26组简易智能电动车设计报告.doc

简易智能电动车 作 者: 刘 昊 黄 建 李慧来 指导教师: 黄根春 摘 要 本系统以单片机为核心，采用脉冲宽度调制方法（PWM）方便地实现了对小车速度的精确控制。由反射式红外传感器、超声波传感器、接近开关、霍尔开关等传感器探测周围环境数据，依此来控制小车的速度和转向。在直道和弯道区，小车以红外传感器探测跑道上的黑线做引导标志；利用霍尔开关计量车程；通过接近开关探测道路上的薄铁片，并在最后一个铁片处停车。另外，系统在硬件上进行了去抖动的处理，增强了其抗干扰能力。 方案选择和论证 1．电机的选择 方案一：使用步进电机。步进电机的优点是具有快速启动和停转能力、转动角度精确。但此方案缺点显著，步进电机的功率小、速度慢，另外，其价格较高，且在原有的小车结构上不易找到合适的步进电机进行安装，硬件改造难度很高。 方案二：使用小车上原有的直流电机。虽然直流电机不易精确控制，但对于小车来说，其精确性并不十分重要。而其调速平滑方便，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转；调整范围广、过载能力强、能承受频繁的冲击负载等优点则显得尤为突出。 因此，我们选择方案二。 2．电机驱动模块 方案一：调压方法。通过电阻网络或数字电位器调整电机的分压，从而达到调速目的。这种方案只能实现有限级调速，而且由于电机的内阻一般较小，因此分压后电机的效率不高。 方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制。通过控制开关的切换速度实现对小车的速度进行调整。此方案电路简单，但继电器易损坏、寿命短，可靠性不高。 方案三：采用由达林顿管组成的H型PWM电路驱动电机。这种电路由于管子交替工作在饱和与截止的模式下，因此效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极强。 基于以上分析，选用方案三。 3．电源选择 方案一：所有器件采用单一电源。这样供电比较简单；但是由于电动机启动瞬间电流很大，而且PWM驱动电流波动较大，会造成电压不稳、有毛刺等干扰，严重时可能造成单片机系统掉电。 方案二：双电源供电。对电机驱动电路与单片机以及其周边电路分别独立供电。这样做可以消除电动机驱动所造成的干扰，提高了系统稳定性。 由于系统稳定性对小车完成即定任务至关重要，故采用方案二。 4．引导线检测 方案一：用光敏传感器。地面的黑色和白色反光程度不同，由此判断传感器是否在黑线上方。但此方法易受到外界光源的影响，检测的灵敏度与小车的行驶环境有关，这就降低了系统的适应能力和可靠性。 方案二：采用反射式红外传感器。红外线检测方法则能在一定程度上避免外界光源干扰的问题。一般光源红外线频段能量较弱，对传感器的干扰较小，而且红外线波长大，近距离衰减小，用红外传感器探测近距离黑线更可靠。 考虑到系统调试的过程中，行驶环境会有一定变化，因此选用方案二。 反射式红外传感器的安装方案： 方案一：两个红外传感器并排安装，间距小于引导线宽度2cm，其中心线和小车中心线重合。小车在引导线的引导下行驶时，当某一个传感器探测到白纸时便立即控制转弯，调整方向。但是考虑到小车的机械性能不可能那么理想且小车具有一定惯性，容易出现两个传感器在引导线同一侧的情况，导致小车失控。 方案二：两个红外传感器的间距大于引导线宽度2cm，检测到黑线时小车转弯。适当加大传感器的距离，以保证小车有足够的转弯时间。 由于我们选用的小车车身较重，有一定的惯性，因而选用第二种方案。 5．路程测量 方案一：借鉴光电鼠标的工作原理。在车轮上均匀地安装多个遮光条，用计数光脉冲的方法测量小车的位移，并据此计算车子的速度。 方案二：用霍尔开关感应车轮的转速。在车轮上均匀地安装磁片，在车轮中心轴上安装霍尔开关。 考虑到方案二安装相对简单，且能够达到题目要求，因此我们选择了方案二。 6．金属探测 方案一：采用分立的霍尔元件。此方案电路复杂、灵敏度低。 方案二：采用工业用的集成金属检测元件（接近开关）。元件使用简单，灵敏度较高。 故采用方案二。 7．障碍物探测 方案一：利用激光测距来测量有效的安全距离来控制。此方案探测距离准确、性能可靠；但造价较高，器件不易购买。 方案二：采用超声波探测。由于超声波频率高、波长短、定向性好，而且振幅小、加速度大、能量集中，适合于测量距离。特别是对这一题目而言，超声波不易受强光干扰，提高了系统的可靠性。 因此，采用方案二。 综上所述，系统框图如图1所示。 图1 系统框图 基本原理与具体实现 1. 引导线探测模块 ST188反射式红外传感器由发光二极管和光敏三极管组成，由发光二极管发出的光线经地面反射后射入光敏三极管并控制其通断。 如图2所示，当传感器处于黑线上方时，由于黑线红外光线的反射能力很弱，光敏三极管截止，输出端输出为高电平；反之，传感器离开黑线时，输出端输出为低电平。将