設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易智能電動(dòng)小車(chē)的論文免費(fèi)下載

　　簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車(chē)實(shí)現(xiàn)了路面標(biāo)識(shí)跟蹤、金屬探測(cè)、曲線(xiàn)行駛、躲避障礙物、尋找光源以及安全進(jìn)入車(chē)庫(kù)等功能，并且能夠在行駛過(guò)程中用語(yǔ)音、指示燈等方式提示電動(dòng)車(chē)的行駛狀態(tài)。

　　采用左右獨(dú)立的傳動(dòng)模式行駛，通過(guò)光電、紅外和接近開(kāi)關(guān)等傳感器，由單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)決策智能車(chē)的行駛狀態(tài)。采用PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的多級(jí)調(diào)速；采用硬件自學(xué)習(xí)電路提高對(duì)不同黑白程度路面的適應(yīng)能力。獨(dú)特的雷達(dá)掃描式光電探測(cè)裝置保證了光源探測(cè)的靈活性，提高了控制決策的有效性。

　　不同路段的軟件模塊對(duì)各個(gè)傳感器賦以不同的權(quán)值，提高了各個(gè)路段行駛策略的針對(duì)性。通過(guò)均值采樣算法降低了噪聲信號(hào)的干擾，通過(guò)模糊控制算法實(shí)現(xiàn)了智能避障和光源跟蹤。采用原子模塊循環(huán)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析、處理和控制輸出。

　　一、方案選擇與論證

　　1、運(yùn)動(dòng)方式的選擇

　　通常的運(yùn)動(dòng)方法有輪式和履帶驅(qū)動(dòng)式兩種，其選擇依賴(lài)于路面狀況、機(jī)械復(fù)雜性和控制復(fù)雜性。

　　方案一：采用四輪——常見(jiàn)的汽車(chē)結(jié)構(gòu)模式

　　特點(diǎn)是一個(gè)馬達(dá)作為動(dòng)力，通過(guò)變速箱驅(qū)動(dòng)后輪；另一個(gè)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向輪來(lái)決定行駛方向。優(yōu)點(diǎn)是在直道行駛速度較快、方向和速度相互獨(dú)立。缺點(diǎn)為轉(zhuǎn)彎半徑大、驅(qū)動(dòng)輪易打滑、導(dǎo)向輪方向不易精確控制。

　　方案二：采用履帶式結(jié)構(gòu)

　　特點(diǎn)：兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩條履帶。優(yōu)點(diǎn)是可以在原地轉(zhuǎn)動(dòng)；在不平的路面上性能穩(wěn)定，牽引力大。缺點(diǎn)為速度慢、速度和方向不能單獨(dú)控制摩擦力很大；能量損耗大，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

　　綜合考慮，我們將輪式和履帶式的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，采用兩個(gè)大腳車(chē)的模型（見(jiàn)附圖三）拼接而成，達(dá)到了較好的機(jī)動(dòng)性和可控性。

　　2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速方案論證

　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速方案的控制目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)及調(diào)速

　　方案一：電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整分壓

　　采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器分壓調(diào)整電動(dòng)機(jī)的電壓。但電動(dòng)機(jī)工作電流很大；分壓不僅會(huì)降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。

　　方案二：采用繼電器開(kāi)關(guān)控制

　　采用繼電器控制電動(dòng)機(jī)的開(kāi)或關(guān)，通過(guò)開(kāi)關(guān)的切換調(diào)整車(chē)速。優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間慢、控制精度低、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性低。

　　方案三：H型PWM電路

　　采用電子開(kāi)關(guān)組成H型PWM電路。H型電路保證了簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；用單片機(jī)控制電子開(kāi)關(guān)工作的占空比，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。最終選擇方案三。

　　3、路面探測(cè)方案論證

　　探測(cè)路面黑線(xiàn)的原理：光線(xiàn)照射到路面并反射，由于黑線(xiàn)和白線(xiàn)的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來(lái)判斷傳感器和黑線(xiàn)相對(duì)位置。

　　方案一：采用可見(jiàn)光發(fā)光二極管和光敏二極管

　　采用普通可見(jiàn)光發(fā)光管和光敏管組成的發(fā)射－接收電路。其缺點(diǎn)在于易受到環(huán)境光源的影響。即便提高發(fā)光管亮度也難以抵抗外界光的干擾。

　　方案二：采用反射式紅外發(fā)射－接收器

　　采用反射式紅外發(fā)射－接收器。直接用直流電壓對(duì)發(fā)射管進(jìn)行供電，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境光源的抗干擾能力強(qiáng)，在要求不高時(shí)可以使用。

　　方案三：采用脈沖調(diào)制的紅外發(fā)射－接收器

　　在方案二的基礎(chǔ)上采用脈沖調(diào)制發(fā)射。由于環(huán)境光干擾主要是直流分量，因此如果采用帶有特定交流分量的調(diào)制信號(hào)，則可在接收端采用相應(yīng)的手段來(lái)大幅度減少外界干擾。缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜﹑成本高。

　　根據(jù)本題目中對(duì)探測(cè)地面的要求，由于傳感器可以在車(chē)體的下部，發(fā)射、接收距地面都很近，外界光對(duì)其的干擾都很小。在基本不影響效果的前提下，為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，我們選用了方案二。

　　4、障礙物探測(cè)模塊

　　方案一：超聲波探測(cè)

　　采用超聲波器件。超聲波波瓣較寬，一個(gè)發(fā)生器就可以監(jiān)視較寬的范圍。其優(yōu)點(diǎn)為抗干擾能力強(qiáng)，不受物體表面顏色的影響。缺點(diǎn)為實(shí)現(xiàn)電路復(fù)雜，且用通常的測(cè)量方法在較近距離上有盲區(qū)。

　　方案二：光電式探測(cè)

　　采用光電式發(fā)射、檢測(cè)模塊。由于單個(gè)發(fā)射器的照射范圍不能太小，因此不使用激光管。用波瓣較寬的脈沖調(diào)制型紅外發(fā)射管和接收器。其優(yōu)點(diǎn)是電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，抗干擾性較強(qiáng)。

　　由于題目中已知障礙物外表為白色，有利于紅外線(xiàn)的反射。同時(shí)從電路實(shí)現(xiàn)的難易程度上考慮，我們最終選擇了方案二。

　　5、尋光定向模塊

　　題目條件是在終點(diǎn)線(xiàn)后放置200W白熾燈用以指向，因此采用普通光敏三極管進(jìn)行檢測(cè)。

　　方案一：車(chē)轉(zhuǎn)式安裝

　　采用固定方向安裝方式。將兩個(gè)光敏三極管固定在車(chē)頭的左右兩邊指向前方，當(dāng)車(chē)頭對(duì)準(zhǔn)光源時(shí)，兩傳感器輸出平衡；當(dāng)車(chē)的方向不準(zhǔn)時(shí)，通過(guò)兩傳感器輸出的差別控制車(chē)原地轉(zhuǎn)向來(lái)尋找光源。

　　方案二：模擬雷達(dá)掃描

　　用裝在車(chē)底盤(pán)上的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)圓盤(pán)左右掃描，裝在圓盤(pán)上的光敏傳感器通過(guò)掃描，可以準(zhǔn)確定位光源。

　　方案一實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)為尋找光源較麻煩，需要驅(qū)動(dòng)整輛智能車(chē)轉(zhuǎn)動(dòng)，功耗多且浪費(fèi)時(shí)間；方案二實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，但是其定位準(zhǔn)確，僅轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)而不用轉(zhuǎn)動(dòng)智能車(chē)，節(jié)省了電源和時(shí)間?？紤]到題目的指標(biāo)要求及系統(tǒng)性能要求，我們采用了方案二。

　　6、車(chē)輪檢速及路程計(jì)算模塊

　　方案一：磁感應(yīng)式

　　采用霍爾元器件（霍爾元器件應(yīng)用霍爾效應(yīng)，輸出量與磁場(chǎng)的大小有關(guān)）并在車(chē)輪上安裝磁片，利用位置固定的開(kāi)關(guān)型霍爾元器件來(lái)檢測(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)進(jìn)行車(chē)速測(cè)量。

　　方案二：光反射式

　　采用反射式紅外器件。在車(chē)輪輪輻面板上均勻畫(huà)出黑底白線(xiàn)或白底黑線(xiàn)，通過(guò)正對(duì)線(xiàn)條的反射式紅外器件，產(chǎn)生脈沖。通過(guò)對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)測(cè)速。

　　方案三：光對(duì)射式

　　采用對(duì)射式紅外傳感器。在輪輻面板上均勻刻出孔，在輪子兩側(cè)固定相對(duì)的紅外發(fā)射、接收器件。在過(guò)孔處接收器可以接收到信號(hào)。從而輪子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以產(chǎn)生連續(xù)脈沖信號(hào)，通過(guò)對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)進(jìn)行車(chē)速測(cè)量。

　　以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和輸出精確作為選擇標(biāo)準(zhǔn)，我們認(rèn)為使用方案一的工作量最小。方案二、三雖然可以達(dá)到較高的精度（磁片不可能放置太密），但安裝較麻煩。由于題目中對(duì)路程的記錄沒(méi)有較高的精度要求，因此選擇了方案一。

　　7、供電電源選擇

　　方案一：?jiǎn)坞娫垂╇?/p>

　　優(yōu)點(diǎn)是供電電路簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是由于電機(jī)的特性，電壓波動(dòng)較大，嚴(yán)重時(shí)可能造成單片機(jī)系統(tǒng)掉電。

　　方案二：雙電源供電

　　將電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源其它電路電源分離，利用光電耦合器傳輸信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)是減少耦合，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；缺點(diǎn)為電路較復(fù)雜，電池占空間較大。

　　由于車(chē)耗電量較大，用3節(jié)鋰電池（每節(jié)3V）或6節(jié)5號(hào)堿性電池串聯(lián)供電，可以滿(mǎn)足電量要求，為了節(jié)省有限的空間，選用單電源供電。又考慮到鋰電成本較高，且車(chē)體需要電池來(lái)配平重心，最終選用6節(jié)堿性電池裝到車(chē)體后部。電流分為兩路，一路通過(guò)7805穩(wěn)壓后向控制系統(tǒng)和傳感器供電，另一路加到電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，并在電機(jī)端口兩端加上了0.1uf去耦電容。