triz理论指导设计智能小车

1、 发明创新思维与方法课程设计报告理论指导设计智能小车小组成员：学号 姓名111300147 唐靖伟（组长）111300102 蔡志豪111300138 龙兴国111300155 吴和俊111300116 范增淳111300115 池晓冰111300152 王吾锴2014年5月8日成 绩： 评 语：指导教师： （签名）理论指导设计智能小车一、问题描述正近些年来,各大电子设计比赛陆续开展,例如"飞思卡尔"杯全国大学生智能车竞赛,全国大学生电子设计大赛等,智能小车是其中很重要的一个比赛项目。智能小车实用有趣,贴近生活,易于上手等特点,让越来越多的电子爱好者逐渐对智能小车的设计制作

2、有了兴趣。但由于缺乏对整体结构设计和实际组装操作的训练,不少朋友走了弯路。运用理论指导设计智能小车，使设计更具创造性，而且制作更简单方便，为我们解决了很大的问题。2、 问题分析（1）智能车本设计基于闭环测量、控制的原理，通过传感器将检测信号反馈给微处理，实时监控小车的运动状态并显示必要信息。利用微处理产生脉冲宽度调制（PWM）信号，通过驱动电路来控制直流电机的转动，从而实现小车的直线行走、左右拐弯、倒退、停止、躲避并绕过障碍物、自动寻找引导光源并定位、自动清理垃圾等功能。功能框图见图1。整个设计关键在于传感器的选择和安装，这些传感器要能够给出准确的信号让微处理来控制小车的行走。为了让小车有更好

3、的性能与质量，需要运用TRIZ理论将其方案优化，另外需要用TRIZ理论比较筛选出最理想的小车外壳模型、传感器、微处理器、电机驱动芯片、小车功能等一系列重要因素。（2）当前小车运用材料1、 小车的比较与选择  常见的电动小车是两轮驱动，一个电机驱动后面两个轮子转动，另一个电机控制前面两个轮子转向。它的缺点是：转弯的角度较大且固定，不能精确地控制转角的大小。小车在运行时平稳性较差。 而四轮驱动的小车，左右两边的轮子分别由两个电机控制，可以通过改变左右电机的转速来控制小车的转向，转弯的角度可大可小，这种控制方法能够使小车平稳地实现拐弯的功能，运行时车身稳定、没

4、有左右摇摆的现象。2、传感器的比较与选择  (1)路径识别传感器。常用的传感器有可见光光电传感器、红外光光电传感器、CCD光电传感器等。经过比较，选用了体积小、抗干扰性强、价格便宜的红外光光电传感器GK-SB5，配以外围电路可准确实现识别黑色和白色的功能。GK-SB5使用的是红外光发射和接收，受外界环境的影响较小，另外GK-SB5体积较小，便于调节位置，以适应识别不同宽度黑线的需要。 (2)寻光传感器 场地的车库后边有一个白炽灯(200W)，它是小车进车库的目标光源。常用的光敏元件有光敏电阻、光敏二极管、光电池等。我们选择了能够满足要求而且价格便宜的光敏

5、二极管，它的阻值根据光强的大小而变化，配以一定的外围电路就可以实现高低电平的输出。  (3)金属探测器 为精确的检测到薄铁片，同时为了使用单一电源，我们选择了能在5V电压下正常工作的金属检测接近开关。这种开关反应灵敏，体积小，实验证明检测开关对金属的感应距离为10mm，可以有效的检测到信号。 (4)障碍识别探测器 常用的障碍识别探测器有光电传感器、超声波传感器等。在实验中我们发现超声波传感器对远距离障碍物识别较好，对近距离障碍物识别较差，一般的光电传感器容易受到白炽灯光源的影响。因此我们选用了既能准确识别远近障碍又有较强抗干扰性的、带有调制功能

6、的光电传感器。  3、微处理器的比较与选择    常用的微处理器有80X86、单片机和DSP等。经过综合考虑，我们选择了价格便宜、性能可靠、能够满足本设计要求的51系列单片机，以提高整个系统的性价比。我们选用了89C52芯片。4、电机驱动芯片的比较与选择小车为四轮驱动，为了使小车灵活运动，要求小车在速度和方向上能够大范围调整。为此我们选择了接口简单、便于单片机控制的脉宽调制电路。传统的脉宽调制电路大多采用分立元件，缺点是分立元件较多，电路庞杂，易于出故障。我们首先采用了脉宽调速专用集成电路L293，但在实验中发现L293的驱动能力有限

7、。我们又改用中功率脉宽调速专用集成电路L298。一片L298可驱动两个直流电机，芯片外围只需几个电容和二极管，电路很简洁，驱动强劲。（3）创新思维方法创新思维的目的：克服思维定式，打破技术系统旧有的障碍模式，发散思维。在遵循客观规律的基础上，引导思考者沿着一定的维度来进行发散思考。3、 整体解决思路根据我们小组对智能小车的了解与进一步地学习，经过综合考虑，大致确定了研究问题方法，决定运用创新思维方法中的九屏幕法与最终理想解的方法来设计全新的智能小车。九屏幕法是一种分析问题的手段，而并非一种解决问题的手段。它体现了如何更好地理解问题的一种思维方式，也确定了解决问题的某个新途径。 最终理想解发明问

8、题解决理论TRIZ在解决问题之初，首先抛开各种客观限制条件，通过理想化来定义问题的最终理想解，以明确理想解所在的方向和位置，保证在问题解决过程中沿着此目标前进并获得最终理想解，从而避免了传统创新涉及方法中缺乏目标的弊端，提升了创新设计的效率。其中，九屏幕法可以用来探究小车外壳模型，最终理想解用以寻找最适合的传感器、微处理器、电机驱动芯片、小车功能等一系列重要因素。四、具体解决步骤（一）九屏幕法探究小车模型性能较差的受控小车一般智能小车性能优越、功能齐全的智能新车两轮驱动小车外壳四轮驱动小车外壳多轮特制小车外壳矿石、树胶金属、塑料合成的有机材料针对每个格子，考虑可利用资源，选择解决技术问题：对于

9、子系统、系统、超系统的过去不予考虑，而对其现在及将来进行分析，目前而言我们使用的是一般的材料，小车功能不够全面，且易受损，成本较大；未来我们可采用用特殊方法合成的有机材料，增强小车的性能，减轻小车质量，提高速度，运用多轮特制外壳，使小车更加灵活功能齐全。（二）最终理想解寻找最适合的传感器、微处理器、电机驱动芯片、小车功能等第1步: 设计的最终目的是什么? 具备巡黑色引导线、发现薄铁片、避障和发现目标光源进车库、自动清理周围垃圾等功能的智能小车 第2步: 理想解是什么?拥有准确识别黑线与白纸，给出识别信号的路径识别传感器、能够提高整个系统的性价比的微处理器、使小车灵活运动，要求小车在速度和方向上

10、能够大范围调整的电机驱动芯片第3步: 达到理想解的障碍是什么？如何设计电路图，寻找适当材料，使小车体积更大、质量可变、性能稳定、速度快、智能化高，并且容易操作。第4步：它为什么成为障碍？小车功能较多，需要安装的芯片及材料较多，且要求自动清理垃圾要求体积大，一般的元器件会使小车质量变大许多，从而降低了小车的是速度与灵敏度。而且一般材料的质量是难以改变的，增大了设计的难度。第5步：如何使障碍消失？采用使用新型合成材料，减轻质量，提高性能；运用电路相关的知识，旋转曲面，编辑程序更高级的程序，从而减少芯片的数量；运用电磁感应相关知识可以控制质量。第6步：什么资源可以帮助你？材料，传感器，单片机，电学知识，传动知识。第7步：在其他领域或其他工具可以解决这个问题吗？目前新型材料正在开发，将来有可变质量的元器件。且芯片开发速度飞速，再过不久应该可以