智能循线避障小车设计报告.docx

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1、智能循线避障小车智能循线避障小车设计报告指导教师：王建校金印彬设计者：张源杨文龙张炜2009年5月23日17智能循线避障小车智能循线避障小车摘要：本文阐述了智能循线避障小车从机械结构设计到电路设计直至程序设计的整个过程，课题涉及传感器电路设计、直流减速电动机的控制（PWM）以及ARM7芯片的程序设计。循线避障小车可以实现循线和避障双重功能，通过反射式红外光电传感器，可以实现对于地面上颜色反差较大的线条的循行。同时也能够通过光电传感器的作用，避开前进方向上的障碍物。实验结果表明，智能循线避障小车能够实现沿着地面上

2、的黑线循进，判断障碍物设置情形从而实现大角度转弯。关键字：循线、避障、红外探测、PWM调速1前言1.1课题描述循线避障机器人能够沿着地面上的黑线循进，判断并实现大角度转弯。同时可以通过红外传感器探测行进及左右方向上的障碍物，并相应的在绕过障碍物后回到黑线上继续循进。同时，通过对障碍物信息进行编码能够实现绕过较为复杂的障碍物。为了将循线避障小车做成一个机器人实验平台方便以后使用或改进，课题设计的过程始终坚持模块化的原则——电路尽量做到模块化分组，模块与模块之间通过接插线联系1.2课题任务1）选择合适的机械材料，设

3、计出合理的车身结构；2）设计出实现循线和避障功能的电路并分不同模块进行调试；3）编写程序并分步调试，实现预定功能要求。1.3具体要求1）设计合理的机械结构，在保证稳定牢固的前提下，尽量做到车身轻巧美观；2）通过采用电压比较器，实现7路传感器的正常工作，达到可以控制循线宽度和避障的距离目的；3）使用直流电机控制芯片，采用PWM调速方式实现直流减速电机的正转、反转、加速和减速功能；4）对行进轨迹和障碍物信息进行编码，利用ARM7芯片编程实现小车的循线避障功能；5）采用模块化的原则，分层搭建电路板并通过接插线予以连接

4、。2方案设计与论证由上述设计要求可知，本课程设计核心的问题有两个：车身机械结构设计和系统电路原理设计，下面将从这两方面予以展开。2.1机械结构设计在车身结构设计中，保证其机械强度至关重要，同时应当尽量减少车身自重，以便实现快速控制的目的。与此同时，车身结构美观也是一个重要的设计要素。l方案一：从市场上直接购买成片的玩具小车，在其底板基础上安装电路板和传感器，实现四轮驱动。l方案二：自制底板，根据需要选择合适的尺寸，采用前轮驱动，加装万向轮，从而实现循线和避障的功能。17智能循线避障小车实际设计中发现由于电路板大

5、小限制导致方案1实施困难，同时，四轮驱动使得控制环节复杂。综合考虑，最后确定采用方案2。1.1电路系统设计设计任务表明，电路系统主要包括三部分：传感器电路、电机驱动电路和芯片控制电路。l控制系统——由微处理器构成，是小车的核心，负责处理传感器传递过来的场地信息，同时作出相应判断，然后向电机控制电路发出控制指令。l执行系统——接受处理器发送过来的指令，驱动车身前进、后退以及其他相应的姿态调整。l场地信息监测——主要是检测地面上的黑线以及障碍物的位置，将获得的信息传递给处理器。主要包括黑线检测和障碍物检测。l电源—

6、—为以上各个系统提供安全的工作电压。以下是循线避障小车系统的结构简图：图1循线避障小车系统的结构简图1.1.1电路系统设计方案选择2.2.1.1传感器选择传感器可以分成两部分：黑线检测传感器和障碍物检测传感器。考虑到电路的实现难易程度，现将基本电路选择表述如下：首先，对于黑线检测传感器，考虑到红外光会被暗物体吸收的特性，可以采用ST168单束反射式光电传感器，实现发射接收一体化。电路图：图2st168单束反射式光电传感器17智能循线避障小车功能：通过红外光的发射和接受，实现电路的导通和关断。原理：由高功率发射管

7、发射红外光，当遇到障碍物后被反射回来，被高灵敏度的光电管接受，传感器电路导通；当未到障碍物时，传感器电路关断。其次，对于障碍物检测传感器，小组成员在设计起初提出以下两种传感器电路，先分别予以解释。l方案一：发射和接受固定频率的红外光1）发射电路：图3红外光发射电路功能：发射38KHz的红外光原理：由于红外发射/接收电路时用来探测前进方向上的障碍物，但是由于外界光线的干扰，所以所发射红外光线经过38KHZ调制（接收电路所采用的芯片HS0038接收38KHZ的信号）。采用555搭建谐振电路，产生38KHZ，占空比为

8、50%的方波2）红外接收电路：红外接收电路以HS0038芯片为核心。电路图：图3红外光接受电路功能：探测经障碍物反射回来的38KHZ调制光线原理：HS0038B是常见的红外接收芯片。当接收到38KHZ的红外光线是，其输出端1输出低电平。电路中，3和1之间的电容（104），是用于隔离高频干扰的17智能循线避障小车l方案二：采用集成的红外光电对管采用TCRT5000单束反射式光电传感器，实