智能电动小车

智能电动小车（精选7篇）

智能电动小车 篇1

摘要：本设计采用AT89c51单片机对电机进行控制, 采用PWM脉宽调制方式实现对直流电机转速的控制, 采用H型驱动电路控制电机转向。通过IO口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号, 信号经过芯片L293D驱动步进电机实现智能小车的方向控制。整个系统的电路结构简单, 可靠性能高, 为工厂的智能控制化做好铺垫。

关键词：AT89C51单片机,PWM,L293D

一、前言

随着汽车工业的迅速发展, 关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目, 全国各高校也都很重视该题目的研究。特别在智能控制方面, 小车按固定的轨道运行 (寻迹) 以及遇见紧急情况 (行人) 可以避开 (避障) , 在工厂里的智能控制方面非常重要。因此智能电动小车的设计也越来越重要。下面我们就从智能电动小车的设计展开论述。

二、总体设计框图及控制原理

本智能电动小车设计采用AT89C51作为控制器, 开始由手动启动小车, 并复位, 当经过规定的起始黑线, 由超声波传感器和红外光电传感器检测, 通过单片机控制小车开始避障、调速;系统的自动避障功能通过超声波传感器正前方检测和红外光电传感器左右侧检测, 由单片机控制实现;在电动车进驶过程中, 采用双极式H型PWM脉宽调制技术, 以提高系统的静动态性能。

系统控制框图如图1所示:

三、分部硬件设计

1、小车本体选择

为了方便我们选用四轮式行走机构, 它具有以下特点:结构简单、运动平稳、移动速度快、易于控制。车体框架, 基于方便, 我们以对称结构为基础设计。电动小车整体图如图2所示。

2、单片机小系统避障设计

AT89C51是片内有ROM/EPROM的单片机, 因此, 这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。用AT89C51单片机构成最小应用系统时, 只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可, 如图3所示。

3、避障电路设计

避障系统采用的是超声波检测。接收电路的输出端接单片机的外部中断源输入口。系统定时发射超声波, 在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器, 利用定时器的技术功能记录超申博发射的时间和接收到发射波的时间。但收到超声波的反射波时, 接收电路输出端产生一个负跳变, 在单片机的外部中断源输入口产生一个中断请求信号, 单片机相应外部中断请求, 执行外部中断服务子程序, 读取时间差, 计算距离。避障电路如图4所示。

4、小车寻迹电路设计

利用红外线在黑线和白纸对光的反射系数不同的特点, 在小车在行驶过程中不断向地面发射红外光, 根据接收到的反射光强弱来判断是否是黑线。利用这个原理, 可以控制小车行走的路迹。当红外发射管发射红外线信号, 经白色反射后, 被接收管接收, 一旦接收管接收到信号, 光敏三极管导通, 比较器输出低电平, 而红外线信号经黑色吸收后, 光敏三极管截止, 比较器输出高电平, 这就实现了通过红外检测信号的功能。将检测到的信号送到单片机进行分析处理。然后将处理后的结果发送到电机驱动模块, 进行校正。为了保证小车沿黑线行驶, 我们采用了四个线外探测头进行并行排列, 进行两级方向纠正控制, 这样控制精度得以提高。在小车行走过程中, 若向左方向偏离黑线, 则右侧的探头就会检测到黑线, 把信号传送到单片机。进行处理校正。控制其向右转, 反之, 向左转。电路如图5.在该电路中, 加比较器LM339的目的, 是使模拟量转化为开关量, 便于处理。为使发射有一定的功率, 发射回路要求不小于20mA的电流。

5、电机驱动电路设计

智能小车行走功能的实现依靠电机的驱动和调速。一个电动车整体的运行性能, 首先取决于它的电池系统和电机系统。通常使用的电机类型:步进电机和直流电机。直流电机:功率大, 速度快需要齿轮减速器, 电流通常大, 控制 (PWM) , 体形较小, 操作方便。

我们采用L293D芯片, 其驱动电路如图6所示。使用电机驱动芯片L293D, 不仅可以大大简化驱动电路, 而且功率容量大, 有利于电机转速的稳定。L293D在电机控制中可以灵活的应用, 如对电机输出能力的控制, 在单片机中可以进行脉宽调制 (PWM) , 实现对电机转速的精确控制。

四、测试数据及实物图

1、测试数据

(1) 寻迹模块:

寻迹模块硬件数据测试, 当红外对管下是白色和黑色时所对应的电压值如下表。

所测对应电压值为正常范围。

(2) 避障模块:

避障模块硬件数据测试, 用示波器对输出端进行测试, 所得波形如图7所示。

所测波形属正常范围。

(3) 电机驱动模块:电动机能正常运转。

2、实物图及结论

智能电动小车实体如图8所示, 小车总体的运行情况比较良好, 能够按照设定的路线进行寻迹, 能够进行简单的避障, 但是性能方面还有待进一步进行提高, 能够应用于实际现场中, 提高工厂中的智能控制化。

参考文献

[1].张红莲.基于单片机的超声波测距系统的设计[M].PLC&FA.2008.9

[3].卓晴, 黄开胜, 邵贝贝.学做智能车[M].北京航空航天大学出版社.2007.3

[2].李全利, 仲伟峰, 徐军.单片机原理及应用[M].清华大学出版社.2006.2

[4].张丹, 贺西平.基于单片机的超声波测距系统的设计[J].纺织高校基础科学学报.2008.5

[5].韩志军, 沈晋源, 王振波.单片机应用系统设计[M].机械工业出版社.2005.1

[6].徐建军.MCS-51系列单片机应用及接口技术[M].人民邮电出版社.003

[7].冯建华, 亮.单片机应用系统设计与产品开发[M].人民邮电出版社.2004

[8].李云钢, 逢兴, 龙志强.单片机原理与应用系统设计[M].中国水利水电出版社.2008.6

[9].潘超群.单片机控制技术在通信中的应用:MCS-5系列[M].电子工业出版社.2008.8

[10].三恒星科技.MCS-51单片机原理与应用实例[M].电子工业出版社.2008.01

浅谈电动小车循迹的基本设计原理 篇2

此部分是整个小车的大脑，是整个小车运行的核心部件，起着控制小车所有运行状态的作用。通常选用单片机作为小车的核心控制单元，本文以台湾凌阳公司的SPCE061A单片机为例予以介绍。SPCE061是一款拥有2K RAM、32KFlash、32个I/O口，并集成了AD/DA功能强大的16位微处理器，它还拥有丰富的语音处理功能，为小车的功能扩展提供了相当大的空间。只要按照该单片机的要求对其编制程序就可以实现很多不同的功能。

小车驱动电机一般利用现成的玩具小车上的配套直流电机。考虑到小车必须能够前进、倒退、停止，并能灵活转向，在左右两轮各装一个电机分别进行驱动。当左轮电机转速高于右轮电机转速时小车向右转，反之则向左转。为了能控制车轮的转速，可以采取PWM调速法，即由单片机的IOB8、IOB9输出一系列频率固定的方波，再通过功率放大来驱动电机，在单片机中编程改变输出方波的占空比就可以改变加到电机上的平均电压，从而可以改变电机的转速。左右轮两个电机转速的配合就可以实现小车的前进、倒退、转弯等功能。

二、小车循迹的原理

这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，通常采取的方法是红外探测法。

红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过15cm。对于发射和接收红外线的红外探头，可以自己制作或直接采用集成式红外探头。

三、红外探头的安装

在小车具体的循迹行走过程中，为了能精确测定黑线位置并确定小车行走的方向，需要同时在底盘装设4个红外探测头，进行两级方向纠正控制，提高其循迹的可靠性。其中循迹传感器共安装4个，全部在一条直线上。其中InfraredMR与InfraredML为第一级方向控制传感器，InfraredSR与InfraredSL为第二级方向控制传感器。小车行走时，始终保持黑线在InfraredMR和InfraredML这两个第一级传感器之间，当小车偏离黑线时，第一级探测器一旦探测到有黑线，单片机就会按照预先编定的程序发送指令给小车的控制系统，控制系统再对小车路径予以纠正。若小车回到了轨道上，即4个探测器都只检测到白纸，则小车会继续行走；若小车由于惯性过大依旧偏离轨道，越出了第一级两个探测器的探测范围，这时第二级动作，再次对小车的运动进行纠正，使之回到正确轨道上去。可以看出，第二级方向探测器实际是第一级的后备保护，从而提高了小车循迹的可靠性。

四、软件控制

小车进入循迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接的单片机I/O口，一旦检测到某个I/O口有信号，即进入判断处理程序（switch），先确定4个探测器中的哪一个探测到了黑线，如果InfraredML（左面第一级传感器）或者InfraredSL（左面第二级传感器）探测到黑线，即小车左半部分压到黑线，车身向右偏出，此时应使小车向左转；如果是InfraredMR（右面第一级传感器）或InfraredSR（右面第二级传感器）探测到了黑线，即车身右半部压住黑线，小车向左偏出了轨迹，则应使小车向右转。在经过了方向调整后，小车再继续向前行走，并继续探测黑线重复上述动作。

由于第二级方向控制为第一级的后备，则两个等级间的转向力度必须相互配合。第二级通常是在超出第一级的控制范围的情况下发生作用，它也是最后一层保护，所以它必须要保证小车回到正确轨迹上来，则通常使第二级转向力度大于第一级，即level2>level1 (level1、level2为小车转向力度，其大小通过改变单片机输出的占空比的大小来改变），具体数值在实地实验中得到。

总结

根据本文所讲述的方法，我们可以较容易地做出按照一定轨迹行走的智能电动小车。但是按照该方法行走的小车如果是走直线，有可能会是蛇形前进。为了使小车能够按轨迹行走的更流畅，可以在软件编程时运用一些简单的算法。例如，在对小车进行纠偏时，适当提前停止纠偏，而不要等到小车完全不偏时再停止，以防止小车的过冲。

摘要：在众多的电子设计竞赛中, 经常出现了简易智能小车这种集光、机、电于一体的题目。其中按照规定路线运动是其最基本的一项功能, 这实际上考核的就是对电动小车循迹的实现。本文主要介绍电动小车循迹设计的基本原理, 让读者了解小车是如何正确地进行循迹的。

关键词：循迹,红外探测,传感

参考文献

[1]徐爱军.智能化测量控制仪表原理与设计[M].北京航空航天大学出版社, 1995.

[2]内山明治.运算放大器电路[M].科学出版社, 2001.

[3]神保孝志.光电子学[M].科学出版社, 2001.

[4]吕惠智.红外技术[M].哈尔滨工程大学出版社, 1998.

[5]何希才.传感器及其应用电路[M].电子工业出版社, 2001.

[6]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].清华大学出版社, 1996.

[7]吴兴惠.传感器与信号处理[M].电子工业出版社, 1998.

智能电动小车 篇3

本文针对国内起重机小车研究不足的情况,对杭州某单位安装的一台电动葫芦桥式起重机,型号为LH16/5-28进行了相关研究。在使用中发现以下现象:当副钩满载从端梁侧向主梁中心行走时有卡阻现象(局部啃轨)。如果长此以往,就会缩短车轮与轨道的使用寿命,增加运行阻力,使运行电机及传动机构超载运行,随着啃轨加重就会烧毁电机或损坏传动机构,造成葫芦桥式起重机脱轨,当啃轨严重时,车轮可能爬到轨顶造成脱轨事故。本文应用鱼剌分析法进行了影响因素疏理,并针对主要原因提出了处置措施,可减少葫芦桥式起重机脱轨事故事故的发生。通过对葫芦桥式起重机的研究,为我国起重机轻量化技术提供了一定的理论和实例依据,也对整个物流机械行业向轻型化、节能化方向的发展起到了一定的推动作用。

1概况

经审查制造图纸及产品质量证明书,并进行现场踏勘及空载及荷载试验。本文应用鱼剌分析法,对照桥机啃轨可能主要原因进行分析疏理,现简述如下:(1)小车轨道安装质量符合国家规范要求;(2)小车主动车轮直径相等,车轮安装位置准确,车轮的垂直度及平行度偏差未超差;(3)小车车轮属于集中驱动,制动力矩两侧相同;(4)空载时,小车往复运动顺畅;(5)主钩满载时,小车往复运动顺畅;(6)主钩及副钩都满载时,小车往复运动顺畅;(7)主钩空载,副钩满载时,小车往复运动有卡阻现象(局部啃轨)。初步判断可能和小车轮压分配不均及小车桥架结构布置不合理有关。

小车桥架如图1所示。

2原因分析

2.1小车桥架布置

小车桥架常见布置:除了安装行走轮的两根纵梁,一般在两根纵梁间布置三根横梁,然后把两只葫芦布置在内侧,而不是像现在这样,副钩是悬空布置的(虽然下面加了支撑筋板)。

2.2副钩满载稳定性问题

经计算副钩满载,主钩无负载,最小轮压≥0,故不会出现副钩满载倾翻现象;但四个车轮轮压分布差距较大,如果企业操作员工动作较猛,易发生小车打滑、摇晃、振动等现象,是安全生产的严重隐患。由于小车车架采用四支点式结构,整体稳定性较好;但四支点结构的轮压分配是超静定的,在实际工作中就容易发生三轮运行现象。轮压分配图如图2所示。

3整改方案

3.1小车桥架在副钩外侧再布置一根横梁一(建议新增,并缩小横梁二与横梁三的间距)(增加位置见图1);同时把副钩布置在横梁一与横梁二之间,并缩小主钩与副钩之间的距离,使得副钩起吊重物后的重心落在基距内(按原来的布置重心落在基距处)。

3.2小车车轮采用水平卡轮,变挤压滑动摩擦为滚动摩擦。

4整改效果

(1)经计算副钩满载,主钩无负载时轮压分别为21.6k N/8.39k N(对应轮压分配图中的29.6k N/6.68k N);四个车轮轮压分布差距显著缩小,小车打滑、摇晃、振动等现象大大减少;同时新增横梁一可加大小车架整体的刚度和稳定性;上面可铺上花纹板,以利检修。

(2)小车车轮采用水平卡轮后防止车轮轮缘与轨道直接接触,有效地减轻车轮与轨道的磨损。

综上所述,针对起重机小车啃轨问题,应用鱼剌分析法进行了影响因素疏理,并针对主要原因提出了处置措施,效果显著、事半功倍。

参考文献

[1]李维越.柔性化设计小车钢结构的分析与研究[J].起重运输机械,2008(09).

[2]庞延波,于兰峰,唐连生.基于改进免疫遗传算法的桥式起重机主梁优化[J].起重运输机械,2007(08).

[3]刘永峰.施工起重机国内外发展状况[J].施工技术,2007(S1).

[4]夏建芳,刘哲明.桁架起重机主梁强度分析与结构优化[J].机械工程师,2007(03).

[5]韩传峰,陈建业.大型基础设施项目群组决策的模糊评价[J].同济大学学报(自然科学版),2007(01).

智能小车 篇4

本次设计的主要任务是设计并制作一辆智能小车, 要求实现小车的循线行走、自动停止、自动平衡三大功能。起始状态如图1所示, 平衡状态如图2所示。

二、工作原理

整个小车系统分为如图3所示的几个基本模块。其中, 寻迹模块采用反式光电二极管。红外发射管发出红外线, 当发出的红外线照射到白色的平面后反射, 若红外接收管接收到反射回的光线则为白线, 输出高电平;若红外接收管没收到反射光线则为黑线, 输出低电平。电机驱动部分采用电机专用驱动芯片LM298。寻找平衡点模块采用角度传感器。其中寻迹电路用的是单片机PC口的PC0、PC1, 显示电路用的是单片机的PB口, 电机驱动用的是PA口低四位及定时器T1的PWM模块, 测速部分用的是单片机的T1的输入捕捉功能, 平衡位置检测用的是单片机的AD部分的AD7。内部资源还用到了定时器T2用于记录小车运行时间。电原理图见图4所示。

模块电路分析:

1.电机驱动电路

采用L298N驱动输出为M1, M2, M3, M4 (这里只画了前两路) 从单片机来的输入信号为IN1, IN2, IN3, IN4。 (见图5)

2. 循线模块

采用红外探测法来实现循线的功能, 因此选用了型号为TCRT5000的红外反射式光耦, 应用电路如图6所示。

在实际中可以调整R9的大小来调整TCRT5000的检测黑白的平衡点。安装位置示意图如图7所示。

本设计的小车对车速要求不高, 所以就只用了两个传感器。

电路安装问题, 本作品使用通用板, 裁剪成预想的形状, 然后焊接、调试。

3. 电源模块

因单片机及传感器需要的电压为+5V, 而电池组供电电压为+7.2V, 通过二极管电阻、降压和5V稳压二极管获得。

三、系统仿真

对所设计好的系统进行仿真调试。通过调试可以检查出系统出现的一些错误, 从而进行下一步的修改。

1. 检测起始线小车前进的仿真

当两个红外传感器用开关代替, 当第一次同时检测到黑线时, 即可判断检测到了起始线, 两电机同时以相同的速度转动, 小车即直线前进。如图8所示。

2. 平衡位置小车停止的仿真

用电位器代替角度传感器, 调整到中心点如图9所示。

3. 检测终止线小车停止的仿真

当两个红外传感器第二次同时检测到黑线时, 即可判断检测到了终止线, 两电机同时以相同的速度减速至停止。

四、程序设计

主程序的作用是把小车的各个功能连接起来, 以实现小车预期的功能。图10为小车主程序的流程图。

1. 寻迹模块程序设计

寻迹程序是在程序开始时调用的, 需要实现循线的功能, 同时还要留下返回接口, 便于程序的返回。图11为寻迹程序的流程图。

流程描述:在循线的时候关闭显示器器以避免干扰, 然后初始化循线用到的端口, 再检测循线传感器是否有信号输入, 如果有了就跳出循环, 用PWM调速的方式给驱动轮一个信号, 接下来就是判断两个传感器的状态, 根据它们的状态执行小车方向的修正, 同时检测终止线是否到达, 到达则停车并退出循环, 打开显示器, 返回主程序。

2. 防脉冲干扰平均值滤波子程序设计

防脉冲干扰平均值滤波是连续进行N次采样, 去掉其中最大值和最小值, 然后求剩下的N-2个数据的平均值, 作为本次采样的有效值 (图12) 。该方法适用于变量跳变比较严重的场合, 这种滤波也应用边采样边计算的方法。

3. LCD1602显示子程序设计

LCD1602显示子程序设计见图13。

智能寻迹小车 篇5

本车除一般非编程寻迹车具有的寻迹功能外, 还增加了遇障停车、报警, 转弯时转向灯提示功能。同时在电路原理上作了较大改变, 是车寻迹灵敏度更高, 实现较小的转弯半径。

设计方案

根据不同的颜色 (黑、白) 对光的反射强度不同, 光敏电阻受不同强度光感应阻值不同的特性。分别将两电位器与两固定电阻分压后的电压作为电压比较器的基准电压, 两光敏电阻与两固定电阻分压后电压作为电压比较器的比较电压, 电压比较器的输出电流经三极管放大后分别控制两个电动机的转速, 以达到转向的目的, 从而实现智能车按既定轨道行走。通过红外传感器检测障碍实现避障报警功能 (见图1) 。电路原理图见图2。

控制原理

(1) 如图2中电位器R12、R13、R17与R5、R6、R15组成分压电路为电压比较器提供基准电压, 光敏电阻R1、R2、红外接收器VD5与电R3、R4、R18组成比较电压, 发光二极管LED1、LED2与三极管T1、T2及电阻R9、R10组成转向灯, 发光二极管LED3、LED4与R7、R8组成光敏电阻的补光灯, 红外发射二极管VD6及电阻R16组成红外发射源, R14、三极管VT5及蜂鸣器组成报警装置, 三极管VT3、VT4与电动机及电容组成动力部分。

(2) 当前方无障碍时, 红外接收器不能接收到红外线呈高阻态, 电压比较器IC3输出低电平, 三极管VT5不导通, 光敏电阻输入电压较高, 电压比较器IC1、IC2正常工作, 蜂鸣器不响。当前方有障碍时, 红外接收器接收到红外线呈低阻态, 电压比较器IC3输出高电平, 三极管VT5导通, 光敏电阻输入电压被拉低, 电压比较器IC1、IC2通向输入端收入电压较低, 三极管VT3、VT4不导通, 故小车不前进同时蜂鸣器报警。

(3) 正常行走时两光敏电阻R1、R2都在强光区, 阻值较小, 电压比较器IC1、IC2输出高电平, 两个电动机都转动, 小车直线前进, 两个转向灯都不发光。当小车偏向轨道右侧时, 左边的光敏电阻R1转向弱光区, 其阻值变大, 相应电压比较器IC1输出低电平, 左边电动机M1停止转动, 小车向左转弯, 同时左边转向灯LED1发光。当小车偏向轨道左侧时, 右边的光敏电阻R2转向弱光区, 其阻值变大, 相应电压比较器IC2输出低电平, 右边电动机M2停止转动, 小车向右转弯, 同时右边转向灯LED2发光。

(4) 其中R17用来调节红外线感应距离, R12用来调节比较电压大小, 以实现感光灵敏度的调节, R13用来调节左右比较电压的比值, 使左右灵敏度一致, R11用来调节通过两电动机的电流比值, 使两电动机的转速一致。LED3、LED4用来补偿光敏电阻所需光源, 防止外界光照不均匀造成左右电动机转速不一致, 这样即使在黑暗中小车也能正常行走。电容C1、C2用来稳定电压, 防止电动机启动和停止时过大的电流对其他元器件的干扰。

制作过程

电子元器件见表1。此电路工作电压范围可在6~9V之间任选, 除电动机外其他元件工作电压可达30V。若选用其他参数电动机, 可根据电动机额定电压选择适当工作电压 (工作电压不高于电动机额定电压3V) 。电源可采用干电池供电。结构部分可以买现成套件, 当然最好是自己制作, 因为我们爱好DIY。如图3。

1.电路板焊接

由于电路板还是车架的一部分, 所以电路板的焊接要做好电子元件的布置:两个光敏电阻R1、R2和两个补光灯LED3、LED4安装在小车前面的两侧, 并向下离地面5mm左右。两个转向灯LED1、LED2安装在小车前面的两侧指向前方。红外收发器VD5、VD6最好用成对反射型的, 装在前侧面水平指向前方。电池最好装在车体偏前侧以增大小车驱动轮的摩擦力。其他元件要偏后一点以便安装电池盒和驱动轮。注意后侧中间还要装万向轮。

2.结构部分制作

用通用电路板充当车架, 为了转向更灵活最好使用前轮驱动, 后轮只在中间装一个万向轮。电动机可以买带有减速器的, 也可以用废旧玩具车的减速器自己组装。为有效利用空间电池盒可分两部分固定在电路板上下两面, 然后用导线串联起来。其他结构件制作安装可充分发挥自己的想法, 做出自己的风格。最后可以给小车制作一个漂亮的外壳。

如图4, 将玩具车减速器的输入轴拔掉, 将电动机的输出轴插入原减速器输入轴位置, 然后将电动机与减速器外壳固定好 (可用强力胶粘接) 。选择并截取适当长度的笔芯, 将其一端与玩具车减速器的输出轴配合安装, 另一端与车轮配合安装。然后将两组组装好的驱动轮对称地粘接在车架上。小车底部结构布置见图5。

万向轮装在小车尾部的中间, 小车外壳采用仿真木制模型的废料做成, 将废掉的木片裁成适当长度材料, 然后用白乳胶粘接而成。制作前最好先大概画个图, 然后一边粘接一边修剪木料, 以便得到适合的长度。小车外壳完工图见图6。成品见图7。

调试

1.将小车放在空白的纸上, 打开电源并调节电位器17使蜂鸣器不鸣。

2.调节电位器12使小车正常前进, 转向灯不亮。

3.调节电位器11使小车能沿直线行走。

4.将小车放在印有黑线的纸上, 反复调节电位器12使小车在空白处正常前进且转向灯不亮, 遇到黑线停止且转向灯亮。

5.将小车放在空白的纸上的障碍物前, 反复调节电位器17使小车在没遇到障碍时正常行走且蜂鸣器不鸣叫, 遇到障碍时停止且蜂鸣器鸣叫。

智能小车的运行实现 篇6

传统小车的控制几乎都是用遥控器来实现的, 通过对遥控控制系统的研究, 以及对现代语音识别技术的学习, 在单片机的基础上通过语音识别专用芯片对小车进行非特定人语音控制, 使传统的遥控玩具车变得智能化, 这也是一种新的尝试, 不仅对于人们的现实生活还是对于相关方面的研究都极有意义。

二、语音控制系统的总体设计

该遥控车的语音控制系统的核心部分为STC10L08XE单片机和LD3320语音识别专用芯片, 通过与现有的遥控车遥控器部分并联, 利用遥控器本身已有的无线发送与接收模块实现语音信号的无线发送与接收, 整个控制系统都是由原有的遥控器电源供电。

三、硬件系统

硬件系统就是整个研究的外观, 智能化小车功能的实现都需要硬件才能展现出来, 它主要可以分为遥控器和车体两部分。

遥控器的主要功能是对按键进行分析并对语音信号进行识别;车体的功能是对遥控器的命令进行接收, 然后依据信号控制车体电机, 使其做出相应反应。[1]硬件系统总体组成框图如图1所示。

(一) 遥控器。遥控器端的重要组成部分是:单片机、语音识别模块、无线发送模块、按键以及指示灯。遥控系统如图2所示。

1.单片机。单片机采用的是由宏品科技生产的STC10L08XE芯片, 此芯片为单时钟/机器周期, 高速、超强抗干扰、低功耗[1]。

在本研究方案中将单片机的端口P1.0与一个上拉电阻相连, 然后再与遥控器前进方向的按键输出端进行连接, 将端口P1.7与一个上拉电阻相连, 然后再与遥控器后退方向的按键输出端进行连接, 将端口P2.4与一个上拉电阻相连, 然后再与遥控器左转方向的按键输出端进行连接, 将端口P2.7与一个上拉电阻相连, 然后再与遥控器右转方向的按键输出端进行连接。通过控制P1.0, P1.7, P2.4, P2.7端口的高、低电平输出来控制小车的运动。

2.语音识别模块。语音识别模块使用的是LD3320语音专用识别模块, 实现语音命令的采集处理, 并与语音库中的模型匹配, 进而输出电机控制信号, 实现智能小车行驶状态的语音控制[2]。LD3320是一个基于非特定人语音识别技术的芯片。该芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路, 包括ADC、DAC、麦克风接口、声音输出接口等[3]。

(二) 车体。车体与遥控器的主要不同之处在于电机的驱动部分。

本研究在驱动模块上直接采用39700型号宝马Z4遥控车中的驱动, 即不对遥控车车体部分进行改造。车载系统如图3所示。

四、软件系统

本研究方案主要是针对遥控器部分进行的改造, 遥控器部分整个语音控制系统的软件流程[4]主要分成三个部分:初始化、语音识别以及命令控制部分。

为了避免误控制小车的运动状态, 在每次对小车进行控制的时候都需要喊出口令“大红”, 才能进行下一步对小车的控制。

因为控制小车运动方向的上、下、左、右四个按键在未控制小车时输出的均为高电平, 在进行控制时, 相应的按键输出端输出低电平。因此在进行程序编程时应当在LD3320语音芯片接收到“前进”语音命令时让P1.0端口输出低电平;在接收到“后退”语音命令时让P1.7端口输出低电平。因为小车在按键控制左前转的时候需要通知按在“左”、“前”两个按键, 因此在接收到“左前转”语音命令时应让P2.4、P1.0端口均输出低电平;同理, 在接收到“右前转”语音命令时应让P2.7、P1.0端口均输出低电平;在接收到“左后转”语音命令时应让P2.4、P1.7端口均输出低电平;在接收到“右后转”语音命令时应让P2.7、P1.7端口均输出低电平;而在接收到“停下”语音命令时P1.0, P1.7, P2.4, P2.7都应该归为高电平。

五、性能测试与应用

为了保证设计好的语音识别模块能正确进行语音识别, 并有较高的识别率, 本文对其进行了相应的测试。将已经编好的软件程序下载到语音识别模块中, 将语音模块通过USB与电脑连接, 在电脑端通过串口调试助手, 就能观察到语音模块是否能进行语音识别。为了进一步检测语音识别效果, 达到非特定人语音识别, 非特定人语音控制的目的。在实验室环境下, 选择了多个不同音色的人分别进行测试, 每个词测20遍, 表1为进行实验的非特定人语音识别记录情况。通过表1可知, 在实验室所处环境下, 语音识别模块对语音命令的识别率接近达到90%, 能进行较好的非特定人语音识别。

六、结语

在智能小车语音控制系统的研究中, 主要通过STC10L08XE单片机和语音专用识别模块LD3320来实现。使其既可以通过按键也可以通过语音命令控制车的行驶状态。从而让车与控制者之间具有一定的交互功能, 能够进行更为自然的交流以及控制。

摘要：该小车在语音和按键两种控制方式下均能实现前进、后退、左前转、右前转、左后转、右后转以及停下的功能。

关键词：遥控发射装置,语音识别,单片机

参考文献

[1]侯丽华.基于单片机控制的自动往返电动小汽车[J].微计算机信息, 2001, 20 (3) :36~37

[2]尹为高.语音小车的硬件平台设计[J].科学资讯, 2011, 1:109~110

[3]陈喜春.基于LD3320语音识别专用芯片实现的语音控制[J].电子技术, 2011, 11

智能寻迹小车 篇7

关键词：智能小车,光电对管,寻迹,脉冲宽度调制

在历届全国大学生电子设计竞赛中多次出现了集光、机、电于一体的简易智能小车题目。笔者通过论证、比较、实验之后，制作出了简易小车的寻迹电路系统。整个系统基于普通玩具小车的机械结构，并利用了小车的底盘、前后轮电机及其自动复原装置，能够平稳跟踪路面黑色轨迹运行。

总体方案

整个电路系统分为检测、控制、驱动三个模块。首先利用光电对管对路面信号进行检测，经过比较器处理之后，送给软件控制模块进行实时控制，输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动, 从而控制整个小车的运动。系统方案方框图如图1所示。

传感检测单元

小车循迹原理

该智能小车在画有黑线的白纸“路面”上行驶, 由于黑线和白纸对光线的反射系数不同，可根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”—黑线。笔者在该模块中利用了简单、应用也比较普遍的检测方法——红外探测法。

红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物理表面具有不同的反射性质的特点。在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色地面时发生漫发射，反射光被装在小车上的接收管接收;如果遇到黑线则红外光被吸收，则小车上的接收管接收不到信号。

传感器的选择

市场上用于红外探测法的器件较多，可以利用反射式传感器外接简单电路自制探头，也可以使用结构简单、工作性能可靠的集成式红外探头。ST系列集成红外探头价格便宜、体积小、使用方便、性能可靠、用途广泛，所以该系统中最终选择了ST168反射传感器作为红外光的发射和接收器件，其内部结构和外接电路均较为简单，如图2所示：

ST168采用高发射功率红外光、电二极管和高灵敏光电晶体管组成，采用非接触式检测方式。ST168的检测距离很小，一般为8～15毫米，因为8毫米以下是它的检测盲区，而大于15毫米则很容易受干扰。笔者经过多次测试、比较，发现把传感器安装在距离检测物表面10毫米时，检测效果最好。

R1限制发射二极管的电流，发射管的电流和发射功率成正比，但受其极限输入正向电流50mA的影响，用R1=150的电阻作为限流电阻, Vcc=5V作为电源电压，测试发现发射功率完全能满足检测需要;可变电阻R2可限制接收电路的电流，一方面保护接收红外管;另一方面可调节检测电路的灵敏度。因为传感器输出端得到的是模拟电压信号，所以在输出端增加了比较器，先将ST168输出电压与2.5V进行比较，再送给单片机处理和控制。

传感器的安装

正确选择检测方法和传感器件是决定循迹效果的重要因素，而且正确的器件安装方法也是循迹电路好坏的一个重要因素。从简单、方便、可靠等角度出发，同时在底盘装设4个红外探测头，进行两级方向纠正控制，将大大提高其循迹的可靠性，具体位置分布如图3所示。

图中循迹传感器全部在一条直线上。其中X1与Y1为第一级方向控制传感器，X2与Y2为第二级方向控制传感器，并且黑线同一边的两个传感器之间的宽度不得大于黑线的宽度。小车前进时，始终保持 (如图3中所示的行走轨迹黑线) 在X1和Y1这两个第一级传感器之间，当小车偏离黑线时，第一级传感器就能检测到黑线，把检测的信号送给小车的处理、控制系统，控制系统发出信号对小车轨迹予以纠正。第二级方向探测器实际是第一级的后备保护，它的存在是考虑到小车由于惯性过大会依旧偏离轨道，再次对小车的运动进行纠正，从而提高了小车循迹的可靠性。

软件控制单元

单片机选型及程序流程

此部分是整个小车运行的核心部件，起着控制小车所有运行状态的作用。控制方法有很多，大部分都采用单片机控制。由于51单片机具有价格低廉是使用简单的特点，这里选择了ATMEL公司的AT89S51作为控制核心部件，其程序控制方框图如图4所示。

小车进入循迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接的单片机I/O口，一旦检测到某个I/O口有信号变化，程序就进入判断程序，把相应的信号发送给电动机从而纠正小车的状态。

车速的控制

车速调节的方法有两种：一是用步进电机代替小车上原有的直流电机;二是在原有直流电机的基础上，采用PWM调速法进行调速。考虑到机械装置不便于修改等因素，这里选择后者，利用单片机输出端输出高电平的脉宽及其占空比的大小来控制电机的转速，从而控制小车的速度。经过多次试验，最终确定合适的脉宽和占空比，基本能保证小车在所需要的速度范围内平稳前行。

电机驱动单元

从单片机输出的信号功率很弱，即使在没有其它外在负载时也无法带动电机，所以在实际电路中我们加入了电机驱动芯片提高输入电机信号的功率，从而能够根据需要控制电机转动。根据驱动功率大小以及连接电路的简化要求选择L298N，其外形、管脚分布如图5所示。

从图中可以知道，一块L298N芯片能够驱动两个电机转动，它的使能端可以外接高低电平，也可以利用单片机进行软件控制，极大地满足各种复杂电路需要。另外，L298N的驱动功率较大，能够根据输入电压的大小输出不同的电压和功率，解决了负载能力不够这个问题。

结语

此方案选择的器件比较简单，实际中也很容易实现。经过多次测试，结果表明在一定的弧度范围内，小车能够沿着黑线轨迹行进，达到了预期目标。不足之处，由于小车采用直流电机，其速度控制不够精确和稳定，不能实现急转和大弧度的拐弯。

参考文献

[1].　赵家贵、付小美、董平, 新编传感器电路设计手册, 中国计量出版社, 2002

[2].　李华等, MCS-51系列单片机实用接口技术, 北京航空航天大学出版社, 2003