智能小车方案

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时间:2018-10-29

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1、基于光电导航的智能移动测量小车竞赛说明:设计一辆具有光电导航功能的智能车,要求从线路的指定点出发,沿轨道上铺设的“8”字形导航条走完全程。在行走过程中,利用光电技术测景、记录沿途所通过隧道的数目、各段隧道的长度及沿途路边树木的棵数。竞赛规则:1、智能车平台:自选,横向宽度不大于赛道宽度;2、比赛场地:室内体育场,地面颜色为深绿色,赛场面积:15Xllm2;3、赛道:宽0.5m,整体为“8”字形;沿途随机设置一定数量硬质薄板制作的隧道和红色屮华铅笔代表的树木,隧道内表面为黑色。隧道净高50cm,内表面与赛道内缘

2、等宽;沿整个赛道的总树木数不超过20棵;4、赛道中间贴有3cm宽的白色导航胶带。具体要求如下图所示:树木隧道5、竞赛分组采用分区抽签方式确定,同一高校参赛队分配在不同分区;6、导航和测量要采用光电技术,禁用遥控方式或在赛场内自行设置锊能车行驶路线导航标记;7、参赛队小车在赛道中的起终点由裁判随机指定,参赛队可自带起、终点判断标识物;8、要利用贺能车白带的显示器显示出测得的树木数、隧道数和各段隧道的长度。模块一:构建智能车平台我们要构建一个智能小车平台,需要由多个模块组成。导航模块就是我们首先要考虑的一个模块,

3、它对智能车平台具有控制和引导的作用。1、导航模块:在导航模块中,我们将使用反射式光纤敏感元件,这是因为赛道为0.5m深绿色(黑色)宽,中间贴有3cm白色胶带,所以利用白色对光具有较强反射性而选用反射式光纤敏感元件作为探头,例如光纤导航探头。对比与其他导航系统,光纤导航系统具有其无与伦比的优点。光纤导航只需要一个光源,并且远离地面,抗干扰能力很强;光纤导航还具有寿命长,动态范围大,瞬时启动,结构简.中,尺寸小,质量轻等优越的性能,并且具有广阔的发展前景。其优点可以用下图表示:距离地面近,抗干抗能力强1)光电传感

4、器阵列布局参数的确定:光电传感器阵列参数主要管距D(管内侧距离)、管直径d两种参数。如下图所示:■<30mms其中设计参数力:D=20mmd=l〜2mm,终点横向白色胶带宽度W=100mm,长度200mm,为了保险起见,可以采用10〜20个探测器。影响光电传感器阵列参数的主要因素:1、小车行走时要保证至少有一个探测器探测到白色导航胶带;2、比赛规模对车模尺寸的限制;3、终点横向白色胶带的宽度;4、舵机转弯精度。导航光纤传感器探头示意图:光屯二极管阵列2)智能小车导航系统的原理说明:导航光纤探头1、2、3、4、

5、5编号输出光强度V1V2V3V4V5直行:V3=lVl=V2=V4=V5=0右转:Vl=V2=0,V3=V4=1V5=0左转:V1=O,V2=V3=1,V4=V5=0大右转:V1=V2=V3=O,V4=V5=1大左转:V1=V2=1,V3=V4=V5=0小车控制:直流伺服电机,速度与电流(电压)成正比:v=kl,转向:电机1速度-电机2速度电机1电流(电压)=V3+V4+V5电机2电流(电压)=V3+V1+V2其次,我们还需要电机驱动模块来驱动智能车平台。2、电机驱动模块:我们选用伺服电机分别安装在智能车的后

6、面两个轮子上实现车辆移动,用直流电机驱动小车。利用直流驱动电机进行工作,需要通过专用的电路进行驱动。设计直流电机驱动模块有几种方案,由于使用的是永磁式驱动电机,因此智能对电枢电压进行控制来实现电机转速和方向的控制,因此直流电机驱动模块要能方便地实现对输出电压的大小和极性加以控制。可以考虑的方案有一下几种:1)采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度进行调整。这个方案的优点是电路比较简单,缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短可靠性不高;2)采用功率管组成H桥型电机驱动电路,并

7、利用PWM波来实现对输出电压的有效值大小和极性进行控制。这种调速方式具有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大,能承受频繁的负载冲击,能耗小等优点,还可以实现频繁的无级快速启动和反转等优点;3)采用L298专用芯片进行驱动。L298芯片的工作原理和方案二一致,但是其工作时较方案二稳定,且编程较为简单,便于调试。另外L298内部集成了两个H桥,能同时驱动两个电机,硬件实现较方案二简单。基于上述理论分析,拟定方案三,为了防止电机驱动电路对控制模块的影响,采用光电耦合进行隔离。电机驱动电路图如下所示:转向:

8、电机1速度-电机2速度电机1电流(电压)=V3+V4+V5电机2电流(电压)=V3+V1+V2电机1与电机2速度相等则车辆直行,若电机速度1大于电机2的速度发生右转,否则,向左转。驱动电路如不图所示:V3卡卜□-小车结构图如下图所示:3、电源模块:智能小车采用电池供电,因此设计一个合理的电源模块也是必不可少的一个环节。例如,我们可以采用锂电池电源模块设计方案。整个系统由电池组模块、电池管理系统及电池

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