逻辑电路红外避障小车申报书

1、序号：编码：第十二届“挑战杯”山东理工大学课外学术科技作品竞赛作品申报书作品名称： 基于逻辑电路的红外避障小车学院全称：资源与环境工程学院申报者姓名（集体名称）： VR-Dream作品类别： 自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作 A 类科技发明制作 B 类0 / 14A2申报者情况（集体项目）申 报 者 代 表 情 况姓名武龙性别男出生年月1988/07/05学院全称资源与环境 工程学院专业、年级矿物资源工程 0801 班学历本科学制4入学时间2008/09/05作品名称基于逻辑电路的红外避障小车毕业论文题目宿舍13#2314 宿舍宿舍电话移动电话151653

2、37266学术科研情况 及奖励情况无其 他 作 者 情 况姓名性别年龄学历所在单位张静斌男23 岁本科电气与电子工程学院曹世勇男22 岁本科化学工程学院王铁柱男22 岁本科电气与电子工程学院赵恒男21 岁本科化学工程学院辛忠男21 岁本科计算机学院资 格 认 定学院学籍管理 部门意见以上作者是否为 2011 年 7 月 1 日前正式注册在校 的全日制非成人教育、非在职的高等学校专科生、本科 生、硕士研究生或博士研究生。是 否（学院签章） 2010 年 11 月 16 日院（部）负责 人或导师意见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果是 否负责人签名：2010 年 11 月 16 日1 /

3、14A3指导教师情况指 导 教 师 情 况姓名杨自栋性别男年龄40 岁学院（单位）全称农业工程与食品科学学院学历博士研究领域农业机械化职务职称副教授固定电话办 宅：05332788982 移动电导工作 描述指导研究报告的撰写，以及对小车性能的测试。指 导 教 师 情 况姓名性别年龄学院（单位）全称学历研究领域职务职称固定电话办： 宅：移动电话指导工作 描述2 / 14B3申报作品情况（科技发明制作）作品全称基于逻辑电路的红外避障小车作品分类（ A ） A 机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化 控制、工程、交通、建筑等）B信息技术 （包括计算机、 电信、通讯、电子等）

4、C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学（包括生物、农学、生态、药学、 医学、健康、卫生、食品等）E能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、环保等）3 / 14作品设计、 发明的目的 和基本思 路，创新点， 技术关键和 主要技术指 标目的： 用较为简单的电路实现小车高精度、快速的对障碍 物的检测及规避行为，使小车在自主行驶过程中实现对 障碍物的自动规避，从而实现对人们所不能到达区域未 知环境的探测（需与监测设备联合使用。例如可以搭载 无线摄像、耳麦装置。）适用于反恐、监测、亦可用于教 育娱乐等。思路： 小车上电后自动前行，当前方有障碍物时，反射回 来的红外信号被相应的传感器

5、接收到，并传给检测信号 处理电路，相应的 LED 闪烁，信号处理电路输出动作信 号给驱动电路，与之相应的电机因被反射红外信号的强 弱，实现停车或倒转的动作，从而实现调整了小车的行 进方向，实现避障的目的。 要实现对前方障碍物的检测， 必须依赖与传感器。 一般来说采用微动开关较容易实现， 但缺点也就随之增多（例如，微动开关对不规则障碍物 就不能检测到，而且及易受空间位置的影响）这里我们 采用了红外线作为及其小车无形的 “手”，以实现对障碍 物的有效检测，为进一步避免外界红外光线的干扰，我 们选用了 38KHz 红外方波。由于要实现对障碍物的规避，这就要求驱动电机可 以实现正传、反转及停车，所以采

6、用双 H 电桥作为驱动 电路。4 / 14作为真个小车的核心部分控制电路，我们采用了 模块化方式来处理。电路主板包含以下几个模块（详见 附件）：电源模块 将外部电压转化为 +5V 工作电压 ;信号处理模块 对检测信号的处理，输出动作信号；红外模块 发射接收红外波，输出检测信号；方波发生模块 输出 38KHz 方形波；驱动模块 驱动电机作品设计、 发明的目的 和基本思 路，创新点， 技术关键和 主要技术指 标创新点：电路部分 实现电路功能模块化，整个电路由 五个模块组成，便于快速检测、维护和升级。 功能电 路没有使用微型单片计算机作为控制器，而采用了集成 电路作为功能电路的核心，从而实现了用简单

7、的逻辑电 路完成复杂的功能，具有精度高、速度快的优点。 用 红外发射接收传感器取代了微动开关，使其壁障能力大 大增强。小车的前视距离可以调节。小车电机驱动 电源与功能电路电源相互独立，可以通过调节驱动电压 的方式改变小车的运行速度。车体部分 采用圆形底盘，便于壁障。 采用双轮行走， 便于迅速转向。（详见附件） 技术关键 : 38KHz 红外方波的发射、检测。 H 电桥的 参数设置及搭建。 cmos 电路处理检测信号输出动作 信号。 +5V 工作电源的搭建。减少外界红外光线的 影响。选用合适的电机。传感器的布置。电机的 布置。主要指标：功能电路5 输/ 1入4 电压（ DC ）：5V 24V驱动

8、电路输入电压（ DC ）：6V9V驱动电路工作电流 定）障碍物识别距离 :红外方波发射角 ： 前视宽度 ： 红外方波频率 ： 转弯半径 ： 小车行进速度 :420mA（6V 工作电压下测0 42cm678cm（视距为 1cm 时测定）37.95KHz0 12cm5.6cm/s 11.3cm/s6 / 14作品的科学 性先进性 （必须说明 与现有技术 相比、该作 品是否具有 突出的实质 性技术特点 和显著进 步。请提供 技术性分析 说明和参考 文献资料）现有的避障小车的传感器大致有微动开关、超声波传感 器等，而我们的小车采用了红外传感器，性能和超声波 传感器相当，但成本远低于上述传感。功能电路采

9、用了 简单的 cmos 电路，不存在微控制器，所以不存在算法 问题，而且识别准确度高、度快、而且成本极低。圆形 底盘有助于壁障和移动。整体上来说，我们的小车采用 比较简单的逻辑电路实现了高精度、快速壁障的功能。 以往的同类产品相比，我们采用了新颖的电路、底盘设 计，便于技术推广。参考文献：实用 555 时基电路 300 例 陈有卿 电子创意制作李光宇机器人制作提高篇David cook智 能电子制作 Mykepredko一种机器人避障控制策略 曹睿 全自主机器人避障控制方法的研究 刘柞时作品在何时、何地、 何种机构举 行的评审、 鉴定、评比、 展示等活动 中获奖及鉴无7 / 14定结果作品所处

10、 阶段（A ）A 实验室阶段 B 中试阶段 C 生产阶段 D （自填）技术转让方 式无作品可展示 的 形式实物、产品 模型 图纸 磁盘 现场演示 图片 录像 样品使用说明及 该作品的技 术特点和优 势，提供该 作品的适应 范围及推广 前景的技术 性说明及市 场分析和经 济效益预测该产品采用了新颖的电路、 底盘设计， 可以有效地对 前方的障碍物进行检测、规避，速度快、精度高，而且 整体成本极低（约在 10 元左右），便于实际应用。应用 范围广，配合无线视频、音频传感器可以对危险环境监 测，例如反恐现场环境探测、有害毒气泄露场所、野外 监测等。也可用于教育、娱乐等，由于采用模块化便于 升级，可以以

11、此为基础开发成教育机器人和娱乐机器人。 因为采用了新颖的电路，整体成本极低，便于推广，可 以获得良好的经济效益。8 / 14提出专利申报申报号 申报日期年月日专利申报情 况已获专利权批准批准号 批准日期年月日未提出专利申请学院学术委员会意见年月日9 / 14C.当前国内外同类课题研究水平概述当前国内外同类课题研究水平概述如下： 现行的避障小车多采用了微处理器或单片机作为电路的核心，譬 如以 at89sc51/52 、Avr 或者 Pic 等作为整个小车的硬件核心， 以算法作为 软件核心，需要单片机仿真、编程作为基础，对制作者的要求很高。这些 产片多以超声波传感器作为探测传感器，也有采用微动开关的。这样一来， 小车的成本就比较高。小车本体的机械结构设计多采用矩形或者方形，双 轮独立驱动，但往往配有两个辅助轮，这样就不利于小车实现壁障转弯等 动作。10 / 14D.推荐者情况及对作品的说明推 荐 者 情 况姓名性别 年龄职称工作单位资源与环境工程学院通讯地址山东理工大学资源与环境工程学邮政编码255000单位电话住宅电话推荐者所在 单位签章（签章） 2010 年 11 月