多功能智能小车的设计

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1、多功能智能小车的设计学生：崔文浩学号：0805064150指导老师：张权总体设计及要求根据题目要求，本设计各部分采用模块化设计，以两电动机为主驱动，通过传感器采集各类信息，送入单片机处理数据后完成相应动作，实现小车的多功能自动控制。模块设计可分为寻迹模块、避障模块、寻光模块、距离检测模块、电源模块、电机驱动及PWM调制模块。前轮PWM驱动电路主要用于转向控制；后轮PWM驱动电路主要用于方向和速度控制；寻迹探测模块利用三个光感元件，对黑色轨道进行寻迹；避障模块利用红外传感器进行探测；光源探测模块利用三个光敏电阻制成，用于寻光并确定

2、光源角度，以期获得较为精确的转向值。寻迹模块方案分析与比较方案一、使用简易光电传感器结合外围电路探测。由于所采用光电传感器实际效果并不理想，对行驶过程中的稳定性要求很高，且误测几率较大、易受光线环境和路面介质影响。在使用过程极易出现问题，而且容易因为该部件造成整个系统的不稳定，故最终未采用该方案。方案二、利用两只光电开关。分别置于轨道的两侧，根据其接受到白线的先后来控制小车转向来调整车向，但是如果两只光电开关之间的距离很小，则约束了速度,如果着重于小车速度的提升，则随着车速的提升，则势必要求两只光电开关之间的距离加大，从而使得小

3、车的行驶路线脱离轨道幅度较大，小车将无法快速完成准确的导向从而有可能导致寻迹失败。方案三、用三只光电开关。一只置于轨道中间，两只置于轨道外侧，当小车脱离轨道时，即当置于中间的一只光电开关脱离轨道时，等待外面任一只检测到黑线后，做出相应的转向调整，直到中间的光电开关重新检测到黑线（即回到轨道）再恢复正向行驶。虽然小车在寻迹过程中可能会有一定的左右摇摆（因为小车的内部结构决定了光电开光之间的距离到达不了精确计算值1厘米），但只要控制好行驶速度就可保证车身基本上接近于沿靠轨道行驶[11]。避障模块方案分析与比较考虑到在测障过程中小车车

4、速及反应调向速度的限制，小车应在距障碍物40CM的范围内做出反应，这样可以保证小车能够顺利绕过障碍物。否则，如果范围太大，则可能产生障碍物的判断失误；范围过小又很容易造成车身撞上障碍物或虽绕过障碍物却无法实现理想的定向方案。方案一、采用一只红外传感器置于小车中央。一只红外传感器小车中央安装简易，也可以检测到障碍物的存在，但难以确定小车在水平方向上是否会与障碍物相撞，也不易让小车做出精确的转向反应。方案二、采用二只红外传感器分置于小车两边。二只红外传感器分别置于小车的前端两侧，方向与小车前进方向平行，对小车与障碍物相对距离和方位能

5、作出较为准确的判别和及时反应。但此方案过于依赖硬件、成本较高、缺乏创造性，而且置于小车左方的红外传感器用到的几率很小，所以最终未采用。方案三、采用一只红外传感器置于小车右侧并与小车前进方向呈一固定角度。基于对行车地图中光源及障碍物尺寸、位置的分析，我们采用了通过寻找光源来对行车方向进行控制，在向光源行驶的过程中检测障碍物并做出相应的反应，这样不仅只使用一只红外传感器就实现了避障，而且避免因小车自然转弯而导致的盲目方向控制，同时为后面以最简单最直接的路线和在最短的时间内完成行驶路程创造了机会[12]。智能小车应以准确、智能见优，我

6、们采用方案三。寻光模块方案分析与比较方案一、采用多只方向性较强的光敏二极管作为光源定位器。若干定位器在水平面上按不同角度展开，在寻找光源时根据每个定位器接收到的光线强弱（有无）得出行车方位。该方案若采用方向性较强的光敏二极管作为光源定位器，要么是需要很多的器件，要么是难以检测到光源的方向。方案二、采用一个光源定位器。用深色不透光材料与光敏电阻制成的光源定位器有较理想的定向测试效果，2.5米之外就可以确定光源的方向。当小车绕过障碍物之后，通过不停地旋转使定位器获得最大光线照射以确定光源方向，这种方案有一定的可行性，但寻找光源的过程

7、必定带来不必要的大量时间开销，且寻找过程盲目性太大，不利于控制，又增加了一个电机，增大的电源方案选择或安装的难度。方案三、利用多只光源定位器。在方案二所得数据的基础上，结合光敏电阻的敏感性，只用三到五只光敏电阻就可以达到目的，但因其对光非常敏感，所以必需为每只光敏电阻加上黑色隔离板。虽然制作有一定难度，但其能见长度和相对简明的控制措施显示了很大的优越性。综合考虑以上方案，方案三更具准确性和独创性，我们采用方案三。距离检测模块方案分析与比较方案一、通过测试得出小车平均速度v，在行驶过程中将行驶时间与其乘积t•v作为驶过的距离。但该

8、方案受电池电量、路面介质等因素的影响，在大多数情况下均暴露出误差较大的缺点，故不予采用。方案二、在后轮内侧匀距贴上m个磁钢，车厢内装上霍尔开关。对轮子转速进行测量，由于低速下轮子与地面接触良好，设轮周长为c，可以用霍尔开关输出脉冲数n乘以c/m得出行驶距离。只要