1、<p><b>　　簡易智能電動(dòng)車</b></p><p>　　摘要：簡易智能電動(dòng)車由一個(gè)電動(dòng)玩具車改造而成。系統(tǒng)的控制部分以單片機(jī)為核心，通過對前向通道各種傳感器信號的采集、處理，較好地實(shí)現(xiàn)了后向通道驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)向電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制和相關(guān)信息的處理、顯示和聲光報(bào)警。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電動(dòng)車，路徑跟蹤，避障，光源引導(dǎo)</p><p&g

2、t;　　本系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)簡易智能電動(dòng)車，其行駛路線示意圖如圖1所示：</p><p>　　圖1 智能電動(dòng)車行駛路線示意圖</p><p>　　1 設(shè)計(jì)方案包括基本要求，發(fā)揮部分及其它創(chuàng)新部分</p><p>　　總電路框圖如圖2所示：</p><p><b>　　1．1 基本要求</b></p>

3、<p>　?、?電動(dòng)車從起跑線出發(fā)（車體不得超過起跑線）、沿寬度為2cm的黑色引導(dǎo)線到達(dá)B點(diǎn)。在“直道區(qū)”鋪設(shè)的白紙下沿引導(dǎo)線埋有1~3塊寬度為15cm、長度不等的薄鐵片。電動(dòng)車檢測到薄鐵片時(shí)，立即發(fā)出聲光指示信息，并實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、顯示在“直道區(qū)”檢測到的薄鐵片數(shù)目。</p><p>　　② 電動(dòng)車到達(dá)B點(diǎn)后進(jìn)入“彎道區(qū)”，沿圓弧引導(dǎo)線到達(dá)C點(diǎn)（也可脫離圓弧引導(dǎo)線到達(dá)C點(diǎn)）。C點(diǎn)下埋有邊長為15cm的正方形

4、薄鐵片，要求電動(dòng)車到達(dá)C點(diǎn)檢測到薄鐵片后在C處停車5秒，停車期間發(fā)出斷續(xù)的聲光信息。</p><p>　　電動(dòng)車在光源的引導(dǎo)下，通過障礙區(qū)進(jìn)入停車區(qū)并到達(dá)車庫。電動(dòng)車必須在兩個(gè)障礙物之間通過且不得與其接觸。</p><p>　　電動(dòng)車完成上述任務(wù)后立即停車，全程不得超過90秒，行駛時(shí)間達(dá)到90秒時(shí)立即自動(dòng)停車。</p><p><b>　　圖2 系統(tǒng)總體框

5、圖</b></p><p>　　1．2 發(fā)揮部分和創(chuàng)新部分</p><p>　?、?電動(dòng)車在“直道區(qū)”行駛過程中，我們存儲(chǔ)并顯示出了每個(gè)薄鐵片（中心線）至起跑線間的距離。</p><p>　　② 電動(dòng)車進(jìn)入停車區(qū)域后，能準(zhǔn)確駛?cè)胲噹熘小?lt;/p><p>　　③ 停車后，能準(zhǔn)確顯示全程行駛時(shí)間及成功或完成信息。</p>

6、<p>　　2 單元電路的方案論證與電路參數(shù)計(jì)算</p><p>　　2．1 線路跟蹤電路</p><p>　　方案一：采用CCD單色攝像頭，配計(jì)算機(jī)主板及圖像采集卡。對白背景下，黑線的識別，目前做的比較成熟，效果相當(dāng)好。但成本高，很難找到合適的載體。</p><p>　　方案二：采用顏色傳感器。目前顏色傳感器的應(yīng)用，越來越廣泛，效果也可以。但幾百元的價(jià)

7、格及相對復(fù)雜的處理電路，并且還需要光源，所以也不是一個(gè)很好的選擇。</p><p>　　方案三：采用一左一右兩個(gè)紅外發(fā)射接收對管。該傳感器不但價(jià)格便宜，容易購買，而且處理電路（如圖3所示），簡單易行，實(shí)際使用效果很好，能很順利地引導(dǎo)小車到達(dá)C點(diǎn)。</p><p>　　在該電路中，加比較器LM311的目的，是使模擬量轉(zhuǎn)化為開關(guān)量，便于處理。為</p><p>　　使發(fā)

8、射有一定的功率，發(fā)射回路要求不小于20mA的電流。</p><p>　　根據(jù) ，故可選擇R1=150Ω。</p><p>　　啟動(dòng)時(shí)，小車跨騎在黑線上。兩個(gè)紅外發(fā)射接收對管，分別安裝在黑線的兩側(cè)的白色區(qū)域，輸出為低電壓，當(dāng)走偏，位于黑線上時(shí)，輸出為高電壓。因黑線較窄（2cm），為及時(shí)調(diào)整車的方向，選擇比較器的閥值為2.5v，即黑白相間的位置，即開始調(diào)整。實(shí)驗(yàn)表明，效果較理想</p

9、><p>　　圖3 紅外發(fā)射接收對管處理電路</p><p><b>　　2．2 避障電路</b></p><p>　　方案一：采用激光傳感器測距。能非常準(zhǔn)確地測出小車與障礙物的距離，但價(jià)格也高，處理復(fù)雜，不符合我們的要求。</p><p>　　方案二：采用超聲傳感器。進(jìn)口的超聲傳感器，換能器薄，并且?guī)幚黼娐?，輸出與距離

10、成比例的模擬信號，通過AD轉(zhuǎn)換，可獲得距離信息，價(jià)格貴。也有一些較簡單的超聲傳感器及處理電路，能輸出開關(guān)量信息，價(jià)格也不貴，是一個(gè)好的選擇，但由于沒買到現(xiàn)成的處理電路，平常又沒有做過這種電路，時(shí)間緊，故未采用。</p><p>　　方案三：采用左右兩個(gè)紅外傳感器。紅外傳感器，是目前使用比較普遍的一種避障傳感器，其處理電路如圖4所示，通過調(diào)節(jié)R23、R24兩個(gè)電位器，可調(diào)節(jié)兩個(gè)紅外傳感器的檢測距離為10—80cm，

11、開關(guān)量輸出（TTL電平），簡單、可靠。我們采用這種電路，能可靠地檢測左前方、右前方、前方的障礙情況，為成功避障提供了保證。</p><p>　　圖4 紅外發(fā)射及接收處理電路</p><p>　　2．3 光源檢測電路</p><p>　　為了檢測光線的強(qiáng)弱，我們在小車左前方、右前方加了2只光敏傳感器，即光敏電阻。電路如圖5所示。光敏傳感器根據(jù)照射在它上面的光線的強(qiáng)

12、弱，阻值發(fā)生變化，輸出電壓隨之變化，通過ADC0809后，得到與光強(qiáng)相對應(yīng)的數(shù)字量，從而引導(dǎo)小車，向光源靠近。不同型號的光敏電阻，暗電阻及亮電阻差別較大，需根據(jù)不同參數(shù)的光敏電阻，選用不同大小的分壓電阻。</p><p>　　圖5 光源檢測電路</p><p>　　2．4 金屬檢測電路</p><p>　　采用了一只渦流型鐵金屬探測傳感器，型號：LJ18A3-8

13、-Z/BX。可靠探測距離，</p><p><b>　　小于8cm。</b></p><p>　　2．5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　電動(dòng)小車的本身自帶的換向及驅(qū)動(dòng)電路，相當(dāng)粗糙，電機(jī)的特性也很不好，不能調(diào)速。電壓低了，速度慢，驅(qū)動(dòng)力矩小，走不動(dòng)；電壓高時(shí)（剛換上電池時(shí)），速度又很快，難以調(diào)整。在這上面，花費(fèi)了不少的時(shí)間，效果很不好。最

14、后，決定對小車的電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)行了更換。后輪采用了一對減速直流電機(jī)，其驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。采用PWM控制，可較方便的對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。</p><p>　　圖6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　2．6 液晶顯示電路</p><p>　　液晶顯示器，選用的是16X2點(diǎn)陣字符型顯示器，功耗低，小巧、美觀。</p><p><b>

15、;　　2．7 電源電路</b></p><p>　　電動(dòng)車可提供9V的電源（6節(jié)干電池）?？刂葡到y(tǒng)使用5V的電源，采用了LM7805進(jìn)行DC/DC變換。</p><p><b>　　3 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3．1 軟件所實(shí)現(xiàn)的功能</p><p><b>　　① 路線跟蹤<

16、/b></p><p><b>　?、?障礙檢測</b></p><p><b>　?、?尋找光源</b></p><p>　?、?金屬探測，數(shù)目存儲(chǔ)、顯示</p><p><b>　?、?運(yùn)行時(shí)間顯示</b></p><p>　?、?起跑線與金屬

17、鐵片中心點(diǎn)間的距離計(jì)算與顯示</p><p><b>　　3．2 軟件流程</b></p><p>　　系統(tǒng)的主程序流程框圖如圖7所示。</p><p>　　圖7 系統(tǒng)的主程序流程框圖</p><p><b>　　測試方法與儀表</b></p><p><b>　

18、　4．1 測試儀表</b></p><p><b>　　秒表兩塊 ，刻度尺</b></p><p><b>　　4．2 測試方法</b></p><p>　　將汽車放于起跑線，開啟電源開關(guān)。小車響第2次聲音時(shí)，開始前行，第一塊秒表開始計(jì)時(shí)；</p><p>　　運(yùn)行到C點(diǎn)停車時(shí)，第二塊秒

19、表開始計(jì)時(shí)，到車離開C點(diǎn)第二塊秒表停止計(jì)時(shí)，記錄停在C點(diǎn)的時(shí)間；</p><p>　　汽車到終點(diǎn)區(qū)即入庫停車，第一塊秒表停止計(jì)時(shí)，記錄總運(yùn)行時(shí)間。讀出并記錄此時(shí)液晶顯示的的時(shí)間；</p><p>　　在“直道區(qū)”引導(dǎo)線下分別埋設(shè)1、2或3塊薄鐵片，每次均用直尺測出并記</p><p>　　錄該鐵片的中心距起跑線的距離；在汽車運(yùn)行至該鐵片發(fā)出聲光報(bào)警時(shí)，讀出此時(shí)液晶顯

20、示的距離并記錄。</p><p>　　3 測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析</p><p><b>　　測試條件</b></p><p>　　按照題目給定的尺寸，在實(shí)驗(yàn)室自做場地，白天和晚上分別測試。</p><p><b>　　測試數(shù)據(jù) </b></p><p>　　總共進(jìn)行20次

21、測量，白天和晚上各10次。</p><p>　　20次中，汽車停留在C點(diǎn)時(shí)間，實(shí)測值與秒表均為5秒，相對誤差和絕對誤差為0。</p><p>　　汽車運(yùn)行總時(shí)間測量數(shù)據(jù)如下表：</p><p>　　絕對誤差：最大為1秒；</p><p>　　測試結(jié)果表明：晚上明顯比白天效果要好。白天，偶爾會(huì)有失敗的情況。</p><p&g

22、t;<b>　　距離測試</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 余永權(quán). Flash 單片機(jī)原理及應(yīng)用. 北京：電子工業(yè)出版社，1997[2] 王福瑞等編著。單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全。北京航空航天大學(xué)出版社，1999</p><p>　　[3] 李華。MCS-51系列單片機(jī)使

23、用接口技術(shù)。北京航空航天大學(xué)出版社，1990</p><p>　　[4] 何立民。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。北京航空航天大學(xué)出版社，1993</p><p>　　[5] 方佩敏。新編傳感器原理應(yīng)用電路詳解。北京：電子工業(yè)出版社，1994</p><p>　　[6] 黃繼昌等。傳感器工作原理及應(yīng)用實(shí)例。北京：人民郵電出版社，1998。</p><p>