智能小车硬件设计毕业论文 智能循迹小车硬件设计

智能卡车的硬件设计摘要：关键词：智能车控制系统目录：总论：第一部分：智能车控制系统综述设计方案模块构成：控制器模块速度检测模块电源电压检测模块路径识别模块数据显示模块电动机驱动模块各模块由硬件、软件两部分组成，硬件构成基本框架，软件成为购物车的灵魂，驱动小汽车按照设计目标运行。 按照要求，智能跟踪车系统可以通过控制部和信号检测两大部分组成。 其中，控制部具有电机驱动模块、控制器模块、显示模块，信号检测部具有路径由识别模块、速度检测模块、电源检测模块组成。基本模块的框图如图所示速度检测模块控制器模块电源电压检测模块电动机驱动模块路径识别模块数据显示模块控制核心模块(MCU )使用at 89 c 51单片机对由其它模块收集的信号进行相关处理，并提取正确的控制信号是整个系统中最重要的部分。速度检测模块：测量轿车的速度，进行A/D-D/A转换，得到单片机能够识别处理的数字信号后，得到轿车的速度，能够在显示器上显示。电机驱动模块：小车运动的驱动力，可以用电机驱动小车，完成规定的任务。路径识别模块：感测光电传感器上的黑色路径，并沿着轨道运行。数据显示模块：是人直接取得车的运行状况的中介，通过监视器的值可以知道车的当前状态。电源电压检测模块：监视电源电压值，保证购物车正常工作。主要技术参数：1 .速度： 14060 r/min2 .电流： 3.29 A3 .转矩： 10.9mN.m4 .路径识别5 .检测精度：4mm6 .数据显示：小车速度、电源电压第二部分硬件电路设计智能跟踪汽车系统框图首先是硬件系统设计，硬件部分是购物车的框架，如果不构筑这个框架，就无法把握购物车整体。 硬件系统设计的好坏对购物车功能的实现有很大影响，好的设计可以实现购物车给出的轨道运行，正确显示数据，要求技术指标等，设计不好的系统不能实现这些功能。根据设计要求，检测精度达到4mm，可以在专用跑道上自主识别跑道，在跑道上行驶。 在这里，用传感器判断汽车是如何在跑道上的，如果从跑道上脱离，如何工作回到正确的跑道继续行驶，如何检测自己的速度值反馈给单片机，向单片机输出控制信号发生路面噪声时，如何消除噪声，如何判断电源的电压是否低于基准值，实时在LCD上显示电压值等。微微控制制度器皿CPU路面检测模块速度检测模块电源电压检测模块电动机驱动模块液晶显示器电动机抗噪声模块理想的解决方案：1 .控制器模块图2是电动机控制系统框图单片机电脑at89路面检测模块速度检测模块电源电压检测模块显示模块电动机驱动模块由于要完成的功能能够通过单片机实现，因此使用AT89C51来实现上述模块功能。 单片机控制电机驱动，实现小车的跟踪行走、速度控制、速度检测、电压检测等功能。工作中，设计的系统软件与硬件相结合，各子模块与核控制模块通信。单片机AT89C51外置显示电路、路面检测电路、速度检测电路、电机驱动电路、电源电压检测电路。单片机最小系统及外围电路2 .电机驱动模块在推车的前轮安装两个马达，左右各对称配置一个，后面安装单向车轮，可以轻松实现推车的前进、左右转弯。 如果两台马达都以相同的速度工作，车辆会直行，如果车辆需要向左转，只要车辆右侧马达的速度大于左侧马达的速度，车辆就能向左转，反之，能向右转，并具有立即控制方向的功能。直流电动机是由直流电压电源工作的旋转电动机，直流电动机有永磁直流电动机、串联励磁和并联励磁直流电动机。1 .直流电机的单极性和双极性驱动方式直流电机的驱动有单极性和双极性两种方式。在电动机仅向一个方向旋转情况下，可以采用单极性驱动方式，单极性驱动电路如图所示在上面描述的电路中，模拟控制器或微控制器的PWM信号控制功率MOSFET开关管的导通状态，并且续流二极管以并联方式连接在马达的两端，其中，功率开关以串联方式连接在马达的下端(接近于电源地)，并且用于驱动栅极电平在电源开关串联连接在马达上(接近电源正极)的情况下，其栅极电平的驱动应该采用高侧的栅极电平的驱动器，对于高侧的开关，其栅极电平的驱动需要追加的电平上升电路，股大多是低侧的驱动该电路由于电流通过回流二极管回流，时间长，损耗大，典型应用于小风扇和泵的驱动。为了避免回流二极管的回流引起的时间长、损失大的问题，可以采用下图所示的半桥驱动电路高速半桥单极性驱动其中的二极管D1、D2实际上是DOMS管理的“体”二极管，在工艺上与DMOS管理一起自动生成。这样，不需要追加回流二极管。 半桥驱动电路实现电动机的制动控制，切断VF1停止向电动机的电力供给，同时连续接通VFT2，经由VFT2使电动机的电动势(EMF )短路，制动电动机。 此时，如果VF2不是连续接通，而是PWM控制，则能够实现电动机的软控制。 电机需要向正反两个方向旋转时，采用双极驱动方式。 由4个功率开关管构成h型电路的双极驱动电路如图所示基本h桥电路近年来，直流电动机的结构和控制方式发生了很大变化，随着计算机的接通控制领域和新的电力电子功率部件陆续出现，采用全控制型的开关功能效率元件进行脉冲调制(pulsewidthmodulation简称PWM )的控制方式成为主流。这种控制方式可以通过单片机的控制容易地实现。通过采用专用集成电路芯片，能够容易地构成单片机控制小功率直流伺服系统统率。 本文选择的驱动芯片为铣削半导体公司的h桥驱动器MC33886。 其引脚图像如左图所示，应用电路如右图所示mc3386针图mc3386应用电路动作特性：(1)从5 v到40V的连续运行。(2)可以接收TTL和CMOS以及与之相对应的输入控制信号。(3)PWM控制频率最高可达10kHz。(4)通过PWM的开关控制驱动电流的大小。(5)内部设有短路保护、欠电压保护电路。(7)内部设置了错误状态报告功能。在应用中，将MC33886的两个半桥并联连接以增强运输车的强大动力虽然具有驱动能力，但这样做会增加发热量，带来散热的问题。 不要让芯片超过40在125的正常工作温度下发生故障。 在MC33886的参考配线的情况下也实现散热片。智能车有可能遇到直线加速区间末端突然出现的弯道区间在汽车的设计过程中，使MC33886的控制电机反转制动。 行驶中可以通过单片机的控制使直流电机紧急制动。 表示输入状态和输出状态的真值表。3 .路面检测模块路径识别是购物车跟踪系统的最基本部分，只要路径识别正确，购物车下面的路面信息就能传到单片机，检测出正确的检测信号，完成后续动作。 因此，路径识别的好坏直接关系到汽车能否正确地以专用路径行驶，影响系统的控制效果。路径识别常用的简单方法之一是采用多个光电传感器，将其放在车前，可快速获取车前情况信息，电路简单，处理信息量少等优点。1 .路径识别方案的选择路径识别模块是智能车控制系统的重要模块之一，主要传递道路状况信息控制模块、路径识别方案的好坏直接影响小车的控制效果。 在智能汽车控制系统中统一来说，汽车有各种各样的跟踪方案。 包括光电传感器跟踪方式，单独采用相机跟踪事件和照相机跟踪和光电传感器跟踪相结合的跟踪方案。 以下依次具体介绍几个追踪方案。摄像机跟踪是指通过摄像机将智能车前面的路径信息传递给控制系统一种综合进行路径识别的跟踪方法。 相机有两种类型：面阵列和线传感器相机。 其优点在于可更快感知课程变化，但硬件电路复杂，信息处理量大加快处理速度是分割识别相机中记录的图像成为相机方案的难点光电传感器的跟踪方式是指路径识别电路通过一系列的发光二极管来接收二极管的方式管子构成，发光二极管和受光二极管成对。 这也和其中一台相机一样像素。 由于路径中存在的轨迹表示黑线，因此落入黑线区域的光电二极管所受到的反向光线强度与白色路线不同，判断行驶方向。 光电传感器跟踪方案的优点点是电路简单，信号处理速度快。基于两种方案的优缺点和智能汽车控制核AT89C51的处理速度采用了内部资源和光电传感器的设计方案。2 .红外传感器的硬件设计红外传感器的硬件设计主要包括以下几个方面：红外传感器的布局、红外线管道之间在隔径方向算出距离。(1)红外线管布局的设计“一”字型布局“一”字型布局是各传感器位于一条直线上的传感器的最常见的布局形式保证纵向一致性，主要将其控制策略集中在横向。 图(a )v字型布局“v”字型布局在横向上类似于单字型，但添加了纵向特性有一定的前瞻性。 介绍中间两个传感器的主要目的是尽快理解汽车前方是否直线可以加速。 如图(b )所示“w”字型布局智能车能否顺利行驶，最重要的是过弯道，尤其是通过急第三章智能汽车系统的硬件电路设计曲线的能力。 因此，为了能够更快地预测曲线的出现，也能够进行左右两端的传输由于传感器被恰当地前置，形成了“w”型的布局。 如图(c )所示换句话说，各种排列方式的特征在于，如果适合适当的控制算法具有理想的控制效果。 本文采用“一”字形排列。(a )一字型(b)“V字型(c)“W字型红外线传感器布局图(2)传感器间隔的设计各传感器的布局间隔对智能车的行驶有一定的影响。 根据设计要求，中间黑线(导线)的宽度为30mm，间隔过大时，间隔之间可能会有空白。 在设计中，红外线管的节距比黑色导线的宽度小，因此红外线容易感知黑色线，有利于判断汽车与跑道的偏离距离。 采用设计用红外线管的间隔为20mm。 根据设计要求，车宽不得超过100毫米。 为了检测广泛的横行信息，最终安装了7个红外线传感器器皿。 最终红外传感器阵列的前视图如图所示。图3是红外线传感器排列主视图(3)径向拉出距离的设计在本设计中，路径的检测精度高，可以将5个光电传感器设置在车辆的前方(超过车辆的车头)而形成“一”型，将光电传感器设置在车头的前方，超过车头会增加径向的露出距离，因此理论上，径向的露出距离越大，即超过车头的距离越大， 为了越早地预测车辆通过的路径，越早地将该信息传递到单片机，输出适当的控制信号，改善车辆的性能，理论上，径向外露的距离越大越好。 但是，从实际情况来看，如果增加径向的超出距离，光电传感器位于车的前方，必然会使车的重心向前方移动，车的臂的重量较轻，会影响车自身的平衡，对车行驶中的稳定性能有很大影响，得不到理想的控制效果。 实际安装时，可根据小车总重量合理安装光电传感器。此外，采用合理设置光电传感器的方案后，可以将传感器的探针向下倾斜设置，获得比垂直设置光电传感器更大的径向露出距离，是一种有效的方法如图所示汽车车身光电传感器探头车的路径检查部分是全车最重要的，像人的眼睛，采用单光束红外线光电传感器RPR221具有红外线强的反射能力，因此，专用的红外线接收部和发送部成为一体传感器可以有效地防止可见光与相邻传感器的干涉。红外线传感器原理电路图如图所示，传感器发光管发出相同的光强度，在发出的光照射到黑色物体时被吸收而接受管信号不到达，晶体管不导通，输出高电平。 发出光反射，接收管无法接收信号时，晶体管导通on，输出低电平。 通过将输出信号输出到单片机来判断高低电平来实现判断购物车位置的功能通过单片机控制电机驱动电路，可实现小车的自动跟踪和避免故障的功能。但是，由于光电传感器受到来自外界的光的影响大，容易发生“毛刺”，因此使单片机产生误判定，产生错误的控制信号，因此可以放弃这样的电路，采用以下的更正确的检测电路如上所述，被一体化的红外线收发IRT中的发送二极管导通，产生红外线，通过反射物体向受光管反射，作为受光管的集电极和发射极之间的电阻变小，输入端电平变低，输出端变为高电平，晶体管9013导通，集电极史密斯电路整形后变为高电平，输入AT89C51单片机的INT0端口。 当红外线碰到黑条时，由IRT反射到受光管的光量减少，受光管的集电极和发射极间电阻变大，晶体管9013截止，集电极c为高电平，进而在史密斯电路整形后输入到单片微型计算机的信号为低电平。 晶体管的基极b和发射极e连接0.1UF的电容，减少电路的“毛刺”，增加电路的抗噪声能力，光电传感器受外界光的影响较大，容易引起单片机的误判定，因此在电路中加入电位器(电阻值为1k)，电位器手推车共采用5个传感器，其中4个安装在手推车底盘下的最前端，传感器朝向按如下方式安排MIDDLE