏右
缺点：结构较复杂，需2～3对传感严器重。偏右
321
000 010 011 001 110 100
简易智能电动车设计
2.2 各模块方案的选择和论证
状2.2.二3 极光管源探二测极模管块二极管
方案1：采用FPGA或CPLD作为系统的控制器。 优点：可以实现复杂逻辑功能，规模大，速度快，密度高，
体积小，稳定性高，容易实现仿真、调试和功能扩展。
缺点：成本高，引脚多，PCB布线复杂。 本设计对数据的处理要求不高，此方案的优势得不到充分 体现。
简易智能电动车设计
2.2 各模块方案的选择和论证
2.2.1 控制器模块
简易智能电动车设计
2.2 各模块方案的选择和论证
2.2.2 金属探测模块
作用：跑道中金属块的探测。
金属探测原理：采用电涡流式传感器，利用电涡流对L、Q、 Z的影响探测金属。
测量电路：Q值测量电路，Z测量电路，L测量电路
本设计选择电感测量电路。
正弦波
方波
LC振荡回路
整形比较电路
金属传感器原理框图
简易智能电动车设计
作用：各传金感属探器信计号时的显接收路和程测辨认，障控碍制物小探 车光的源电探机动路面作探、 显示车速、测运模块行时示间模以块及小量车模块停车时发测模出块的声测光模信块号等测模。块
方案2：采用CPU（51MCU)方案。 优点：算术运算M功CU能1强，软件编程灵活，自MC由U度2 大，技术
成熟，体积小，成本低，容易实现仿真、调试和功能扩展。
怀化学院物理与电子信息科学系
简易智能电动车设计
1. 设计任务和要求
简易智能电动车设计
1.2 设计要求 （3）电动车在光源的引导下，通过障碍
1.2.1 基本要求 区进入停车区并到达车库。电动车必须
（1.21.）2 发电挥动部车分从起跑在线两出个发障（碍车物体之不间得通超过过且起不跑得线与）其，接沿触引。 导线到达B点。在“（直4道）区电”动铺车设完的成白上纸述下任沿务引后导应线立埋即有停1车~3， 块（宽1）度电为动15车c在m“、直长但道度全区不程”等行行的驶驶薄时过铁间程片不中。能，电大存动于储车9并检0显测秒到，薄行铁驶片时 时示需每立个即薄发铁出片声（光中指心间示线达信）到息至9，起0秒并跑时实线必时间须存的立储距即、离自显 。动示停在车“。直道区” 检（测2）到电的动薄车铁进片入数停目车。区域后，能进一步准确驶入 （车库2）中电，动要车求到电达动B车点的以车后身进完入全“进弯入道车区库”。，沿圆弧引导线到 达（C3）点停（车也后可，脱能离准圆确弧显引示导电线动到车达全C点程）行。驶C时点间下。埋有边长为
简易智能电动车设计
方案2：超声波测距技术 优点：方向性较强、传输速度V=345m/s，在s≤2m时，T ≤11.6ms，远大于MCU的机器周期，便于逻辑判断。 因此采用方案2。其原理框图如下：
M
C
40kHz 脉冲
U
发射器 超声波 接收器
应用MCU发射和接收超声波传感器信号的框图
简易智能电动车设计
1（54c）m其的它正。方形薄铁片，要求电动车到达C点检测到薄铁片后 在C点处停车5秒，停车期间发出断续的声光信息。
简易智能电动车设计
1.2.3 题目分析
对题目进行充分的分析和思考，将其中的目标、任务、指标归纳如下：
一、目标
设计制作一个智能小车，具有循线、金属检测、避障、寻光入库等功能。
二、任务
1.进行循线行进，包括直行和弧形，并要检测线下安装的金属块。 2.避障，且障碍物的摆设不固定。 3.寻光源入库。 4.路程计算。
方案3：采用嵌入式处理器（ARM)方案。 优点：运算功能强大，嵌速入度式较处快理，器编AR程M灵活，自由度大，
外围器件少，成本适中，容易实现仿真、调试和功能扩展。
缺点：PCB设计显模示块及焊接技术要状志态模求标块高。
电机驱 动模块
本设计可采也用此方案，取决于对相关技术的熟悉程度。 嵌入式处理器控制的原理框图
2.2 系统基本方案
金属探 测模块
路面探 测模块
光源探 测模块
障碍物探 测模块
控制器模块
路程测 量模块
电机驱 动模块
计时显 示模块
状态标 志模块
简易智能电动车设计
2.2 各模块方案的选择和论证
2.2.1 控制器模块
作用：各传感器信号的接收和辨认，控制小车的电机动作、 显示车速、运行时间以及小车停车时发出的声光信号等。
2.2 各模块方案的选择和论证
2.2.3 障碍物探测模块 作用：判断前进方向是否有障碍物，并确定小车与障碍物 的距离。 方案1：激光测距技术 优点：方向性强、亮度高、单色性好、传输速度快、抗干 扰性强、测量精度高，反映速度快等。 缺点：小车与障碍物的距离短最大不超过2m，而激光以光 速传播导致检测技术上的困难。
态A
B
C
光源与车之间的位置
小车动作
1作用：0 引导小0车朝光源0 行驶，使小非车常远具有跟踪光源的－功能。
缺点：速显模度示块相对较低。
状态标 志模块
பைடு நூலகம்
电机驱 动模块
本设计拟采用此方案。 单片机控制的原理框图
简易智能电动车设计
2.2 各模块方案的选择和论证
2.2.1 控制器模块
作用：各传金感属器探信号计时的显接收路和程测辨认障，碍控物探制小光车源的探 电路机面动探作、 显示车速、测运模行块时间示模以块及小量车模块停车测时模发块出的测声模光块 信测号模等块。
三、指标
1.检测出所有的金属块，以及他们的位置。 2.顺利避障，不应碰撞障碍物，尽可能不刮擦障碍物。 3.顺利入库，车体停放于车库黑线之内。 4.总耗时不超过90s，并尽可能减少耗时。
简易智能电动车设计
2. 系统方案选择和论证 2.1 系统设计流程
由题意可以得知整个 系统运作流程大致如下：
简易智能电动车设计
2.2 各模块方案的选择和论证
2.2.4 行程测量模块 作用：测量小车从启动到任意时刻所走的路程。 测量原理：S=n×C （S为行程，C为车轮周长，n 为圈数） n可以用透射式或反射式光电传感器获得计数脉冲。
简易智能电动车设计
2.2 各模块方案的选择和论证
2.2.5 路面轨迹探测模块
传感器
作用：实现小车跟踪黑色轨小道车行状使态。
方案1：采用热探测器
脱离导引线
优点：电路简单。
正常行驶
缺点：易受外界干扰。
轻微偏左
方案2：采用红外光电探测器 严重偏左
优点：抗干扰能力较强。
轻微偏右
缺点：结构较复杂，需2～3对传感严器重。偏右
321
000 010 011 001 110 100
简易智能电动车设计
2.2 各模块方案的选择和论证
状2.2.二3 极光管源探二测极模管块二极管
方案1：采用FPGA或CPLD作为系统的控制器。 优点：可以实现复杂逻辑功能，规模大，速度快，密度高，
体积小，稳定性高，容易实现仿真、调试和功能扩展。
缺点：成本高，引脚多，PCB布线复杂。 本设计对数据的处理要求不高，此方案的优势得不到充分 体现。
简易智能电动车设计
2.2 各模块方案的选择和论证
2.2.1 控制器模块
简易智能电动车设计
2.2 各模块方案的选择和论证
2.2.2 金属探测模块
作用：跑道中金属块的探测。
金属探测原理：采用电涡流式传感器，利用电涡流对L、Q、 Z的影响探测金属。
测量电路：Q值测量电路，Z测量电路，L测量电路
本设计选择电感测量电路。
正弦波
方波
LC振荡回路
整形比较电路
金属传感器原理框图
简易智能电动车设计
作用：各传金感属探器信计号时的显接收路和程测辨认，障控碍制物小探 车光的源电探机动路面作探、 显示车速、测运模块行时示间模以块及小量车模块停车时发测模出块的声测光模信块号等测模。块
方案2：采用CPU（51MCU)方案。 优点：算术运算M功CU能1强，软件编程灵活，自MC由U度2 大，技术
成熟，体积小，成本低，容易实现仿真、调试和功能扩展。