自动循迹追光避障声控电动小车.doc

自动循迹追光避障声控电动小车 摘要 本设计分为四个模块，驱动电路模块，光电传感器模块，超声波模块，声音传感器模块，追光模块。左右轮的ＰＷＭ驱动电路用于控制小车前进过程中的，左转和右转，和前进过程中的速度。探测模块利用光电传感器（光电对管）对小车的行驶状态进行判断。在跑道中利用光电开关做传感器是本设计的一个亮点，小车在行驶时利用光电开关探测距离较远这一特点，合理的安排传感器的位置，可以很好地实现跑完全程的目的，这是我们循迹比较好的创新点。 一、 系统方案 本系统采用自制电动小车，以51单片机作为智能小车的检测和控制核心，通过两个直流电机驱动。当小车的大概位置确定后，启动直流电机，通过小车底部的光电传感器在预定的轨迹上行进。系统使用了红外对管，通过黑线的引导可实现小车自动上板并对小车在板上的运动进行准直。在场地中设置障碍物，当超声波传感器检测到障碍物时通知51单片机控制小车躲避障碍物，执行下一步预设动作。 二、方案论证与比较 1、小车车体 在设计车体框架时，我们有两套方案，自己制作和购买车身。 方案一: 自己设计制作车架和小车底盘，用两个直流电机作为主动轮。自己制作小车框架，可以根据电路板及传感器安装需求设计空间，使得车体美观紧凑。但是这种方法费时费力且成本高。 方案二： 购买半成品小车底盘改装，此种方案方便简洁而且价格低廉，小车各个机械部分安装完整，只需稍加改装就可以使用。而且我们主要目的是小车控制系统的设计，因此我们采取该方案。 2、轨迹探测模块 方案一： 采用光电对管对小车行驶的路况进行判断。 普通光电对管，具有价格低，采购时容易购买到的优点，但其缺点是，探测距离近，易受外界其他红外光的干扰，这样无法保证小车在高速行驶时单片机能够准确的获取小车行驶的路况状态，易造成行驶过程中的误判，是小车掉下跑到。经我们多次测试，其稳定性无法满足赛道要求，故，果断放弃该方案。 方案二： 利用投射式光电对管，进行手工加工后改装为光电对管。投射式光电对管较一般的光电对管要更灵敏，其光束能量高，方向性强，在我们经过多次测试后得出这种经自己改装的光电对管具有探测距离远（经小组成员多次测试，一般情况下探测距离可达三厘米左右），稳定性高等优点。在市场上也较易购得，但由于跑道是架在空中的，此对管无法探测到小车体积以外的路况，故也放弃。 方案三： 采用光电开关。光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以很方便的驱动两个直流电机或则一个步进电机。该芯片性能稳定，通过电流可达２Ａ，内部集成死区调节功能，可以为小车提供充足的动力。而且易于ＰＷＭ调速，综合考虑，采用方案二比较可靠。 4、避障模块 方案一:采用红外传感器 该传感器模块对环境光线适应能力强，其具有一对红外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外线反射回来被接收管接收，该传感器的探测距离可以通过电位器调节、具有干扰小、便于装配、使用方便等特点，但是红外避障的缺点是当红外线遇到黑色障碍物后，其光线容易被黑色物体吸收，使得单片机无法检测到黑色障碍物，所以小车遇到黑色障碍物时将不能很好的避障。 方案二：采用超声波传感器 系统利用超声测距来探测障碍的位置，超声波测距采用时间差测距法，即超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时，根据超声波在空气中的传播速度和计时器记录的时间，就可以计算出发射点距障碍物的距离。超声传感器的成本低，实现方法简单，技术成熟，是避障系统的常用传感器。超声波是指谐振频率高于20?Hz的声波，频率越高反射能力越强。超声波传感器价格低廉，其性能几乎不受光线、粉尘、烟雾、电磁干扰的影响，并且，金属、木材、混凝土、玻璃、橡胶和纸等可以反射近乎100％的超声波，因而，可以用来探测物体。所以采用方案二。 追光模块 方案一： 采用光敏电阻传感器 光敏电阻的特性是光照变化时其电阻值随着变化，所以可以通过电阻值的变化得出光照强度的变化，而电阻值的变化可以反映在电阻两端的电压值的变化情况上，这样可以设计一个简单的电路，该电路由光敏电阻分压并可以将光敏电阻两端的电压信号作为输入信号输入单片机，然后进行数模转换，将输入单片机的电压模拟信号转换成数字信号，再由单片机处理转换出来的数字