自動追光避障小車.doc

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1、自動追光自動避障電動小車摘要本設計基于STC89C52單片機為控制器，設計實現(xiàn)了一個帶有自動尋光、自動避障、自動追光太陽能充電系統(tǒng)的電動小車。本系統(tǒng)包含控制器、步進電機及驅動、小車尋光、超聲波避障、太陽能板充電以及太陽能板自動追光等模塊。該自動追光自動避障電動小車能夠在2m*2m的場地自動尋找光源前進，在無白熾光光源情況下，小車可沿自然光源方向前進；利用超聲波檢測前方多個障礙物并能繞道前行；在到達光源一定位置后，小車能夠停止前進；車上太陽能板能夠自動追光并始終對準光源并給鋰電池充電，且有LED燈顯示充電狀態(tài)；小車能在規(guī)定的時間跑完全程并能自行停止。整個系統(tǒng)實現(xiàn)了全部功能要求，運行穩(wěn)定

2、。關鍵詞：STC89C52步進電機尋光避障太陽能板1．引言隨著生產(chǎn)自動化、環(huán)保的發(fā)展需要，電動車、太陽能已經(jīng)越來越廣泛地應用到實際中。隨著科學技術的發(fā)展，電動車的傳感器種類也越來越多，其中紅外傳感器、超聲波傳感器已經(jīng)成為自動行走和避障的重要部件；太陽能技術也漸漸地進入人類的生活。設計小車必須能夠在2m×2m的場地自動尋找光源前進；能夠檢測前方多個障礙物并能繞道前行；車上太陽能板能夠自動追光始終對準光源并給鋰電池充電，且有顯示充電狀態(tài)；小車能在規(guī)定的時間跑完全程并能自行停止。為實現(xiàn)設計要求，電動小車必須由多種多個傳感器控制完成，尋光、避障傳感器的選擇及電路設計是本設計的關鍵，而實際的檢

3、測對此類的傳感器的要求較高，怎樣避免和解決上述問題也是本次設計的難點。因此，本設計將圍繞這些方面展開。系統(tǒng)的設計框圖如圖1所示。電機驅動避障電路尋光電路控制器太陽能充電電路太陽能追光電路AD采樣電路圖1電動小車系統(tǒng)框圖本設計電動小車由直流電機驅動后輪前行，通過車頭兩側的光敏電阻尋找光源，在遇到路障時通過超聲波傳感器電路能夠檢測障礙并繞道繼續(xù)尋光前進。在小車行進過程中，由車前側的兩個光敏電阻追蹤光源，通過轉動步進電機控制太陽能板旋轉，并面對光源給蓄電池充電。在整個過程中，控制器控制各模塊的協(xié)調(diào)運行。2方案的設計2.1方案的比較與選擇2.1.1下車尋光、太陽能板追光模塊方案一：采用發(fā)光二

4、極管方案。該方案在實際使用時，容易受到外界光源的干擾，有時甚至檢測不到。主要是因為可見光的反射效果跟地表的平坦程度、地表材料的反射情況都有直接關系。雖然可采取超高亮度發(fā)光二極管降低一定的干擾，但這又增加額外的功率損耗。方案二：采用光敏電阻追光，該設計采用的光源是白熾燈，白熾燈是在照明的時候能夠產(chǎn)生大量的熱量，我們可以利用該特性，采用熱敏電阻制作一個停車模塊。熱敏電阻的阻值能夠隨著周圍熱的不同而改變，然后通過比較器控制小車靠近光源時自動停車?？紤]到光敏電阻的靈敏度較高，價格便宜，電路較簡單，結合實際的應用環(huán)境，因此我們采用方案二。2.1.2避障模塊方案一：用超聲波傳感器進行避障。超聲波

5、傳感器的原理是：超聲波由壓電陶瓷超聲波傳感器發(fā)出后，遇到障礙物便反射回來，再被超聲波傳感器接收。超聲波傳感器在避障的設計中應用廣泛。方案二：用漫反射式光電開關進行避障。光電開關的工作原理是根據(jù)光線發(fā)射頭發(fā)出的光束，被物體反射，其接收電路據(jù)此做出判斷反應，物體對紅外光由同步回路選通而檢測物體的有無。當有光線反射回來時，輸出低電平。當沒有光線反射回來時，輸出高電平?？紤]到本系統(tǒng)需要迎光檢測障礙物，環(huán)境復雜。白熾燈對光電開關的接收干擾較大，為了使用方便，便于操作和調(diào)試，系統(tǒng)最終選擇了方案一。2.1.3電機模塊方案一：采用直流電機。直流電機具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)整圍廣；過載能

6、力強，能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的無極快速啟動、制動和反轉；能滿足生產(chǎn)自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求。方案二：采用步進電機。采用步進電機作為該系統(tǒng)的驅動電機。由于其轉過的角度可以精確的定位，可以實現(xiàn)小車前進路程和位置的精確定位。但是，步進電機的輸出力矩較低，隨轉速的升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，其轉速較低，不適合于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)?；谝陨戏治?，選擇方案一。2.2硬件模塊設計2.2.1小車尋光電路為了達到準確的尋找光源，電路采用光敏電阻來尋光。當小車在行進中，我們考慮到光源的固定位置，且有障礙物的影響，進而在小車的頭部位置左、右、兩側放置兩個光敏電阻。光敏電

7、阻接收到光源發(fā)出的光源時，單片機可直接對接收到的信號進行判斷是否檢測到光源，并通過對檢測到的信號進行處理來決定小車的運動方向。2.2.2避障電路超聲波傳感器有發(fā)送器和接收器，它是利用壓電效應的原理將電能和超聲波相互轉化。超聲波測距的原理一般采用渡越時間法，首先測出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時間，再乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物的距離。超聲波傳感器具有測量一定的測量圍，一般從幾厘米到幾米不等。本系統(tǒng)采用專門的超聲波傳感器集成模塊（實物圖見