智能尋光避障小車設(shè)計(jì)論

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1、2015年吉林化工學(xué)院電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽智能尋光避障小車參賽隊(duì)員：劉立民李宏達(dá)張陣雨指導(dǎo)教師：于軍吉林化工學(xué)院JilinInstituteofChemicalTechnology摘要本作品智能尋光避障小車實(shí)現(xiàn)了可以從發(fā)車區(qū)出發(fā)，并自動(dòng)進(jìn)入光源區(qū)尋找光源，在尋找光源前進(jìn)的過(guò)程中可以自動(dòng)避開障礙物的干擾，找到光源并可以自動(dòng)啟動(dòng)制動(dòng)裝置停車；停車后還可以自動(dòng)開啟車前閃爍燈光，并根據(jù)燈光的閃爍頻率，開啟同頻智能報(bào)警。在智能尋光、避障的過(guò)程中利用了安裝在車前角的光電開關(guān)的檢測(cè)，使小車可以成功的避開前進(jìn)過(guò)程中遇到的障礙物；利

2、用了安裝在車上部的光敏二極管的檢測(cè)，保證了小車的前進(jìn)方向。關(guān)鍵詞：尋找光源避開障礙I摘要I2.3各模塊方案的選擇42.3.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊42.3.2障礙檢測(cè)模塊52.3.3光源檢測(cè)模塊5第3章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)63.1主程序流程圖6第4章測(cè)第1章方案選擇與論證11.1車體設(shè)計(jì)與論證11.2系統(tǒng)控制基本方案11.3各模塊方案的選擇21.3.1電機(jī)與驅(qū)動(dòng)模塊的選擇21.3.2障礙檢測(cè)21.3.3光源檢測(cè)3第2章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)42.1系統(tǒng)硬件的基本組成部分42.2控制器部分4試結(jié)果與總結(jié)74.1測(cè)試方法74.2測(cè)試儀

3、器74.3測(cè)試結(jié)果74.4整車測(cè)試84.5總結(jié)8I第1章方案選擇與論證1.1車體設(shè)計(jì)與論證方案一：選擇市場(chǎng)現(xiàn)成的玩具車改裝，那種玩具車車體設(shè)計(jì)合理，各個(gè)部分的安裝都堅(jiān)實(shí)可靠，但是，缺點(diǎn)是該玩具車的車體車型都是固定的，要加上自定義的裝置，限制較大。方案二：選擇自己制作的小車，雖然自己做的小車功能實(shí)現(xiàn)上沒(méi)有市場(chǎng)上的玩具車那樣好，但是自己制作的的小車的車型可以自己設(shè)定，這樣可以配合硬件的部分合理的裝配。綜合考慮，選擇方案二比較好。1.2系統(tǒng)控制基本方案整體設(shè)計(jì)框圖電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器STC89C52障礙檢測(cè)光源檢測(cè)尋光

4、本系統(tǒng)采用ASTC89C52作為系統(tǒng)控制器，它運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、成本低、體積小、技術(shù)成熟、引腳較少，實(shí)物硬件布線較簡(jiǎn)單，因此，控制其他模塊時(shí)操作簡(jiǎn)單，編程也相對(duì)簡(jiǎn)單。-7-1.3各模塊方案的選擇1.3.1電機(jī)與驅(qū)動(dòng)模塊的選擇方案一：采用減速小型直流電機(jī)。減速直流電機(jī)控制精度很低，雖不能準(zhǔn)確控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，但可控制電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、不轉(zhuǎn)等動(dòng)作，速度均勻性好。這已足夠我們控制小車前進(jìn)、拐彎、后退等簡(jiǎn)單工作，且控制簡(jiǎn)單，電源要求低，易于實(shí)現(xiàn)。方案

5、二：采用專用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及與其配套的步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，用這種方案的控制精度（可控制角度）、效率和可靠性都很高，但價(jià)格過(guò)高、重量大、占用口資源多且控制復(fù)雜對(duì)電源要求也高，故被我們排除了。通過(guò)以上對(duì)比，我們選擇使用普通直流電機(jī)。驅(qū)動(dòng)部分，采用專用芯片L293D作為電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)芯片。L293D是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它相應(yīng)頻率高，一片L293D可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。1.3.2障礙檢測(cè)方案一：光電開關(guān)的檢測(cè)

6、距離長(zhǎng)與接近開關(guān)等比較，光電開關(guān)的檢測(cè)距離非常長(zhǎng)，且是無(wú)接觸式的，所以不會(huì)損傷檢測(cè)物體，也不受檢測(cè)物體的影響。并且采用對(duì)檢測(cè)對(duì)象的表面進(jìn)行反射及光透過(guò)方式，不像接近開關(guān)只能對(duì)金屬，還能對(duì)玻璃、塑料、木制物體、液體等各種物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。與接近開關(guān)同樣，由于無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，所以能對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的物體進(jìn)行檢測(cè)。鏡頭免受污染后，光會(huì)散射或被遮光，所以在有活水蒸汽、塵土等較多的環(huán)境下使用的場(chǎng)合，需施加適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)裝置。幾乎不受一般照明光的影響，但像太陽(yáng)光那樣的強(qiáng)光直接照射受光體時(shí)，會(huì)造成誤動(dòng)作或損壞。方案二：超聲波模塊采用現(xiàn)成的

7、ＨＣ－ＳＲ０４超聲波模塊，該模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)高到3mm。模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路?；竟ぷ髟恚翰捎肐O口TRIG觸發(fā)測(cè)距，給至少10us的高電平信號(hào);模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40khz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回；有信號(hào)返回，通過(guò)IO口ECHO輸出一個(gè)高電平，高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。測(cè)試距離=(高電平時(shí)間*聲速(340M/S))/2。比較之下，我們采用方案一。-7-1.3.3光源檢測(cè)光源探測(cè)模塊是本設(shè)計(jì)中比較重要的一部分，因?yàn)橐?/p>

8、實(shí)現(xiàn)智能小車前進(jìn)，必須先找到光源，這樣才能決定小車的前進(jìn)路線。該模塊若處理不當(dāng)直接會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)的失敗，找不到光源就無(wú)法完成任務(wù)。方案一：光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的,其管芯是一個(gè)具有光敏特征的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦裕虼斯ぷ鲿r(shí)需加上反向電壓。無(wú)光照時(shí),有很小的飽和反向漏電流,即暗電流，此時(shí)光敏二極管截止。當(dāng)受到光照時(shí),飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強(qiáng)度的變化