避障小車制作

1、智能避障小車實(shí)驗(yàn)報(bào)告與總結(jié)學(xué) 院： 機(jī) 電 工 程 學(xué) 院 專業(yè)年級(jí)：09級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化 隊(duì)員姓名： 智能避障小車實(shí)驗(yàn)報(bào)告與總結(jié)摘要：本設(shè)計(jì)制作的是單片機(jī)控制的自動(dòng)避障小汽車，以單片機(jī)為小汽車的“大腦”，紅外線探頭為小汽車的“眼睛”，電機(jī)為小汽車的“雙足”?！按竽X”控制“眼睛”去看前方是否有障礙物，當(dāng)“眼睛”看到障礙后，由大腦來控制“雙足”的行動(dòng)方向。從而實(shí)現(xiàn)小汽車的自動(dòng)避障。關(guān)鍵詞： 單片機(jī) 紅外線 傳感器 避障 小車一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求小車從無障礙地區(qū)啟動(dòng)前進(jìn)，感應(yīng)前進(jìn)路線上的障礙物后，根據(jù)障礙物的位置選擇下一步行進(jìn)方向。二、方案設(shè)計(jì)與論證本設(shè)計(jì)制作的是單片機(jī)控制的自動(dòng)避障小汽車，以單

2、片機(jī)為小汽車的“大腦”，紅外線探頭為小汽車的“眼睛”，電機(jī)為小汽車的“雙足”?！按竽X”控制“眼睛”去看前方是否有障礙物，當(dāng)“眼睛”看到障礙后，由大腦來控制“雙足”的行動(dòng)方向。從而實(shí)現(xiàn)小汽車的自動(dòng)避障。電路原理簡單，結(jié)構(gòu)明了。如圖為整個(gè)系統(tǒng)的框圖。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們的自動(dòng)避障小車主要由六個(gè)模塊構(gòu)成：車體框架、主控模塊、探測模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。 各模塊分述如下：1、 小車車體在設(shè)計(jì)車體框架時(shí)，我們有兩套起始方案，自己制作和直接購買車身。 方案二：自己設(shè)計(jì)制作車架 自己制作小車底盤，用兩個(gè)直流減速電機(jī)作為主動(dòng)輪，利用兩電機(jī)的轉(zhuǎn)速差完成直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、左后轉(zhuǎn)、右后轉(zhuǎn)、倒車等動(dòng)作。減速電機(jī)扭矩大，

3、轉(zhuǎn)速較慢，易于控制和調(diào)速，符合避障小車的要求。而且自己制作小車框架，可以根據(jù)電路板及傳感器安裝需求設(shè)計(jì)空間，使得車體美觀緊湊。但這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力且成本較高。方案二：購買半成品小車底盤改裝，此種方案方便簡潔而且價(jià)格低廉，小車各個(gè)機(jī)械部分安裝完整，只需稍加改裝就可以使用。而且我們主要是目的是小車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因此我們采取該方案。2、 主控板小車的主控系統(tǒng)，即小車的大腦，我們采用了STC89C52單片機(jī)制作的最小系統(tǒng)。3、避障模塊避障方案選擇，方案一：采用超聲波避障。超聲波受環(huán)境影響較大，電路復(fù)雜，而且地面對(duì)超聲波的反射，會(huì)影響系統(tǒng)對(duì)障礙物的判斷。    

4、方案二：采用紅外線避障。利用單片機(jī)來產(chǎn)生38KHz信號(hào)，并用250HZ的方波對(duì)紅外線發(fā)射管進(jìn)行調(diào)制發(fā)射，發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時(shí)候反射回來，紅外線接收管對(duì)反射回來信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，輸出TTL電平。外界對(duì)紅外信號(hào)的干擾比較小，且易于實(shí)現(xiàn)，價(jià)格也比較便宜，故采用方案二。4、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊使用L293D芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī) 。L293D是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號(hào)，而且?guī)в惺鼓芏耍奖鉖WM調(diào)速，電路簡單，性能穩(wěn)定，使用比較方便。L293D芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，正好符合我們小車兩個(gè)二

5、相電機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求。三、硬件設(shè)計(jì)1、小車改裝我們使用的小車是專門用來制作智能小車的底盤套件，我們發(fā)現(xiàn)它的萬向輪是用的牛眼輪，這種輪子在行走時(shí)摩擦較大而且容易產(chǎn)生噪聲，因此我們用自制的萬向輪取代了牛眼輪。小車其他部件性能均良好。3、 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)4、 電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)5、 避障模塊設(shè)計(jì)本模塊由三組紅外光電對(duì)管傳感器和一塊lm393電壓比較器中控板組成。紅外光電傳感器采用紅外線發(fā)射與接收原理，發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時(shí)候反射回來，紅外線接收管對(duì)反射回來信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，輸出TTL電平。輸出的TTL電平經(jīng)過電壓比較器進(jìn)行二值化處理后輸入單片機(jī)處理。（圖）四、軟件設(shè)計(jì)五、運(yùn)行情況測試每一件產(chǎn)品的生產(chǎn)完成后都

6、要對(duì)其各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行測試和調(diào)試，在本設(shè)計(jì)制作完成后，對(duì)其轉(zhuǎn)彎和檢測障礙的距離進(jìn)行了調(diào)試和測試。 首先，小汽車的轉(zhuǎn)彎時(shí)間。根據(jù)不同的路面，小汽車轉(zhuǎn)過90°彎時(shí)所用的轉(zhuǎn)彎時(shí)間各不相同，在光滑的路面上轉(zhuǎn)彎的時(shí)間是0.4s左右，在粗糙的路面則需要0.6s左右的時(shí)間，所以經(jīng)過綜合考慮后，把小汽車的轉(zhuǎn)彎時(shí)間調(diào)整為0.5s，使小汽車在行駛過程中能夠做到最佳的運(yùn)行狀態(tài)。 其次，檢測障礙的距離。因?yàn)樾∑嚨谋苷鲜遣捎眉t外線避障的，而采用紅外線避障的缺點(diǎn)就是，紅外線遇到黑色的障礙物后，其光線容易被黑色物體吸收，使得單片機(jī)無法檢測到黑色障礙物，所以小汽車遇到黑色障礙物時(shí)將不能很好的避障，甚至不能避障。但

7、在對(duì)一般的障礙物進(jìn)行避障時(shí)，要根據(jù)小汽車的行駛速度來決定避障的距離。經(jīng)試驗(yàn)當(dāng)在車體前方放置白色物體時(shí)，小汽車距離障礙物20cm左右就能避障，當(dāng)在車體前方放置深色物體時(shí)，小汽車距離障礙物10cm左右才能避障。所以綜合考慮后決定把紅外線發(fā)射強(qiáng)度適當(dāng)提高，使得小汽車在遇到深色物體時(shí)離障礙20CM左右就能避障。以便使小汽車能夠很好的避障。調(diào)節(jié)紅外線發(fā)射電路中RW的阻值可以調(diào)節(jié)紅外線的發(fā)射強(qiáng)度，以此來調(diào)節(jié)避障的距離。六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)按照要求,小車很好的完成題目要求的任務(wù).本作品涉及到一系列的光電一體化的技術(shù),其中機(jī)械結(jié)構(gòu)是小車能否穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ),硬件電路決定了小車實(shí)現(xiàn)的功能,而軟件部分是控制的靈魂,算法的好壞直接決定了完成任務(wù)的質(zhì)量,在設(shè)計(jì)的過程中,我們遇到很多的困難,首先小車的底座上,考慮很久,最后我們結(jié)合實(shí)現(xiàn)的功能選擇一款有兩個(gè)固定車輪和一個(gè)萬向小輪. 采用了STC89C52單片機(jī)制作的最小系統(tǒng)。我們充分體會(huì)了這款單片機(jī)的性能優(yōu)越性和便利性,其單芯片設(shè)計(jì)方案對(duì)提高產(chǎn)品集成,降低系統(tǒng)成本有很大的幫助,最后核算,整個(gè)小車的成本不超過180元.其二,關(guān)于紅外避障探頭的安置問題,由于小車車身并不具備完善我安置紅外避障探頭的鉆孔,經(jīng)過多次試驗(yàn),最后采取另外自制與車