自动小车（精选10篇）
自动小车 篇1
1 系统方案论证与选择
整个系统由MSP430F5529、LDC1000评估模块、电机驱动模块等模块组成。各模块的系统框图如图1所示。
1.1 单片机模块
方案一:AT89C51单片机。控制简单, 其运算速度慢, 片内资源很少, 存储器容量也小, 难以作较复杂的程序设计和实现复杂的算法。
方案二:MSP430单片机。超低功耗, 存储量大, 外部扩展能力强, 控制功能强。16位指令集处理器, 14个双向I/O口, 每个I/O口均可作为中断源。
基于以上分析, 拟选用方案二。
1.2 LDC1000模块
方案一:采用自绕线圈进行检测。理论上, 当线圈电感增大时, 探测距离应增加。但经实测, 该方法对线圈及其与之匹配的电容要求极高, 计算困难, 所以无明显效果。
方案二:采用LDC1000模块自带PCB线圈。经实验, 通过合理设置模块寄存器值, 可以有效检测3cm距离的金属。但其有效检测面积较小, 只能检测到线圈正对的金属, 可以通过增大检测时的扫描密度解决。
综上所述, 我们采用LDC1000模块自带PCB线圈, 所以选择方案二。
1.3 电机驱动模块
方案一:采用步进电机, 其转过的角度可以精确定位, 可实现小车行进过程的精确定位。但步进电机的输出力矩低。
方案二:采用直流电机, 其转动力矩大, 装配简单, 操作方便。速度的调节可以改变电压也可以调节PWM。
基于以上, 我们选择了方案二, 使用直流电机作为驱动电机。
2 主要单元电路
2.1 LDC1000模块电路
本设计采用LDC1000模块电路, 原理图如图2。
3 系统软件设计
循迹流程图如图3所示。
4 结论
通过对本设计要求的技术指标进行分析, 能较好地完成以下几个任务:
(1) 在探测区域内某处任意位置放置一枚第五套1角硬币, 在1角硬币边缘紧贴铁丝。小车从起点进入测试区域, 当LDC1000检测到硬币时小车停止, 同时蜂鸣器发出报警信号。
(2) 在4min内小车完成寻迹, 结束测试。
打破了以往金属探测只局限于利用电磁感应的惯例。采用AY-LDC1000作为探头, 使该系统具有检测精度高、性能稳定、易于扩展等特点。
摘要：本系统由单片机MSP430F5529、LDC1000评估模块、电机驱动模块以及电源模块组成, 实现小车自动循迹的功能。通过检测到地面上的铁丝然后按照铁丝的轨迹运行, 在运行过程中当遇到硬币时, 小车会停止并驱动蜂鸣器发出报警信号, 同时显示其对应的实验数据;采用投射式光电传感器测得小车运行的距离和时间。
关键词：投射式光电传感器,LDC1000评估模块,MSP430F5529
参考文献
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[5]夏宇闻.数字系统设计Verilog实现[M].北京高等教育出版社, 2006.
自动小车 篇2
C、路口内交通情况复杂，易发生交通事故 D、机动车速度慢，不足以超越前车
2、在这段路的最高时速为每小时50公里。
3、驾驶机动车在道路上向右变更车道可以不使用转向灯。
4、驾驶机动车通过漫水路时要加速行驶。
5、关于机动车灯光的使用，以下说法正确的是什么? A、机动车灯光的作用仅仅是为了在夜间照明
B、机动车灯光一个重要的作用是提示其他机动车驾驶人和行人 C、夜间驾驶机动车在照明条件良好的路段可以不使用灯光 D、夜间驾驶机动车在照明条件良好的路段必须使用远光灯
6、驾驶机动车通过没有交通信号和管理人员的铁路道口怎样通过？ A、适当减速通过 B、空挡滑行通过
C、停车确认安全后通过 D、加速尽快通过
7、如图所示，驾驶机动车遇前方车流行驶缓慢时，借用公交专用道超车是正确的。
8、驾驶机动车变更车道时，以下做法正确的是什么？ A、开启转向灯的同时变更车道
B、在道路同方向划有2条以上机动车道的，不得影响相关车道内行驶的机动车的正常行驶 C、在车辆较少路段，可以随意变更车道 D、遇前方道路拥堵，可以向应急车道变更
9、如图所示，A车在这种情况下应适当减速。
10、机动车在夜间道路上发生故障难以移动时要开启危险报警闪光灯、示廓灯、后位灯。
11、以下不属于机动车驾驶证审验内容的是什么？ A、道路交通安全违法行为、交通事故处理情况 B、驾驶人身体条件
C、记满12分后参加学习和考试情况 D、驾驶车辆累计行驶里程
12、驾驶机动车在没有中心线的公路上，最高速度不能超过每小时70公里。
13、驾驶机动车行经漫水路或者漫水桥时，应当停车察明水情，快速通过。
14、年龄在60周岁以上的机动车驾驶人，应当每年进行一次身体检查。
15、年龄在60周岁以上的机动车驾驶人，应当每年进行一次身体检查的目的是什么？
驾驶证考试网 2016年驾驶证考试科目一模拟试题 A、体现对老年人的关心 B、例行程序仅供参考
C、检查是否患有老年常见病
D、检查是否患有妨碍安全驾驶的疾病
16、如图所示，在这种情况下不能够超车的原因是什么? A、前车速度过快
B、我方车速不足以超越前车 C、路中心为黄线 D、前车正在超车
17、驾驶机动车在没有道路中心线的道路上行驶，应该在道路的左侧通行
18、在这条公路上行驶的最高速度不能超过多少？ A、30公里/小时 B、40公里/小时 C、50公里/小时 D、70公里/小时
19、驾驶人连续驾驶不得超过多长时间 A、4小时 B、6小时 C、8小时 D、10小时
20、驾驶机动车不按照规定避让校车的，一次记6分。
21、在这条高速公路上行驶时的最高速度不能超过多少？ A、100公里/小时 B、110公里/小时 C、120公里/小时 D、90公里/小时
22、机动车在道路上发生轻微交通事故且妨碍交通时，不需移动。
23、遇到这种情况可以优先通行
24、已注册登记的机动车，机动车所有人住所在车辆管理所管辖区域内迁移或者机动车所有人姓名（单位名称）、联系方式变更的，应当向登记地车辆管理所备案。
25、机动车在高速公路上发生故障时错误的做法是什么？ A、开启危险报警闪光灯 B、按规定设置警告标志 C、车上人员不能下车 D、迅速报警
26、驾驶机动车掉头、转弯、下陡坡时的最高速度不能超过每小时40公里。
27、夜间行车，需要超车时，变换远近光灯示意是为了提示前车。
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28、如图所示，红圈中标记车辆使用灯光的方法是正确的。
29、驾驶小型载客汽车在高速公路上时速低于100公里时的最小跟车距离是多少？ A、不得少于50米 B、不得少于30米 C、不得少于20米 D、不得少于10米
30、持有大型客车、牵引车、城市公交车、中型客车、大型货车驾驶证的驾驶人从业单位等信息发生变化的，应当在信息变更后三十日内，向驾驶证核发地车辆管理所备案。
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31、路面上的菱形块虚线是何含义？ A、车行道纵向减速标线 B、道路施工提示标线 C、车行道横向减速标线 D、车道变少提示标线
32、这个标志的含义是提醒车辆驾驶人前方是桥头跳车较严重的路段。
33、这个标志的含义是提醒车辆驾驶人前方是非机动车道。
34、这个标志是何含义？ A、限制40吨轴重
B、限制最高时速40公里 C、前方40米减速 D、最低时速40公里
35、这个标志是何含义？ A、紧急停车带 B、露天停车场 C、停车位 D、错车道
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36、这个标志是何含义？ A、堤坝路 B、上陡坡 C、下陡坡 D、连续上坡
37、驾驶机动车在这种信号灯亮的路口，可以右转弯。
38、驾驶机动车在铁路道口看到这种信号灯时怎样行驶？ A、边观察边缓慢通过 B、不换挡加速通过 C、在火车到来前通过 D、不得越过停止线
39、路面上导向箭头是何含义？ A、指示前方道路是Y型交叉口 B、指示前方道路是分离式道路 C、指示前方道路仅可左右转弯 D、指示前方道路需向左右合流
40、这个标志是何含义？ A、十字交叉路口预告 B、互通式立体交叉预告 C、Y型交叉路口预告 D、环行交叉路口预告
41、这个标志是何含义？ A、建议速度 B、最低速度 C、最高速度
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D、限制速度
42、这属于哪一类标志？ A、警告标志 B、禁令标志 C、指示标志 D、指路标志
43、这个标志是何含义？ A、靠道路右侧停车 B、只准向右转弯 C、右侧是下坡路段 D、靠右侧道路行驶
44、这个标志的含义是指示此处设有室内停车场
45、这一组交通警察手势是什么信号？ A、靠边停车信号 B、左转弯待转信号 C、减速慢行信号 D、左转弯信号
46、这个标志是何含义？ A、室内停车场 B、露天停车场 C、专用停车场 D、内部停车场
47、这个标志是何含义？
驾驶证考试网 2016年驾驶证考试科目一模拟试题 A、高度限速50公里/小时 B、最低限速50公里/小时 C、水平高度50米 D、海拔高度50米
48、这个标志的含义是提醒前方两侧行车道或路面变窄。
49、路中心双黄实线是何含义？ A、可跨越对向车道分界线 B、禁止跨越对向车行道分界线 C、双侧可跨越同向车道分界线 D、单向行驶车道分界线
50、路中黄色分界线的作用是什么？ A、分隔同向行驶的交通流 B、禁止跨越对向行车道 C、允许在左侧车道行驶 D、分隔对向行驶的交通流
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51、车辆在路边起步后应尽快提速，并向左迅速转向驶入正常行驶道路。
52、驾驶车辆在道路上行驶时，应当按照规定的速度安全行驶。
53、驶入高速公路的收费口时，应选择怎样的入口？ A、车辆多 B、红灯亮 C、暂停服务 D、绿灯亮
54、行车中要文明驾驶，礼让行车，做到不开英雄车、冒险车、赌气车和带病车。
55、如图所示，A车货物掉落，导致B车与掉落货物发生碰撞，以下说法正确的是什么？ A、B车自负责任 B、A车负全部责任 C、各负一半责任
D、偶然事件，不可避免
56、机动车仪表板上（如图所示）亮时，提醒发动机需要补充机油。
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57、机动车仪表板上（如图所示）亮表示行车制动系统可能出现故障。
58、通过经常发生塌方、泥石流的山区地段，避免停车。
59、驾驶机动车在高速公路上行驶，能见度小于200米时，与同车车道前车应保持100米以上的距离。60、驾驶机动车在高速公路上行驶，能见度小于200米时，车速不得超过每小时60公里。61、在堵车的交叉路口绿灯亮时，车辆应怎样做？ A、可直接驶入交叉路口 B、不能驶入交叉路口
C、在保证安全的情况下驶入交叉路口 D、可借对向车道通过路口
62、驾驶机动车超车时，前方车辆不减速让路，应停止超车并适当减速，与前方车辆保持安全距离。63、机动车仪表板上（如图所示）亮时，表示什么？ A、充电电流过大 B、蓄电池损坏 C、电流表故障 D、充电电路故障
64、行车中发现前方道路拥堵时，应怎样做？ A、寻找机会超越前车 B、从车辆空间穿插通过
C、减速停车，依次排队等候 D、鸣喇叭催促
65、机动车仪表板上（如图所示）亮时，表示什么？ A、车前后位置灯亮起 B、右转向指示灯闪烁 C、左转向指示灯闪烁 D、车前后示宽灯亮起
66、在狭窄的路段会车时，应做到礼让三先：先慢、先让、先停。67、机动车在高速公路行驶，下列做法正确的是？ A、可在路肩停车上下人员
B、可以紧急停车带停车装卸货物
C、可在减速车道或加速车道上超车、停车 D、非紧急情况时不得在应急车道行驶或者停车 68、仪表显示当前发动机转速是6000/分钟
69、车辆前轮胎爆裂，危险较大，方向会立刻向爆胎车轮一侧跑偏，直接影响驾驶人对转向盘的控制。70、夜间行车，驾驶人的视野受限，很难观察到灯光照射区域以外的交通情况，因此要减速行驶。71、机动车仪表板上（如图所示）亮时，表示什么？ A、空气内循环 B、地板及迎面出风 C、空气外循环 D、侧面及地板出风
驾驶证考试网 2016年驾驶证考试科目一模拟试题 72、机动车仪表板上（如图所示）亮时，防抱死制动系统处于打开状态。
73、行车中遇列队横过道路的学生时，应怎样做？ A、提前加速抢行 B、停车让行人先行 C、降低车速、缓慢通过 D、连续鸣喇叭催促
74、机动车发生故障时，（如图所示）闪烁。
75、车辆不得在高速公路匝道上掉头
76、车辆应靠高速公路右侧的路肩上行驶。
77、饮酒后或者醉酒驾驶机动车发生重大交通事故构成犯罪的，依法追究刑事责任，吊销机动车驾驶证，将多少年内不得申请机动车驾驶证？ A、五年 B、十年 C、二十年 D、终生
78、机动车仪表板上（如图所示）亮时，表示什么？ A、两边车门开启 B、行李舱开启 C、发动机舱开启 D、燃油箱盖开启
79、这个仪表是何含义? A、百公里油耗表 B、速度和里程表 C、发动机转速表 D、最高时速表
80、驾驶车辆汇入车流时，应提前开启转向灯，保持直线行驶，通过后视镜观察左右情况，确认安全后汇入合流。
81、机动车仪表板上(如图所示)亮表示什么? A、前雾灯打开 B、后雾灯打开 C、前照进光灯打开 D、前照远光灯打开
82、变更车道时只需开启转向灯，便可迅速转向驶入相应的行车道。
83、行车中需要借道绕过前方障碍物，但对向来车已接近障碍物时，应怎样做？ A、降低速度或停车，让对向来车优先通行 B、加速提前抢过
C、鸣喇叭示意对向车辆让道
D、迅速占用车道，迫使对向来车停车让道
84、通过山区危险路段，尤其是通过经常发生塌方、泥石流的山区地段，应谨慎驾驶，避免停车。85、开启前照灯近光时仪表板上（如图所示）亮起。
驾驶证考试网 2016年驾驶证考试科目一模拟试题 86、轮胎气压过低时，高速行驶轮胎会出现波浪变形温度升高而导致什么？ A、气压不稳 B、气压更低 C、行驶阻力增大 D、爆胎
87、机动车仪表板上（如图所示）亮时，提醒发动机冷却液可能不足。
88、驾驶机动车造成重大交通事故后逃逸，构成犯罪的，由公安机关交通管理部门吊销机动车驾驶证，且终生不得重新取得机动车驾驶证。
89、冰雪道路对安全行车的主要影响是什么？ A、电器设备易受潮短路 B、能见度降低，视野模糊 C、行驶阻力增大
D、制动性能差，方向易跑偏
90、风、雨、雪、雾等复杂气象条件，遇前车速度较低时，应开启前照灯，连续鸣喇叭迅速超越。91、发动机起动后仪表板上（如图所示）亮表示什么？ A、油箱内燃油已到最低液面 B、发动机供油系统出现异常 C、发动机点火系统出现故障 D、燃油泵出现异常或故障
92、车辆下长坡时要减挡行驶，以充分利用发动机的制动作用。
93、车辆发生爆胎后，驾驶人在尚未控制住车速前，不要冒险使用行车制动器停车，以避免车辆横甩发生更大的险情。
94、驾驶机动车行驶过程中，遇道路养护车辆从本车道逆向驶来时，以下做法正确的是什么？ A、靠边减速或停车让行 B、在原车道继续行驶 C、占用非机动车道行驶 D、鸣喇叭示意其让道
95、下长坡时，控制车速除了刹车制动以外还有什么有效的辅助方法？ A、挂入空挡滑行 B、利用发动机制动 C、踏下离合器滑行 D、关闭发动机熄火滑行
96、机动车仪表板上(如图所示)亮表示什么? A、前雾灯打开 B、后雾灯打开 C、前照进光灯打开 D、前照远光灯打开
97、以下哪种行为处十日以下拘留，并处一千元以上二千元以下罚款，吊销机动车驾驶证？ A、醉酒驾驶机动车的
B、故意遮挡机动车号牌的 C、使用其他车辆保险标志的
D、因饮酒后驾驶机动车被处罚，再次饮酒后驾驶机动车的 98、机动车仪表板上（如图所示）亮时，表示什么？ A、空气内循环 B、空气外循环 C、迎面吹风 D、风窗玻璃除霜
99、车辆上坡行驶，要提前观察路况、坡道长度，及时减挡使车辆保持充足的动力。100、（如图所示）这个符号的开关控制什么装置？ A、后风窗玻璃除霜或除雾
驾驶证考试网 2016年驾驶证考试科目一模拟试题 B、前风窗玻璃刮水器及洗涤器 C、后风窗玻璃刮水器及洗涤器 D、前风窗玻璃除霜或除雾
自动小车 篇3
【关键词】单片机;寻光;避障;太阳能板
0.前言
智能车辆是一个集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的综合系统——它集中地运用了计算机、传感、信息、通讯、导航、人工智能及自动控制等技术——是典型的高新技术综合体。本文设计的简易智能小车就是这种综合体的一种尝试。本文利用红外传感器、超声波传感器等多种传感器，以及太阳能技术配合下——具有自动寻迹、障碍物探测、以及追踪光点等功能，可以说基本上实现了小车的智能化。
1.控制系统总体设计
小车由步进电机驱动后轮前行，通过车头的红外对管电路寻找光源，在遇到路障时通过超声波传感器电路能够检测障碍并绕道继续寻光前进。在小车行进过程中，由车顶的三个红外对管电路追踪光源，通过转动步进电机控制太阳能板旋转，并面对光源给蓄电池充电。在整个过程中，控制器控制各模块的协调运行。控制系统的结构框图如图1所示。
图1 小车系统系统框图
2.控制系統各个功能模块设计
2.1小车寻光、太阳能板追光模块
红外接收管接收光源的灵敏度较高，价格便宜，电路较简单，结合实际的应用环境，而且其结构简单，体积小巧，易于安装，完全能用多个该传感器构成高精度的控制辐射网络提高识别的可靠性、准确性。故电路采用红外接收电路，电路结构如图2。当小车在行进中，考虑到光源的固定位置，且有障碍物的影响，进而在小车的头部位置左、右、前三个侧放置五个接收管。接收管接收到光源发出的红外光时，接收管不导通，正向输入的电压大于基准电压，通过电压比较器进行比较输出高电平，接收管未接收到光源发出的红外光后，接收管导通，正向输入的电压将会小于基准电压，通过电压比较器进行比较输出低电平。单片机可直接对接收到的信号进行判断是否检测到光源，并通过对检测到的信号进行处理来决定小车的运动方向。
图2 寻光电路结构图
2.2避障模块
用超声波传感器进行避障。超声波传感器的原理是：超声波由压电陶瓷超声波传感器发出后，遇到障碍物便反射回来，再被超声波传感器接收。超声波传感器在避障的设计中应用广泛。超声波传感器有发送器和接收器，它是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化。超声波测距的原理一般采用渡越时间法，首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物的距离。超声波传感器具有测量一定的测量范围，一般从几厘米到几米不等。本系统采用专门的超声波传感器集成模块，通过设定一定的距离来进行避障，在设计过程中，采用两个该超声波传感器来进行较大范围的避障，从而保障小车正常行驶。
2.3太阳能板追光电路模块
设计太阳能板由八块小规格太阳能板并联而成。该电路由步进电机、太阳能板、红外接收管电路组成，电路框图如图3所示。
图3 太阳能板追光电路框图
通过固定在太阳能板上的红外接收管电路（原理图如上图图2）寻找光源，反馈信息给单片机，由控制器控制太阳能板下面的步进电机带动太阳能板来跟踪光源。
2.4太阳能板充电电路
该电路设计由太阳能板接收光源后通过充电控制器给单节锂电池（3.7V 750mA）充电，电路框图如图4所示。
图4 太阳能板充电电路框图
在充电过程中，锂电池自身具有过冲过放保护，因此电路在充电控制部分增加了反接、短路等保护模块，原理图见图5。
图5 充电控制电路原理图
2.5采样电路
采用ADC0809采集太阳能板给锂电池提供的电压值，反馈单片机控制实现小车停止前进、显示蓄电池充电状态以及小车沿自然光源方向前进等功能，其工作原理框图如图5所示。
图6 采样电路原理图
2.6电机驱动模块
采用步进电机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、启停的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机一个脉冲信号， 电机则转过一个步距角。因此，步进电机具有快速启停能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能立即使步进电机启动或反转，而且步进电机的转换精度高，驱动电路简单，非常适合定位控制系统。
本设计使用的步进电机是两项六线式，用L297和L298N驱动芯片驱动，其中单片机AT89S52通过I/O口向L297的17和18脚发送驱动控制信号，从而控制步进电机的速度及正反转。LM297、298是具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。电路图如图7所示。
图7 步进电机驱动电路原理图
2.7电源模块
电动小车的电机驱动电源采用12V 12A的开关电源。而单片机及各电路模块所需电源均由5V电源提供，该电路由开关电源作输入，由三端稳压芯片7805、LM317起稳压作用，2200uf电解电容、100uf和0.33uf瓷片电容起滤除纹波作用，输出+5V电源。
3.控制系统软件设计
主程序主要起到一个导向和决策功能。其设计思路根据小车所处位置的不同．确定小车的任务。总体流程图如图8所示。
图8 系统软件流程图
主要程序清单
void AD0809();//AD0809启动函数声明
voidDelay(unsignedintDelay_Time)
void init()
void main()
{
LED=1;
init();
if(xuanze==1)
{
while(1)
{
if(L2led==1&&L1led==1&&Mled==0&&R1led==1&&R2led==1)
{ EA=1;
qianjin();
if(flag8==1)
{
flag8=0;
for(i=0;i<5;i++)
{
AD0809();
SHUJV1=shujv;
if(shujv<35) shujv=35;
SHUJV1=shujv;
DY1 = (((SHUJV1-35)*255)/177)*5*2/255;
DY2 = DY1;
if(DY1>0)
{LED=0;}
if(DY2>2)
{while(1);}
}
if(ceshi==0||ceshi1==0)
{ if(ceshi==0)
{
for(i=0;i<2000;i++)
{ houtui();}
for(i=0;i<3500;i++)
{ right2();}
for(i=0;i<6000;i++)
{ qianjin();}
}
if(ceshi1==0)
{
for(i=0;i<2000;i++)
{ houtui();}
for(i=0;i<2500;i++)
{ left2();}
for(i=0;i<6000;i++)
{ qianjin();}
}
}
if(L2led==1&&L1led==0&&Mled==0&&R1led==0&&R2led==1)
if(L2led==1&&L1led==1&&Mled==1&&R1led==1&&R2led==0)
}
void ser() interrupt 1
void AD0809()//AD0809启动函数
4.结语
该小车各部分采用模块化设计，各个模块之间独立性强。核心控制部分采用可在线编程的AT89s52单片机，可以在不增加系统硬件的情况下方便地对系统进行二次开发。本文对模型小车进行了试验，实现了小车的识别路线、判断并自动躲避障碍、选择正确行进路线、寻找光源等功能。■
【参考文献】
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自动巡航森林火灾检测小车的设计 篇4
(1)检测当前环境中温湿度,烟雾浓度;(2)在沿着预定路线形势的时候,可以通过主控中心切换到手动遥控,观察详细环境信息;(3)进行GPS定位和精准火源检测;(4)低电量自动返回。
2 远程监控系统
远程监控系统即通过网络、电话线、移动宽带、数据线等远程传输数据以供查看的监控系统。如今,网络遍布全球,从理论上分析,远程监控的范围可以遍布全球上任何角落。但是出于成本等因素考虑,通常是点对点的监控模式。远程监控者则可以通过电脑端的应用、网页或者手机客户端实时查看远方的活动场景,检测到异常后,可以系统先自行出发警报或者作出处理,也可以有监控者自己实施人工干预处理。监控系统包括监控设备、接收软件和传输过程3大部分。基本硬件包括:摄像头、PC或手机、处理板。整个系统需要用到的知识有:网络传输协议、数字图像处理技术和嵌入式开发等技术。核心原理图如图1所示。
3 火焰和温度监测模块设计
火焰传感器根据探测的距离远近而不同。对于森林防火这样大范围的火焰探测,仍是利用特殊的红外光敏管,当区域出现明显高于环境温度的红外源点时,表明该点出现明火;对于非常近距离火焰的探测(比如用于自动燃烧设备),则是利用火焰区电阻值低、无火焰区电阻高的特点进行检测。
而温度模块使用了非接触性的温度传感器:TMP006为IIC接口,外围电路相对较少,其中AD-DR0,ADDR1为芯片地址设置,方便同一ⅡC总线挂载多个同芯片时使用,通过修改ADDR地址而在从而可以达到地址可变的设计。C11作为无极性瓷片电容,用在该电路中的电容称为退耦电容,退耦电容并接于电路正负极之间,可防止电路通过电源形成的正反馈通路而引起的寄生振荡。所谓退耦,即防止前后电路电流大小变化时,在供电电路中所形成的电流冲动对电路的正常工作产生影响,换言之,退耦电路能够有效地消除电路之间的寄生耦合。DTRDY为data ready,用于检测数据就绪;ⅡC的双线SCL,SDA分别接至MCU的ⅡC接口。温度与火焰检测电路原理图如图2所示。
4 无线和网络部分的设计
CC3200自带了网络服务的协议栈,所以大部分情况下只要调用相应的API就可以完成所需要的任务,能有效地提高开发效率,加快设计周期。在初始化设定好Wi-Fi之后,便需要启动HTTP SERVSR,详细启动流程如图3所示。
在调用的API中,较重要的有以下几个方面:HT-TP服务任务(HST)函数HTTPServerTask()主要包括下列内容:(1)初始化程序变量InitializeAppVariables();(2)配置SimpleLink为默认状态ConfigureSimpleLinkToDefaultState();(3)读取设备配置ReadDeviceConfiguration();(4)连接网络ConnectToNetwork();(5)停止HTTP服务sl_NetAppStop();(6)启动HTTP服务sl_NetAppStart()。
其中连接网络函数ConnectToNetwork()包含Ht-tpserver项目的主要内容。而其中最重要的就是Con-nectToNetwork()这个API了,连接网络函数Connect-ToNetwork()主要包括下列内容:(1)启动SimpleLinkksl_Start();(2)设置WLAN模式sl_WlanSetMode();(3)接入点模式操作sl_NetAppStop()+sl_NetAppStart();(4)站点模式操作SmartConfigConnect()。
其中站点模式操作的主要内容是智能配置连接SmartConfigConnect()中,首先设置WLAN模式连接网络函数ConnectToNetwork()启动SimpleLink后,根据sl_Start()返回的当前模式g_uiSimplelinkRole和设备配置模式g_uiDeviceModeConfig进行判断:如果当前模式不是站点模式(g_uiSimplelinkRole!=ROLE_STA),而设备配置模式为站点模式(g_uiDeviceModeConfig==ROLE_STA),则调用sl_WlanSetMode()将设备设置为站点模式(ROLE_STA),然后重启SimpleLink。同样,如果当前模式不是接入点模式(g_uiSimplelinkRole!=ROLE_AP),而设备配置模式为接入点模式(g_uiDeviceModeConfig==ROLE_AP),则调用sl_WlanSetMode()将设备设置为接入点模式(ROLE_AP),然后重启SimpleLink。还有一种操作模式为:接入点模式操作如果当前模式是接入点模式(g_uiSimplelinkRole==ROLE_AP),则进行接入点模式操作,包括等待获取IP、重启HTTP服务、获取接入点名称和显示下列提示信息:最后芯片作为站点模式操作,如果当前模式不是接入点模式,则进行站点模式操作,包括重启HTTP服务、等待设备自动连接接入点和智能配置连接接入点等。在等待设备自动连接接入点时,开发板上的红LED快速闪烁,如果自动连接超时(g_ucConnectTimeout==AUTO_CONNECTION_TIMEOUT_COUNT),则红LED点亮,超级终端中显示下列提示信息:Use Smart Config Application to configure the device。设备进入一个接入点模式时,可以通过上位机来访问当前的Wi-Fi设备,对其进行操作,读取传感器的值。当有上位机连接到下位机时,或连接到站点通过一个接入点时,下位机中应用程序启动HT-TP服务,然后发起GET请求,浏览器设备页。当有一个请求建立与设备的连接时,就能打开存储在闪存芯片网页,当HTTP服务,使用POST方法发送网页到设备操作,也就可以控制装置。
在设计中,PC端的上位机主要是用于发起HTTP请求,HTTP(Hypertext Transfer Protocol,超文本传输协议)是用于将超文本资源(HTML网页、图像和查询结果等)传输到客户端的客户端/服务器协议,HTTP工作在预定义的TCP套接字上,默认端口80。
HTTP服务器监听HTTP套接字(默认端口80),按照请求类型(GET或POST)求的URI(UniformRe-sourceIdentifier,统一资源标识符)资源和内容,HTTP服务器在ROM中保存有一组作为内部默认网页的内部静态网页,可以提供cc3200芯片的设备配置、设备状态和基本的分析工具。调试及结果,下位机默认的域名为web_serve.com,当PC中上位机客户端打开的时候,其实就是对web_serve.com进行HTTP GET请求,在MCU端,当服务器获取到HTTP GET请求时,首先检查请求资源URN(uniform resource name,统一资源名称)在闪存中是否存在,如果存在的话,将闪存中的数据作为响应发送给上位机解析。其流程如图4所示,上位机工程流程、工作装台如图5所示。
5 结语
通过系统调试、仿真运行,基本达到了设计要求,但如能提高元器件的精度,将能更有效地扩展监测范围。
摘要：设计了自动巡航森林火灾监测小车以用于有效防范森林火灾,在续航中当扫描地区温度超过一定值且烟雾浓度超过上限值定位后,将GPS位置信息和图像,通过监测系统将检测到的信息传送至总控系统并且进行报警。可以进行手动自动切换对各处巡查;小车可以自动定位,规划路线返回充电站;低功耗模式巡查,遇到火情是开启其它模块;能够采用太阳能电池板供电,提高部分续航能力等功能。详细分析了其各系统的作用及原理,以期能更有效地开展森林火灾的监测范围。
自动小车 篇5
毕业论文设计
设计题目：基于
PLC的自动送料小车系统设计
姓
名： 班
级： 院
系： 学
号:
指导老师：
时
间：
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目录
摘要 ………………………………………………………..（1）第一章
绪论
1.1 课题的背景意义……………………………………………….(2)
1.2 设计内容及要求……………………………….........................(2)第二章
系统硬件设计
2.1 系统硬件选型原则……………………………..…………….(3)
2.2 硬件的选型……………………………………...…………….(4)
2.2.1 PLC的选型……………………………………………..(4)
2.2.2 传感器的设计…………………………………………..(5)
2.2.3 分捡器的设计………………………………………….(8)
2.2.4 步进电机的设计……………………………………….(8)
2.2.5 三相异步电机的设计………………………………….(10)
2.2.6 机械臂的设计………………………………………….(12)2.3 PLC输入输出地址分配…………………………………(13)第三章
系统软件设计
3.1 梯形图的概述………………………………………………(15)
3.2 送料系统PLC梯形图设计………………………………(15)
3.3 电气控制设计………………………………………………(16)第四章
PLC控制送料小车的设计
4.1 自动送料小车的概述........................................................(17)
4.2 系统流程图的设计………………………………………(18)
4.3 PLC控制系统的I/O接线图...........................................(19)
4.4 PLC输入/输出系统分配图..............................................(19)第五章
设计小节.........................................................（20）参考文献
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摘要
随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题。我们为各个装料生产领域所生产的可编程控制器装料系统。它集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。
关键词:plc可编程控制器自动送料
第一章
绪论
1.1 课题的背景意义
随着现代工业设备的自动化越来越多的工厂设备采用PLC，变频器，人机界面自动化器件来控制，因此自动化程度越来越高。电器控制技术是随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的。
在现代化工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动负担，要求整个工艺生产过程全盘自动化，这就离不开控制系统。控制系统是整个生产线的灵魂，对整个生产线起着指挥的作用。一旦控制系统出现故障，轻者影响生产线的继续进行，重者甚至发生人生安全事故，这样将给企业造成重大损失。
自动化加工工艺基本内容与特点:（1）自动化加工工艺基本内容，随着机械加工自动化程度的发展，自动化加工的工艺范围也在不断地扩大，自动花加工工艺的基本内容已包括大部分切削加工，如钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、镗孔、车端面、车削、铣削、内外圆磨削，拉削、珩磨以及滚压加工等，还有部分非切削加工也可实现自动化加工，如自动检测，自动装配、清洗、实验、自动打印、分类等工艺内容。
（2）自动化加工工艺的特点
1）自动化加工中的工件毛
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图1-1 系统整体原理图
如图1所示，某车间有两个工作台，每个工作台都是由三相异步电机拖动，在一号工作台之间有一个用来检测物件尺寸的检测器J1，在二号工作台尾部有两个检测物件的检测器J2,J3，最左边的是提取、释放和转移物件机械臂S1（各 关节都由步进电机控制），二号工作台上的分检器F1由液压系统控制。
第二章
系统硬件设计
2.1 系统硬件的选型
1.步进电机：步进电机有步角距、静力矩、电流三大要素组成。根据负载的控制精度要求选择步角的大小，根据负载的大小确定静力矩，静力矩一经确定根据电机矩频特性曲线来判断电机的电流。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了
2．驱动器：遵循先选电机候选驱动的原则，电机的相数、电流大小是驱动器选择的决定因素：在选型中，还要根据PLC输出信号的极性来决定驱动器输入信号是共阳极或共阴极。为了改善电机的运行性能和提高控制精度，通常通过选择带细分功能的驱动器来实现，目的驱动器的细分等级有8倍、16倍、32倍、64倍等，最高可达256倍细分。在实际应运中，应根据控制要求和步进电机的特性选择合适的细分倍数，以达到更高的速度和更大的高速转矩。使电机运转精度更高，振动更小
3.三相异步电动机：1）电动机的机械特性、启动、制动、调速及其它控制性能应满足机械特性和生产工艺过程的要求，电动机工作过程中对电源供电质量的影响（如电压波动、谢波干扰等），应在容许的范围内；
2）按预定的工作制、冷却方法基辅在情况所确定的电动机功率，电动机的温升应在限定的范围内；
3）根据环境条件、运行条件、安装方式、传动方式，选定电动机的结构、安装、防护形式，保证电动机可靠工作；
4）综合考虑一次投资几运行费用，整个驱动系统经济、节能、合理、可靠和安
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天体演化，短到 s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。
此次设计采用的是红外传感器，光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。光敏传感器的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、光电耦合器、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图
红外传感器的原理图（J2,J3示意图）
当有物件经过时J2、J3时，机械臂s1得电，检测器J1的示意图
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当物件经过1，2，3三个传感器时，控制分检器的1Y得电；当物件经过2，3时，控制分检器的2Y得电；当物件经过1时；控制分检器的2Y得电。
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3）步进电机驱动器的选型
输入电源接口： 采用一组交流供电，AC接AC20-40V，3A或接一组直流供电DC24-50V，3A。
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第二位数字 任何方向溅水于电机，应无有害影响。
3、安装结构及型式
Y系列电动机的安装结构，分为地脚安装、用地脚附带凸缘端盖安装和用一个凸缘端盖安装等三种。根据三种基本安装结构，电动机的安装型式又分为卧式安装或立式安装及轴伸向上或向下，即B3、B35、B5、V1、V15等安装方式，具体型号查标准。
4）怎样正确选择电动机
1.根据电源电压、使用条件、拖动对象选择电动机.要求电源电压与电动机额定电压相符.2.根据安装地点和工作环境选择不同型式的电动机.3.根据容量、效率、功率因数、转数选择电动机.如果容量选择过小,就会发生长期过载现象,影响电动机寿命甚至烧毁.如果容量选择过大,电动机的输出机械功率不能充分利用,功率因数也不高.因为电动机的功率因数和效率是随着负载变化的.4.电动机在恒定负载运行下,功率计算公式如下:
P1
P＝――――
η1η
式中:
P－－－－-电动机的功率(KW);
P1－－－－生产机械功率(KW);
η1－－－－生产机械本身效率;
η －－－－电动机效率.2.2.6 机械臂的设计
机械臂虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：(1)机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。(2)在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。(3)可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。（4）可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。(5）宇宙及海洋的开发。(6)军事工程及生物医学方面的研究和试验。
此次设计驱动机械臂的各个关节采用电气式，用步进电机来控制。而机械手采用电磁铁吸盘。大致图形如下所示，底座部位直接接步进电机，不用关节处的步进电机来设计。
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2.3 PLC输入输出地址分配
PLC控制的电路
PLC的I/O分配
输入地址分配
名称
地址
作用
Sb1
x000
启动机械臂
Sb2
x001
J1启动
Sb3
x002
J1启动
Sb4
x003
J1启动
Sb5
x004
J2启动
Sb6
x005
J3启动
输出地址分配
名称
地址
作用
Km1
y000
提取物品
Km2
y001
一号工作台启动
Km3
y002
二号工作台启动
Km4
y005
分检器启动
第三章
系统软件设计
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3.3 电气控制的设计
电气控制技术是随着科学技术的不断发展、生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的。从最早的手动控制到自动控制，从简单的控制设备到复杂的控制设备，从又触电的硬接线继电控制系统发展到以计算机系统为中心的软件控制系统。现代电气控制技术综合应用了计数机、自动控制、电子技术、精密测量等许多先进的科学技术成果。
作为生产机械动力的电机拖动，已有最早的采用成组拖动方式—单独拖动方式---生产机械的不同运动部件分别由不同的电机拖动的方式，发展成今天无论是自动化功能还是生产安全性方面都相当完善的电气自动化系统。
继电器接触式控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，其控制方式是断续的，所以又称为断续控制系统。由于这种系统具有结构简单、价格低廉、维护容易、抗干扰能力强等优点，至今仍是机床和其它许多机械设备广泛采用的基本电气控制形式，也是学习更先进电气控制系统的基础。这种控制系统的缺点是采用固定接线方式，灵活性差，工作频率低，触电易损坏，可靠性差。
此次设计主要是针对两个工作台的拖动电机进行电气控制。
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料部分，具体流程图如下所示：
开始时按下km2，km3两个工作台电动机开始工作，然后选择是手动还是自动，接着分别按下sb2，sb3，sb4，sb5，sb6启动J1和J2，再接着按下sb1和启动机械臂，开始进料，紧接着按下km4启动分检器。调程序时时注意是自动还是手动，在上述流程图中自动程序的部分和手动过程一样，不同之处在于卸料之后还有一个反馈给进料部分。
4.3 PLC控制系统的I/O接线图
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第五章
设计小结
随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
在这次设计中我深深的体会到自己在一些科目上还有所欠缺，对一些理论知识的认知度还不是很明朗，也是通过这次的设计将我以前学的东西再一次巩固了一遍，在这次设计中我利用了网络上的知识，也在图书馆查阅了大量的相关书籍，给自己也是好好的上了一课。
在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。
我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。
在此要感谢我们的指导老师乔桥老师对我们悉心的指导，感谢乔桥老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。
参考文献
三菱FX系列PLC系统设计应用指南
杨志杰
机械工业出版社 机电传动控制技术
杨黎明等
国防工业出版社 传感技术与应用
周继明等
中南大学出版社
电气控制与可编程控制器
陈立定等
华南理工大学出版社
FX系列PLC的链接通信及VB图形监控
郭昌荣
北京航空航天大学出版社 液压与气压传动
许福玲
机械工业出版社
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手动梯形图
一种可自动跟随手机行走的小车 篇6
目前已经有很多关于智能跟踪的产品,但是这些产品都还不成熟,它们大多是使用简单的传感器,不能跟随特定的人[1],如Five Elements Robotics推出的Budgee机器人,是一款专门针对老年人和残疾人的轻量级助力机器人,其最高速度为3.9km/h左右,如果主人的行进速度太快,它就会用消息推送的方式提醒主人慢一些;CaddyTrek推出的电动高尔夫轮式机器人已经能够取代部分劳动力,可带着打球装备跟随运动员走,但它们身上需要佩带特定的超音波发射器,易发出噪声、易被外界干扰、且价格昂贵。针对此,本文设计的小车只需要手机即可进行控制,仅需一次连接,无需后续操作便可让小车一直跟随着车主,当人多路杂时,车主还可以遥控小车前进。
1 跟随原理和实现方式
小车以STM32F103 为主控芯片[2],应用到电子罗盘、蓝牙模块、超声波测距传感器、直流电机、舵机和LCD显示屏等外设上。
1.1 主控芯片
STM32F103ZEV6 芯片是以Cortex-M3 为内核[3],其最高工作主频可达72 MHz,内置高速存储器(高达512kB的闪存和64kB的SRAM),采用哈佛结构,2.0V~3.6V供电电压,具有丰富的外设,2通道12位D/A转换器,12通道DMA控制器,多达11个定时器,支持IIC、USART、SPI、CAN、USB等通讯协议。
1.2 跟随原理
当安卓手机与小车建立连接之后,APP会自动调用手机自身硬件电子磁罗盘的驱动程序,获得当前手机的方位信息,然后通过蓝牙将手机的方位信息发送出去。当小车上的蓝牙串口接收到手机的方位信息后,与小车自身的电子磁罗盘测得的方位信息作比较(求差),再通过PID调节器处理,控制舵机转向从而控制小车转向的角度[4]。手机不断地发送方位信息过来,小车不断地接收并处理后,通过调节器控制舵机及时调整自身的转向,并不断逼近车主的方位。小车的转向由舵机控制,小车的动力由一个直流减速电机驱动,驱动电机通过处理器的数字化处理实现PWM调速。小车上配置一个320×240液晶屏终端,以显示小车当前的各种状态。控制原理结构框图如图1所示。
2 小车主要结构模块设计
2.1 电源模块
小车的电源电路如图2所示。电源采用7.4V锂电池,具有容量大、可反复多次充电的优点,并且放电电流相对较大,可以满足小车驱动电机所需要的2A放电电流。由于小车主控芯片的供电电压和直流电机额定电压不一致,故该小车设计应用了两组电源:一组经过稳压滤波电路后输出3.3V的电压,给主控芯片STM32F103ZEV6供电,采用的稳压芯片为LM1117-3.3;另一组电压也是由电池稳压后引出,但却采用了两个LM7805稳压芯片并联的方式稳压,因为单个稳压芯片承受不了电机启动时流过的大电流,这会导致稳压芯片严重发热,甚至烧毁[5]。采用两片稳压芯片并联的连接方式,各自承担一半的电流,避免了芯片的过度发热。
2.2 电机驱动模块
BTN7971B是应用于电机驱动的大电流、半桥高集成芯片,它带有一个P沟道的高边MOSFET、一个N沟道的低边MOSFET和一个驱动IC。P沟道高边开关省去了电荷泵的需求,因而减小了EMI(电磁干扰)。BTN7971B集成的驱动IC具有逻辑电平输入、电流诊断、斜率调节、死区时间产生和过温、过压、欠压、过流及短路保护的功能[6]。通态电阻典型值为16mΩ,驱动电流可达43A。采用两片BTN7971B构成一个全桥驱动,驱动电路如图3所示。
小车采用MG995 舵机来控制转向。舵机(Ser-vo)是由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成的一套自动控制系统,通过发送信号,指定输出轴旋转角度。舵机一般而言都有最大旋转角度(如180°),它与普通直流电机的区别主要在于直流电机是一圈圈转动的,而舵机只能在一定角度内转动,不能一圈圈地转(数字舵机可以在舵机模式和电机模式中切换)[7]。普通直流电机无法反馈转动的角度信息,而舵机可以,舵机的伺服系统由可变宽度的脉冲来控制,控制线用来传送脉冲,脉冲的参数主要有最小值、最大值和频率。一般而言,舵机基准信号的周期都是20ms,小车基准信号定义的位置为中间位置,中间位置就是从定义位置到最大角度与最小角度的量完全一样。不同舵机的最大转动角度可能不相同,但舵机中间位置的脉冲宽度是一定的,即1.5ms。来自控制线的持续的脉冲产生转动角度,这种控制方法叫做脉冲调制,脉冲的长短决定舵机转动多大角度。当控制系统发出指令时,使舵机移动到某一位置,并让它保持这个角度,这时外力的影响不会使角度产生变化。当舵机接收到一个小于1.5 ms的脉冲时,输出轴会以中间位置为标准,逆时针旋转一定角度;当舵机接收到的脉冲大于1.5ms,则顺时针旋转一定角度。不同品牌,甚至同一品牌的不同舵机都会有不同的脉冲最大值和最小值,一般而言,最小脉冲为1ms,最大脉冲为2ms。舵机的工作原理如图4所示。
舵机驱动芯片采用LN298N,L298N是一种双H桥电机驱动芯片,其中每个H桥可以提供2A的电流,功率部分的供电电压范围为2.5V~48V,逻辑部分为5V供电,接收5V TTL电平。一般情况下,功率部分的电压应大于6V,否则芯片可能不能正常工作。舵机驱动电路如图5所示。
2.3 蓝牙串口电路模块
该模块电路采用Max232作为电平转换芯片,与蓝牙串口连接,实现手机和小车的蓝牙通讯。Max232芯片内部含有一个电源电压变换器,可以将输入的+5V电源电压变换成RS-232C所需的+10V电压。模块芯片提供两组接收器和驱动器,而小车蓝牙串口只需用其中的一组即可。蓝牙串口电平转换电路的工作原理如图6所示。
2.4 电子磁罗盘模块
电子磁罗盘,又称3 轴数字罗盘HMC5883L,是一种表面贴装的高集成模块,并带有数字接口的弱磁传感器芯片,应用于低成本罗盘和磁场检测领域。HMC5883L包括最先进的高分辨率HMC118X系列磁阻传感器,并附带霍尼韦尔专利的集成电路,包括放大器、自动消磁驱动器、偏差校准、能使罗盘精度控制在1°~2°的12位模数转换器、简易的I2C系列总线接口。
HMC5883L采用无铅表面封装技术,带有16 引脚,尺寸为3.0mm×3.0mm×0.9mm。其所应用领域有手机、笔记本电脑、消费类电子、汽车导航系统和个人导航系统,可通过IIC数字接口通信,带置位/复位偿。电子磁罗盘电路图如图7所示。
2.5 安卓APP算法模块
采用C语言编写小车主程序代码,通过Android SDK完成APP开发。安卓APP算法如图8所示。采用MDK4.6+Jlink V8仿真器作为软件调试工具,硬件测试工具有万用表、示波器等。小车在机主拿着手机正常步行的情况下,可以实现自动跟随的功能。小车通过一块320×240液晶显示当前的状态、方位等信息。
3 结语
本文介绍了一种基于STM32控制的自动跟随小车的硬件电路和核心控制算法。小车可以连接主流安卓系统,当系统与手机匹配成功后,人带着手机走到哪里,小车就会跟到哪里。该小车可以改装成行李箱、超市的购物车以及老人的备忘箱,人们可以更加轻松愉快地享受保姆式跟随小车带来的许多乐趣。该自动跟随小车使用方便简捷、成本低廉,有极大的应用前景。
摘要：设计了一种可自动避障并且可以自动跟随主人行走的小车。该小车通过蓝牙与安装APP的安卓手机连接,当APP软件获得手机的电子磁罗盘方位信息后,通过蓝牙将信息发送出去。小车蓝牙接收到手机方位信息再与自身携带的电子磁罗盘方位信息比较,经过算法处理,控制小车的转向角度和行走速度,从而实现小车跟随手机移动的功能。
关键词：自动跟随小车,安卓APP软件控制,蓝牙
参考文献
[1]谭玉林.轮式机器人的分析与设计[D].西安:西华大学,2010:10-11.
[2]姚文详,宋岩.ARM Cortex-M3权威指南[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009.
[3]董景新,赵长德.控制工程基础[M].北京:清华大学出版社,2009.
[4]任志斌.电动机的DSP控制技术与实践[M].北京:中国电力出版社,2012.
[5]曲永印,白晶.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2013.
[6]巫付专,王晓雷.控制电机及其应用[M].北京:电子工业出版社,2008.
自动小车 篇7
(1) 对小车运动轨迹设计采用红外发射接收探头检测路面寻迹线, 从起始线出发, 自动将物体按设计好的轨迹线逐一运送到库房内, 运行的时间应力求最短。
(2) 小车运送物体到达库房时, 把物体放到库房挡板线以内。
1 系统方案设计、比较与论证
本文主要设计一辆带有机械手的智能电动小车, 采用轮式结构以减少制造成本。能够实现把物体放入库房内, 同时对搬运过程中自动记录、显示每一次往返的时间和总的行驶时间。为完成相应功能, 系统可以划分为以下几个基本模块:单片机最小系统模块、舵机驱动模块、步进电机驱动模块、液晶显示模块、转向指示模块、声音提示模块。
2 车体设计
制定了左右两轮分别驱动, 车尾安装牛眼轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流步进电机进行驱动, 车体尾部装两个牛眼轮。这样, 当一个直流步进电机转动另一个不动时就可以实现机器人的旋转, 由此可以轻松的实现机器人的90度和180度的转弯。在安装时我们保证两个驱动电机同轴。当小车前进时, 左右两驱动轮与后万向轮形成了四点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳, 可以避免出现后轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心的偏移, 车尾的牛眼轮还起支撑作用。
对于车架材料的选择, 我们经过比较选择了有机玻璃。用有机玻璃做的车架比塑料车架更加牢固, 比铁制小车更轻便, 美观。
3 智能小车控制系统的总体设计
控制器模块采用宏晶公司的STC12C5A32S2单片机作为控制器的方案。该单片机I/O资源丰富, 并具有两路PWM, 可以很容易的控制两个舵机;寻迹线探测与寻木探测模块
集成式GP2A25反射式光电传感器。它具有集成度高、工作性能可靠的优点, 只须要调节探头与被测物之间的距离达到1.5cm就可, 此种探头还能有效地防止普通光源 (如日光灯等) 的干扰;电动机选择采用旧打印机拆机的步进电机控制机器人的运动, 由于其转过的角度可以精确的定位, 可以实现小车前进路程和位置的精确定位。当不给步进电机发送脉冲的时候, 能实现自锁, 从而能较好的实现小车及时停车的目的;电机驱动模块采用专用芯片L298作为电机驱动芯片。L298是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片, 它相应频率高, 一片L298可以控制一个步进电机, 而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动, 操作方便, 稳定性好, 性能优良;舵机驱动模块采用三极管驱动电路, 单片机I/O口只需要控制三极管的集极来控制三极管的导通或是截止, 来给驱动舵机;显示模块用LCD1602液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点;电源模块采用3节4.2V可充电式锂电池串联共12.6 V给步进电机供电, 然后将12.6V电压再次降压5v、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。锂电池的电量比较足, 并且可以充电, 重复利用, 体积小巧, 便于安装到机器人;供电模块消耗的功率过大, 采用2576将电压稳至5V。2576的输出电流最大可至3A, 完全满足系统要求。经过反复论证, 最终确定了如下方案:
(1) 车体用有机玻璃车架手工制作。
(2) 采用宏晶STC12C5A32S2单片机作为主控制器。
(3) 用GP2A25型光电对管进行寻迹与寻木块。
(4) L298作为步进电机的驱动芯片。
(5) 用9013三极管作为舵机的模块
(6) 用3节4.2V可充电式锂电池串联共12.6 V给步进电机供电, 将12.6V电压经2576降压、稳压后为单片机系统和其他芯片供电。
4 硬件设计与软件流程
寻迹线探测电路采用型号为GP2A25P2A25反射式光电传感器, 该探头输出端只有三根线 (电源线、地线、信号线) , 只要将信号线接在单片机的I/O口, 然后不停地对该I/O口进行扫描检测, 当其为底电平时则检测到路面, 当为高电平时则检测到运动轨迹线。搬运机器人前进时, 始终保持运动轨迹线在车头两个传感器之间, 当搬运机器人偏离轨迹时, 探测器一旦探测到有轨迹线, 单片机就会按照预先编定的程序发送指令给搬运机器人的控制系统, 控制系统再对搬运机器人路径予以纠正。当搬运机器人回到了轨道上时, 搬运机器人车头两个探测器都只检测到路面, 则搬运机器人继续直线行走, 否则搬运机器人会持续进行方向调整操作, 直到搬运机器人恢复正常。
寻木块探测电路采用型号为GP2A25P2A25反射式光电传感器, 该探头输出端只有三根线 (电源线、地线、信号线) , 只要将信号线接在单片机的I/O口, 然后不停地对该I/O口进行扫描检测, 当其为高电平时则检测到物体, 当为底电平时则检测没有检测到物体, 搬运机器人再前进时探头始终寻找物体, 当搬运机器人寻物探头探测到物体时, 单片机就会按照预先编定的程序发送指令给搬运机器人的机器手夹持物体。
步进电动机驱动电路如图所示该驱动动电路J2接单片机I/O口进行向L298输入脉冲, J3接步进电机的线上L298输出地脉冲来驱动步进电机转动或停止。
5 结束语
本文对智能小车的硬件及软件进行分析设计, 并且通过使用Pro/E三维软件对车体的设计。通过测试, 系统完全达到了设计要求, 不但完成了基本设计要求, 并增加了全路程记时、每次往返时间和全程时间显示和语音提示, 转向时转向灯显示三个创新功能。
参考文献
[1]赵健领.51系列单片机开发宝典[M].北京:电子工业出版社, 2007.
自动小车 篇8
本文设计的智能小车是一种集实时采集传感器信号,智能分析外部环境、路径信息,自动方向控制及速度调节等技术的自动设备。本系统设计的智能小车具有图形识别能力,能自动识别三角形(▲)、圆形(●)、正方形(■)和十字形(╋)标志,并将该尺寸为(8cm×8cm×8cm)的立方体搬起,运送到指定地点。而且,要求小车以最快的速度和最高的精度完成以上功能,此外,由于立方体任意放置,搬运顺序不限,还要求小车具有最优路径选择的能力。
2. 方案设计与论证
本设计主要实现小车在限定的区域内用自设的路线循迹完成立方体的搬运,并能显示走过的路径长度、时间和路径示意图。据此提出系统方案,其系统方案框图如图1所示。为实现各模块功能,针对关键模块提出了几种设计方案并进行论证。
2.1 电机的选择与论证
方案1:采用直流电机。直流电机具有最优越的调速性能,主要表现在调速方便(可无级调速)、调速范围宽、低速性能好(起动转矩大、起动电流小)、运行平稳、噪音低、效率高等方面。
方案2:采用步进电机。步进电机具有控制简单、定位精确、无积累误差等优点。但它在运行时噪音大、高速扭矩小、启动频率低、价格较高。
方案选定:基于上述比较,为了方便地对电机进行无级调速,节约成本以及需要电机带负载能力强的特性,故本设计采用方案1。
2.2 电机驱动方案的选择与论证
方案1:采用继电器对电动机的开和关进行控制,通过开关的切换对电机的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单,实现容易;缺点是继电器的响应速度慢、机械结构易损坏、寿命较短[1]。
方案2:采用H型脉冲宽度调制(PWM)全桥式驱动电路。通过PWM脉宽调制的方法,实现对小车速度的控制。这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大,能承受频繁的负载冲击,还可以实现频繁的快速启动、制动和反转等优点,是一种广泛采用的调速技术。H型全桥式电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制。这种驱动电路可以很方便实现直流电机的四象限运行,分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。为了电路设计简单,采用电机专用驱动芯片L298N,其驱动电流大,瞬时电流最高可达2A,为电机驱动专门设计,工作稳定可靠。
方案3:采用DSP芯片,配以电机控制所需要的外围功能电路,通过数控电压源调节电机运行速度,实现控制物体的运动轨迹。该方案优点是体积小、结构紧凑、使用便捷、可靠性提高。但系统软硬件复杂、成本高。
方案选定:综合三种方案的优缺点,基于上述理论分析和实际情况,本设计选择方案2。
2.3 寻迹模块的选择与论证
在本设计中,要求电动小车沿着路面的黑色轨道行驶。其探测路面黑线的基本原理:光线照射到路面并反射,由于黑线和白纸对光的反射系数不同,可以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,可以控制电动小车行走的路迹。下面三种方案是根据本原理设计的。
方案1:由可见光发光二极管与光敏三极管组成的发射-接收电路。该方案成本较低,易于制作,但其缺点在于周围环境光源会对光敏二极管的工作产生很大干扰,一旦外界光亮条件改变,很可能造成误判和漏判;如果采用超高亮发光管和高灵敏度光敏管可以降低一定的干扰,但又将增加额外的功率损耗。
方案2:利用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白线上面时,光线反射强烈,光线照射到黑线上面时,光线反射较弱。因此光敏电阻在白线和黑线上方时,阻值会发生明显的变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。但是这种方案受光照影响很大,不能够稳定的工作。
方案3:采用反射式红外线光电传感器。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[2]。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,反射光被装在电动小车上的接收管接收;如果遇到黑线则红外光被吸收,电动小车上的接收管接收不到红外光。单片机根据是否收到反射回来的红外光来确定黑线的位置,从而控制小车的行走路线。采用红外线发射,外面可见光对接收信号的影响较小,再用射极输出器对信号进行隔离。红外线光电传感器的特点是尺寸小、使用方便、工作状态受温度影响小。它的外围电路简单。
方案选定:综合比较三种方案,方案3易于实现,也比较可靠,故本设计采用方案3。
2.4 图形识别模块的选择与论证
方案1:采用320线的线阵型CCD摄像头作为图形识别传感器,它以隔行扫描的方式采集图像上的点,当扫描到某点时,通过图像传感芯片将该点处图像的灰度转换成与灰度一一对应的电压值,然后将该电压值通过视频信号端输出。当扫描完一行时,视频信号端输出一个低于最低视频信号电压的电平,即行同步脉冲,它是扫描换行的标志。摄像头输出的PAL制式模拟信号必须经过视频分离电路分离后,才能得到单片机可以处理的图像采集信息,然后利用采样图像中各点的电压值,就可以判断出图形的形状[3]。该方案的优点是探测的距离足够远,能探测的信息量也足够多。但是该方案所用到的视频分离电路复杂,需要对大量图像信息进行数据处理,对控制器的要求比较高,成本相对也比较高。
方案2:采用反射式红外传感器[4]阵列。通过红外发射管发射红外线光照射物体表面,物体表面与图形具有不同的反射强度,利用红外接收管可以检测到这些信息,再通过编写程序利用检测到的信息来判断图形的形状。此方案简单易行程序调试也简单且成本低廉。
方案选定:本设计的寻迹模块也采用的反射式红外传感器,为了图形识别实现方便和节约成本,故本设计采用方案2。
2.5 搬运模块的选择与论证
方案1:采用舵机制作机械手来实现立方体的搬运。机械手原理简单,可行性高,但是稳定的机械手加工复杂,舵机的控制也相对较难,需要占用微处理器的定时/计数器。
方案2:采用吸盘式电磁铁吸引带有小铁块的物立方体。就本题目来说,该方案控制简单,操作方便,加工也容易,而且能为图形的识别提供可靠的识别环境。
方案选定:综合比较两种方案,为了图形识别的方便,本设计选用方案2。
2.6 无线通信模块的选择与论证
方案1:采用用DF无线数据收发模块。DF超再生式接收模块通讯方式为调频AM,接收灵敏度高,抗干扰能力强,但是其数据传输量较小,而且需要对数据编解码,增加了设计复杂度。
方案2:采用nRF24L01模块。nRF24L01是业界体积最小、功耗最少、外围元件最少的无线单片收发芯片,编程很方便,实际传输距离在50-80米左右。
方案选定:综合比较以上方案,方案2易于实现,也比较可靠,故本设计采用方案2。
3. 理论分析
3.1 场地循迹路线的规划
根据题目给出的仓储场地示意图,为了循迹方便,让所走的路径尽可能的短。我们设计出了如图2所示的场地路线图。
在图2中的黑线为搬运小车的循迹路线,通过这个路线,小车可以去到图中存放立方体的任何位置。
3.2 最优路径的选择
根据图2所示的仓储场地路线示意图,将各个立方体的存放位置和路口坐上标记,如图3所示。
最短路径问题是图论研究中的一个经典算法问题,旨在寻找图(由结点和路径组成的)中两结点之间的最短路径。常用的路径规划方法有很多种,例如人工势场法、遗传算法等。其中人工势场容易出现振荡和陷于局部极小,因此难以得到最优的规划路径。遗传算法具有较好的寻优能力,但实际使用时容易出现早熟收敛现象。
根据要求,小车从起始点出发,将4个立方体依次运送到指定地点即可。虽然立方体的摆放顺序是任意的,但放置地点固定。因此,一旦识别出立方体的摆放顺序,那么立方体到各放置点的距离、小车到各个立方体和放置点的距离均是确定的。根据题意,上述问题可以描述如下:设有n个地点,小车从起始点出发到其他每个地点一次且仅是一次,问如何选择行走的路线,使小车走过的总路径最短?
为此,建立如下数学模型:小车从起始地点1
表示由地点1到地点i的中间地点集合,S表示到达地点i之前中途所经过的地点的集合。因此可选取(i,S)作为描述小车行进过程的状态变量,决策为由一个地点走到另一个地点,并定义最优值函数fk(i,S)为从地点1开始经由k个中间地点的S集到地点i的最短路线的距离.。由于n较小,因此可以采
其中k=1,2,…,n-1;i=2,3,…,n;dji为地点i到地点j的距离;边界条件为f0(i,Φ)=d1i。
由动态规划的最优性原理可知,一个最优策略的子策略总是最优的。所以从k=1到k=n-1逐个阶段求最优策略,最终得到的解即为小车的最优路径。根据图3所给出的路线图,我们统称1、2、3、4号位置为仓库位置,A、B、C、D四个位置为目标物处,由此可以知道,从任一出发位置到任一目标物位置的路径唯一确定,反之亦然。因此,要求最短路径即是确定小车去向。从目标物位置回到仓库位置是由题目确定的,我们唯一能选择的只有从仓库位置去到哪一个目标物处。基于以上分析,我们设计出路径选择策略:小车在仓库位置时,若其对面的位置上的立方体没有被搬走,则小车去其对面的位置。反之,则选择邻近的目标物处。我们设定在选择邻近目标物位置出现路径长短相同时,优先选择左边的目标物处。
3.3 图形识别
图形识别模块在本设计中起着至关重要的作用,其识别正确与否直接影响到小车搬运的正确与否。本系统场景设置比较单一,图形信息较为规则,故可以将黑色图形绘在白底的立方体上,采用提取特殊位置的反射强度,综合后判断图形的形状。图形识别传感器位置设置如图4所示。
由图可以很容易的知道:若假定传感器检测到反射信号,则为1,反之,则为0。故有如下判定:
(1)若ABCD为1111,则检测到的图形为正方形(■);
(2)若ABCD为0111,则检测到的图形为圆形
(3)若ABCD为0011,则检测到的图形为三角形(▲);
(4)若ABCD为0010,则检测到的图形为十字形(╋)。
4. 系统的硬件设计
系统硬件框图如图5所示,主要包括电源模块、H全桥式驱动电路、nRF24l01无线模块、图形识别模块、循迹模块、搬运模块、显示模块七个部分。其中显示模块完成如下功能:通过nRF24l01无线模块接收从小车上发来的路径、里程等信息,经W79E227微处理器处理后利用串口发送到上位机上进行显示。
寻迹模块和图形识别模块,我们采用反射式光电对管,其输出接比较器,由地面或立方体表面反射状况的不同而输出1,0信号予以反馈。其电路连接如图6示。
H全桥式驱动电路用一片L298N可控制两个直流电机,我们用PWM输出来调制车速,且为了防止电机模块对前级的干扰,我们加了光电耦合级,电路连接如图7示。
5. 系统的软件设计
由于本系统的功能复杂,因此不但硬件电路复杂同时也需要很强的软件系统支持。本系统软件包含三个部分:小车控制软件、显示模块上的通行转换软件、上位机上的显示软件。其中小车控制软件流程图如图8所示。
6.总结
本文采用了特征提取的图形识别方案,大大提高了图形识别的难度。应用遗传算法,采用基于动态规划的路径规划技术,提高了小车的路径规划效率。采用数字PID控制算法,提高了小车的控制精度。系统反复测试,性能良好,实物如图9所示。智能仓储搬运系统为智能机器人系统设计提供了有力的技术支持,对系统将做进一步研究,它将有着广泛的市场应用前景。
摘要：以Winbond生产的W79E227作为控制系统的核心,通过对直流电机驱动、红外引导、图形识别、无线通讯、显示等模块的软件编程,设计了一个能够实现以最优路径、最快速度、最高精度自动搬运仓储物体,并能显示走过的路径长度设计了一个能够实现以最优路径长度、时间及示意图的智能小车。
关键词：自动化,红外光电传感器,图形识别,无线传输
参考文献
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[2]张立.电子世界[J].电动小车的循迹.2004,(6):45.
[3]卓晴,王磊.基于面阵CCD的赛道参数检测方法[J].电子产品世界,2006,18(7):143-145.
[4]郁有文等编.传感器原理及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社.2003.7
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[6]谭浩强.C语言程序设计(第三版)[M].北京:清华大学出版社,2005.7
自动小车 篇9
关键词：嵌入式系统,ARM7,自动引导小车,物流中心
1 总体方案设计
物流中心自动引导小车(AGV)控制系统由AGV智能控制模块、监视模块、及无线网络通讯模块等三大部分组成。工作过程是通过接入互联网的手机或者微机客户端通过无线网络向远程的AGV发送控制指令代码,期间传输信号由发送端使用加密狗加密。当信号经互联网发送到接收终端时,AGV网络模块把接受的指令传送到处理器,处理器指示驱动模块驱动AGV执行动作。运动的同时监视模块把采集到的图像通过无线互联网传输到客户机端,其整体结构如图1所示。
1.1 智能控制模块
这部分是AGV的核心部分。采用的是嵌入式系统设计,可以准确高效地运行及处理数据。控制器通过网络组件WIFI或者GPRS与外部网络进行数据通讯,用户可以使用家用宽带网络或者手机短信的方式实现模块的远程控制。同时在本地控制还可以应用红外无线键盘、数字液晶屏来提供本地人机交流界面。
1.2 网络模块
AGV无线网络通讯模块是AGV通讯信号传输的重要组成部分,由WIFI或者GPRS模块来实现通讯。通讯中介是家用无线路由或者移动网络GPRS。
1.3 监视模块
AGV监视模块通过单片机驱动舵机实现全方位的监视。视频信号通过摄像头来采集,信号转换后将视频的PAL信号传输至处理器,经无线网络传输实时传到客户端。摄像头的控制与智能控制模块连接,摄像头的运动受控制模块的控制。
1.4 驱动模块
AGV驱动模块是通过可编码的直流电机来驱动的。当处理器接收到客户端传来的指令,处理器对驱动模块信号处理。从而实现AGV的全方位移动。
2 系统硬件设计
本文采用的是PHILIPS单片32位ARM微控制器LPC2138,作为控制器的处理器,负责和WIFI、GPRS无线通讯模块、监视模块、数据存储、键盘、红外、显示屏等模块进行数据通讯和对无线网络客户端发送的信号进行采集和处理。
2.1 控制核心模块
ARM外围电路包括电源键盘显示屏、SD卡、SDRAM以及与各个辅助模块进行连接的扩展接口等。ARM处理器内嵌512k FLASH、32k的可读写RAM。电路中SDRAM芯片选用hy57v25641,存储容量为16M。用其做系统运行所需内存,为操作系统信号的采集和数据的处理提供了可靠的运行空间。扩展的接口有串口、USB接口。串口为下载程序和与GPRS模块通讯用,USB接口用于与WIFI连接从而接入无线互联网络。LCD显示屏主要与键盘配合完成本地人机交互界面,LCD液晶240×320像素,65k色,驱动芯片是ili9325。键盘采用的是PS2接口方便使用电脑键盘,与LCD合力完成本地人机信息交换。串口通过MAX232与上位机进行通信,辅助单片机的下载通过ISP下载,支持在线调试。
2.2 外围网络模块
WIFI和GPRS模块用于实现处理器与客户端的通信连接。WIFI模块采用的是wf8000-u USB WIFI模块。GPRS模块采用的是BENQ M22A模块。各通讯模块外围电路主要由电源部分、工作指示及数据连接扩展口组成。
2.2.1 TTL电平
GPRS模块与处理器的连接通过串口通讯,模块与处理器间的电平均为TTL电平,所以无需进行电平转换就可直接进行连接。
2.2.2 MAX232转换电平
由于编程及调试控制器电脑与处理器间的电平定义不同,采用MAX232进行电平的转换,其外围电路主要有电源供电部分。
MAX232电平转换模块用来把电脑端的RS232信号处理得到TTL电平实现电脑和处理器及GPRS模块之间的通信,电路如图2所示。
2.2.3 GPRS外围网络模块
GPRS模块第15管脚必须持续3s的低电平才能实现模块的启动。本文采用的是软件模拟低电平GPRS模块启动。关机电路同样是管脚持续低电平3s,电路如图3所示。
GPRS模块第35脚是一个工作状态指示灯接口,状态表示分别为:亮1s灭1s为启动搜索信号;亮1s灭2s为信号正常;持续点亮为有数据输入或者输出。其工作原理图如图4(a)所示。图4(b)为GPRS模块SIM卡连接示意图。
GPRS模块串口工作方式的电平为TTL电平,所以GPRS模块和控制核心处理器的连接可以是直接连接。但考虑到模块的调试及程序的烧录,所以在GPRS模块与处理器连接处使用转接开关。以此完成电脑到处理器的通信、GPRS模块到电脑的通信。GPRS模块、处理器、电脑的通信电路连接示意图如图5所示。
3 监视模块
监视模块采用的是普通高清视频摄像头,分辨率达1024×768。视频采用PAL模式传输经处理器处理,通过无线互联网把图像传输到客户端,其电路图如图6(a)所示。摄像头的各方位由单片机驱动舵机来实现舵机驱动电路如图6(b)所示。
4 驱动模块
驱动模块采用的驱动芯片为L298N该芯片功率大,电源可直接采用12V。单个芯片可以控制两个直流电机,本文采用两片L298N以实现自动引导小车(AGV)的各方位移动。电路如图7所示。
5 电源模块
电源部分采用的是12V直流锂电池,功率为10W。对各个模块部分进行分别供电。稳压管采用的是7805。由于GPRS对电源要求特别高,所以单独采用一个LM2941S对其供电。
wf8000 WIFI模块是华为公司生产的一种专门用于嵌入式系统的无线网络模块,其符合802.11b标准,芯片采用prism3.0。原理图如图8所示。
6 结论
利用本控制系统,可以实现AGV的远程控制及工作环境实时监控。结合运输机械装置可以实现在特殊工作环境下的智能远程控制搬运工作。在物流中心等一些环境较差的场所可以代替人工作实现更多的功能,为货物搬运工作带来便利。
参考文献
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基于自动循迹的智能公交小车系统 篇10
随着汽车工业的迅猛发展,有关汽车类的研究也日益受到广泛的关注。全国大学生电子设计竞赛每年都有类似的题目出现,智能小车在竞赛中也是必不可少的题目之一,全国各大高校都随即提升了对该类题目学习与研究的重视和投入。由此可见,智能小车在时下研发领域的优先地位和重要作用。智能公交车启停系统则是其外延扩展,研究意义已卓然明显,且现实攸关[1]。
本课题是要设计一款智能小车系统,研究中主要是完成硬件设计和软件设计。其中的硬件设计包括器件的选型和电路设计;软件是对硬件的各个部分模块进行驱动,通过软件程序的编写可以完成小车的自动循迹功能。
1 系统整体设计方案
本系统采用单片机作为主控芯片,利用红外光电传感器对地面的黑色轨迹进行检测,从而实现自动循迹功能,并且小车通过超声波测距来获得小车与障碍物的距离,再通过距离的判断与比较以达到避障的目的。在小车与障碍物距离小于安全距离时,小车会自动减速前行;当小车与障碍物的距离小于危险距离时,小车会停止行驶,等待知道前方障碍物被移除后,小车才恢复正常行驶状态[2,3]。当小车行驶到固定的终点时,通过接收站点的红外信号,小车会停止行驶[4,5]。本智能小车系统由如下模块组成:单片机控制模块、超声波测距避障模块、自动循迹模块、电机驱动模块、蜂鸣器提示模块和红外接收模块。系统结构如图1所示。
2 硬件设计
2.1 系统电源选择与设计
由于小车为移动设备,电源部分不能采用交流进行供电,所以设计中均需要选用电池进行供电。小车部分,单片机、液晶显示模块、电机驱动芯片提供正常的工作电压为5伏。步进电机的最低工作电压7伏左右。电机启动的瞬间可能会产生短时高压。如果选择开关电源供电,因其过载性能较差,会出现保护关断的现象,系统设计中不需要精密的稳压要求,因此设计中将不会选择开关电源的供电方式。并且由于电机工作时,会对整个电路造成干扰,因此电机控制电路和其它电路应该选择隔离电路,设计中选择TPL521用于电机控制部分和MCU芯片之间的隔离。同时,系统电源部分选择了5 V锂电池给控制板供电和12 V铅蓄电池给电机供电[6]。
2.2 硬件电路设计
2.2.1 单片机最小系统
STC89C52、晶体震荡电路、系统电源和阻容复位电路四部分组成了单片机的最小工作系统。最小系统是整个硬件设计的基础,只有最小系统正常工作,系统硬件电路才有可能进入预期运行。MCU正常工作的前提需要外部的时钟输入和上电复位。时钟电路为单片机提供工作时序,复位电路能够完成单片机的上电复位。进一步地,晶振震荡电路由晶振和2个20PF的电容组成,并通过无源晶振的震荡为单片机提供了工作的时序。复位电路是用来提供上电复位信号,如果遇到干扰或是运行出错,通过控制操作复位电路可以使单片机返回到初始状态。本系统复位电路的设计采用上电复位和手动复位2个方法。具体设计如图2所示。
2.2.2 红外接收电路
红外接收器(HS0038)是一体化的红外接收装置将遥控信号的接收、放大、检波、整形集于一身,并且输出可以让单片机识别的TTL信号,如此即大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作,方便使用。红外接收探头,接收红外信号频率为38 k Hz,周期约26μs。
红外接收电路如图3所示。HS0038的1脚外接到单片机的P3.2口,单片机则通过读取P3.2的电平来判断接收的是高电平还是低电平。
2.2.3 电机驱动电路
本课题需要同时驱动2个步进电机,来实现小车的前进、后退、左右转弯的功能。电路设计是将IN1、IN2和enable A作为一组,IN3、IN4和enable B作为另一组,通过对这2组IO口的控制就可以分别实现对电机正反转、加减速的控制,完成向前、向后、左转和右转等各种组合运动。如上几个端口输入的是一个频率信号,电机的特性是给其高电平时,电机转动,给其低电平则停止。如果为其提供了时高时低的信号,电机会在惯性的作用下,并不会突然地转动或停止,这就类似电容储存电能的现象,即会慢慢加速或减速。基于如上特性分析,PWM在电机控制中的应用就尤显适合与适用了。PWM的高电平占空比大,电机就会转得快,低电平占空比大就会转得慢。OUT1和OUT2一组,OUT3和OUT4一组,分别接2组步进电机。电机驱动电路如图4所示。
2.2.4 超声测距电路设计
只需要在Trig/TA管脚输入一个10US以上的高电平,系统便可发出8个40 KHZ的超声波脉冲,而后检测回波信号。当检测到回波信号后,模块还要进行温度值的测量,再根据当前温度对测距结果进行校正,将校正后的结果通过Echo/RA管脚输出。在此模式下,模块将距离值转化为340 m/s时的时间值的2倍,通过Echo端输出一高电平,可根据此高电平的持续时间来计算距离值。研究可得距离值的计算原理为:(高电平时间*340m/s)/2。超声测距电路如图5所示。
2.2.5 蜂鸣器提示电路设计
报警电路由蜂鸣器、PNP三极管和限流电阻组成。单片机通过控制引脚电平的高低,使PNP三极管处于导通或截止的状态,类似一个开关,从而实现开启或关闭蜂鸣器。图6中,驱动电压是5 V电压,Q1为PNP型三极管,SPEAKER是信号输入端,蜂鸣器的驱动方式可根据其类型有多种选择,此处选用蜂鸣器则为压电式蜂鸣器,通过R2和单片机的P20口相连,由该接口将会输入一定频率的脉冲信号,因此而控制蜂鸣器发出声音的频率,频率越高,蜂鸣器的声音越大、音色越尖锐。报警电路如图6所示。
3 系统软件设计
软件的设计任务需要实现智能小车系统能按设定的速度稳定地在引导线上行驶。在设定的位置停止于设定的时间,到达引导线末端自动停止前进。
3.1 主程序设计
软件设计的主流程如图7所示。系统上电后,启动初始化程序,初始化完成后,程序进入一个死循环。循环中,首先判断小车的动态标识位的数值,若Flag=0,则继续扫描小车动态标识位(Flag);若动态标志位Flag=1,调用状态信息扫描子程序,得到状态标志值,调用改变小车状态子程序,将扫描小车状态得到的标志值作为改变小车状态子程序的实参,执行改变小车状态子程序,运行完成后,回到循环开始,重新执行以上操作,直至系统断电位为止。
该系统的程序设计使用了模块化的编程思想对单片机控制模块、超声测距模块、自动循迹模块、点击驱动模块和红外接收模块实现了程序编写,Keil4软件提供的平台来实施开发。小车的标志是用于记录和检测环境参数,具体小车的状态描述有以下情况:
1)如果小车的状态扫描结果是出界,则调整行驶路线,返回上一层循环;
2)如果没有出界并且有障碍物,则提示前方有障碍物,返回上一层循环更改小车的Flag标志位;
3)如果小车没有障碍物、没有出界,但是有标志线,则执行小车的循迹模块,最后返回上一层循环,更改小车的Flag标志位。
3.2 扫描程序设计
采用5个光电感应器对轨道进行循迹。小车循迹流程图如图8所示。
智能公交小车使用后轮驱动,后轮左右两边各有一个驱动电机,通过调整后面2个轮子的转速,从而达到控制专项的目的;前面的轮子则是万象轮,只起到支撑作用。将红外电光传感器分别装在车身的两侧和前端,当车身左侧的红外传感器检测到黑线时,芯片控制左轮电机减速,使得行驶路线向右修正;当车身右侧的红外线传感器检测到黑线时,芯片控制右轮电机减速,使得行驶路线向左修正;车身中间的红外线传感器会一直检测标志线,当检测到标志线时会左转,这就使小车在轨道中行驶。
避障原理和循迹原理是一样的,在车头的前后两端和中间各装有一个红外传感器,当车身左侧的红外传感器检测到障碍物时,小车的右轮开始减速,使小车向右行驶,从而达到向右修正行驶路线的目的;当车身右侧的红外传感器检测到有障碍物时,小车的左轮开始减速,使小车向左行驶,从而达到向左修正行驶路线的目的;当车身的中间或全部的传感器都检测到障碍物时,小车定向转动,从而达到避开障碍物的目的。
3.3 电机控制程序设计
该设计中使用的是2个电机对小车状态进行实时改变,由于单片口输出电流低不能直接驱动电机转动,所以本设计采用L298N芯片来驱动电机转动。改变小车子程序流程图如图9所示。
4 结束语
本系统由单片机最小系统、光电感应循迹模块,电机驱动模块、超声测距模块和红外接收模块组成。光电感应器循迹模块用于检测道路上的黑线,主控器将采集的信号进行处理后,控制电机驱动模块运行,驱动小车底盘上的2个电机工作,实现对小车速度和运动方向的控制。本次开发是通过软硬件探索改进,利用Protel软件设计电路原理图,采用Keil软件设计编写系统的驱动程序,实现智能公交小车的系统研究设计。该系统操作简单、智能化程度高、抗干扰性强,具有广泛的应用价值。
摘要：本文设计并实现了基于ST89C52单片机的智能公交小车控制系统。该系统能够实现根据路况自动循迹、遇到障碍自动减速、到达终点自动停止等功能,可在恶劣的环境中替代人工作业完成生产任务,避免造成人员伤亡,具有重要的应用价值。
关键词：单片机,智能小车,电机驱动
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