毕业设计（论文）：智能小车设计

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1、目录一、智能小车硬件系统设计11.1智能小车的车体结构选择11.2智能小车控制系统方案21.3电源系统设计31.4障碍物检测模块31.4.1超声波传感器41.5电机驱动模块51.5.1驱动电机的选择51.5.2转速控制方法51.5.3电机驱动模块71.6速度检测模块91.6.1增量式光电编码器的工作原理91.6.2电机转速检测方法101.7通信扩展模块111.7.1蓝牙透传模块111.8硬件设计中注意的问题12二、控制系统软件设计132.1系统程序设计132.1.1系统总体框图142.1.2障碍物探测模块程序设计142.1.3电机驱动模块程序设计15

2、2.1.4速度检测模块程序设计152.1.5寻迹模块程序设计18一、智能小车硬件系统设计1.1智能小车的车体结构选择目前常用的移动机器人运行机构的方式有轮式、履带式、腿式以及上述几种方式的结合。轮式和履带式机器人适合于条件较好的路面，而腿式步行机器人则适合于条件较差的路面。为了适应各种路面的情况，可采用轮、腿、履带并用。在各种实用的移动机器人中以轮式机器人(Wheeledmobilerobot，WMR)最为常见，它具有悠久的历史，在机械设计上非常成熟。本文中智能小车的设计思想是作为在路面环境较好的场合中工作的机器人使用，所以采用轮式机器人。机器人车体

3、由车架、蓄电池、直流电机、减速器、车轮等组成，它是整个小车的基础部分。从轮式移动机器人的车轮个数来说，常用的为三轮或四轮，更多轮的机器人则多见于可变构形的移动机器人应用。四轮机构在稳定性方面强于三轮机构。而一般轮式移动机器人转向装置的结构通常有两种方式，第一种方式是使用舵机转向，在此方式下前轮是自由轮，后轮是驱动轮，使用一个电机进行驱动，转向使用舵机控制转向轮(前轮)实现；另外一种方式使用差动控制转向，与舵机转向相同的是，后轮是驱动轮，但左、右轮使用独立的电机驱动，前轮为自由轮，转向通过控制左右驱动轮速度的方式实现。综合考虑到智能小车承载能力、稳定性

4、以及转向精度的要求，系统采用了四轮差动转向式，其中后部两轮为驱动轮，前部两轮为随动万向轮。1.2智能小车控制系统方案在整个智能小车系统的总体设计之中，控制系统是最重要的，它是整个系统的灵魂。控制系统的先进与否，直接关系到整个机器人系统智能化水平的高低。机器人的各种功能都在控制系统的统一协调前提下实现，控制系统设计的策略也决定了整个机器人系统的功能特点及其可扩展性。本次设计的智能小车控制系统，具备了障碍物检测、自主定位、自主避障、PWM电机驱动、CAN总线通信、无线通信等一系列功能。根据上述所提及的智能小车的功能要求，课题研究的控制系统主要包括：电源模

5、块、微控制器模块、障碍检测模块、电机驱动模块、速度检测模块、通讯扩展模块等部分。系统总体框图如图1.1所示。具体设计过程中，各模块硬件以及软件部分力求相对独立，为日后的更新和后续升级提供便利。图1.1控制系统框图在各个模块中，各模块功能划分如下：电源模块负责整个控制系统各部分的电源供给。包括驱动电机所需的12V电源和主控制器系统所需的5V和3．3V电源；微控制器模块作为控制系统的核心，主要进行各种信息采集、数据处理，协调系统中各功能模块完成预定的任务；障碍物检测模块它由超声波传感器和红外光电传感器对机器人运动过程中的障碍物进行检测，然后传送相应信号给

6、主控制器处理；电机驱动模块负责机器人左右轮的独立驱动，主要使用主控制器内置的PWM输出单元和电机驱动芯片配合，实现左右轮的差速控制；速度检测模块负责测量左右轮的实时转速，主要通过光电编码器和主控制器内部计数器配合检测车轮实时转速；通信扩展模块主要分为有线和无线两部分，有线通信模块是上位机通讯；无线通信模块由主控制器通过串行接口USART与蓝牙透传模块之间进行通讯。1.3电源系统设计本课题设计的智能小车，能耗主要为控制电路和电机驱动电路两部分。主控制器电源为+5V，而电机驱动芯片293D所需电源也为+5V，电机驱动所需电源为+5v，故可选择+5V为系统

7、的主电源。设计选用6节1.2V容量为4500mAh的锂电池串联作为系统的供电电源。1.4障碍物检测模块障碍物检测是智能小车导航研究中很重要的一个部分。在小车实际运行中，传感器相当于小车的“眼睛"，必须得到障碍物及其距离的信息，才能相应的规划自动避障导航算法。目前用于障碍物检测的传感器主要有超声波传感器、红外光电传感器和激光测距仪等。激光测距一般通过量测激光在发射点和目标点之间的传输时间来计算得到距离，它的原理和结构相对简单，但价格高。超声波测距是通过测量超声波从发射到遇到障物反射到被接收这整个过程中的时间差来确定距离，超声波传感器使用比较方便且价格便

8、宜，具有信息处理简单，实时性强和价格低廉等特点，但实际使用中由于超声波发射束角过大，方向性差，只能得到障碍物