多功能小车

2024-08-28

多功能小车（通用4篇）

多功能小车篇1

1、引言

语音遥控技术就是利用语音识别技术来达到控制或者操作的一种技术, 而语音识别技术已经有很大的进步。随着微电子技术、计算机技术、传感器技术的迅速发展, 现今声控技术应用广泛, 这也给严重伤残人的生活带来了极大的方便。伤残病人用声音就可以打开门窗、窗帘、电视机、电灯等。在其他领域里, 声控技术也大有用武之地。本文介绍用凌阳单片机61A设计并制作的一套基于语音识别和传感器技术的多功能小车。

2、系统设计部分

2.1 总体设计

以凌阳SPCE061A单片机为核心, 完成智能控制, 无人驾驶汽车模拟设计。具体实现功能:

(1) 语音或遥控控制小车的前进、倒车、左拐、右拐;

(2) 对障碍物进行自动避障行驶;

(3) 实现对小车所处坏境光线的采集进行补光;

(4) 实现检测液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等, 并发出报警, 并显示时间。

(5) 实现通信控制启停功能。由于本设计属于移动性高精度实时控制系统, 因此各模块必须具有精度高、稳定性强、多种传感器综合控制、智能控制等诸多性能要求, 系统具体包括:1) 车体部分。2) 电机驱动单元模块。3) 凌阳单片机, 61板控制系统模块。4) 避障传感器、光敏传感器、烟雾传感器等传感器部分。5) 无线遥控开关单元模块。6) 时间等参数的显示部分。本设计利用大谷劳作的基础车, 用SPCE061A单片机作为小车的检测和控制核心, 使用四节五号电池给整个系统供电, 同时用无线遥控模块控制整个小车的开关。采用PWM控制小车的行驶速度, 通过LM298驱动模块、红外反射避障传感器、烟雾传感器、光敏传感器、无线遥控开关模块组合, 实现了小车遥控开关, 可以实现语音控制小车的前进、倒车、左拐、右拐, 在前进中能够连续躲避障碍物, 并适时地对空气进行检测和光线的采集, 达到报警并显示和补光的作用。

采用SPCE061A实现语音控制小车方案, 由于SPCE061A内部具有语音识别和语音播放功能, 所以只需要扩展基本的MIC和语音功放即可, 该方案结构如图1所示。

系统的结构框图如图2所示。

系统组成主要包括以下部分:SPCE061A精简开发板、语音小车控制电路板以及传感器等。

2.2 系统控制和硬件设计

(1) 小车的运动控制采用语音或遥控控制, 通过语音触发小车动作, 可以通过语音指令改变小车的运动状态。在小车行驶状态下可以通过红外壁障传感器躲避障碍物, 而烟雾传感器和光敏传感器一直处于触发状态, 一旦有信号发生改变, 则会执行相应的功能, 这都是通过凌阳单片机控制的。

(2) SPCE061A是凌阳科技研发生产的性价比很高的一款十六位单片机, 使用它可以非常方便灵活的实现语音的录放, 该芯片拥有8路10位精度的ADC, 其中一路为音频转换通道, 并且内置有自动增益电路。这为实现语音录入提供了方便的硬件条件。“61板”是SPCE061A EMU BOARD的简称, 是以凌阳16位单片机SPCE061A为核心的精简开发-仿真-实验板。

(3) 音频输入部分:MICP和MICN将随着MIC产生的波形变化, 并在俩个端口处形成俩路反向信号, 再经过俩级运放放大, 把放大的语音信号交给ADC转换为数字量, 这个时候我们就可以通过单片机编程对这些数据进行处理, 比如说语音数据压缩、语音识别样本处理。

音频输出部分:采用SPY0030凌阳公司开发的专门用于语音信号放大的芯片。

(4) 车体部分。语音控制小车为四轮结构, 如图3所示。其中左侧两个车轮由左侧电机控制, 在机械结构下左侧俩个轮子实现正反转动, 右侧与左侧一样, 右侧两个车轮由左侧电机驱动, 为小车提供动力。以实现小车的行驶状态。

(5) 系统各控制电路分析。接口电路:接口电路负责将61板的I/O接口信号传送给控制电路板, I/O信号主要为控制电机需要的IOB8～IOB11这四路信号, IOB12, IOB13控制红外避障传感器, IOB2, IOA2控制烟雾传感器, IOB3, IOA7控制光敏传感器。

电源电路:整个小车有4个电源信号:LM298工作电源, 61板工作电源, 红外避障传感器电源, 光敏传感器电源, 气体传感器电源, 无线控制器电源。系统供电由电池提供, 控制板与传感器直接采用电池供电 (VCC) , 然后经二极管D1后产生61板传感器所需电源 (VCC_61) , 61板需通过Vio跳线产生61板的端口电源 (V1) 5V。无线收发控制采用独立的6V电池经过二极管供电, 以免负载太多对其产生影响, 二极管D1作用:降压, 4节电池提供的电压VCC最大可达到6V, D1可有效地降压;保护, D1可以防止电源接反烧坏61板。

烟雾传感器电路:1) 具有信号输出指示。2) 双路信号输出 (模拟量输出及TTL电平输出) 。3) TTL输出有效信号为低电平。 (当输出低电平时信号灯亮, 可直接接单片机) 。4) 模拟量输出0～5V电压, 浓度越高电压越高。5) 对液化气, 天然气, 城市煤气有较好的灵敏度。6) 具有长期的使用寿命和可靠的稳定性。7) 快速的响应恢复特性。

避障传感器电路:采用光电开关。选用光电开关输出为一个开关量, 将光电开关的输出端经过一级光耦就可以送到单片机的一个I/O口, 单片机通过该输入量判断障碍物并做出相应的动作, 本设计中传感器遇到障碍物输出低电平, 常态是高电平, 可以调节距离来感知障碍物。

无线遥控单元模块设计:无线遥控开关采用315MHz无线模块制作而成, 通过遥控器控制继电器的断开与闭合来控制整个系统的供电, 该遥控可以在空旷的地方120m～150m接收遥控, 在有阻碍的地方接收范围为80m～100m。

显示部分电路:采用1602液晶显示屏, 可以显示报警时的年月日和时间, 也可作为其它信息的显示。

(6) 程序说明:本小车采用C语言进行编程, 采用一个主程序和七个子程序控制方法对其进行控制。主要包括训练程序、语音识别程序、动作程序、避障传感器的程序、烟雾传感器程序、光敏传感器的程序、时间显示程序等等。

3、结语

多功能小车运用了单片机、传感器、自动控制等多种技术, 再结合无线通信、语音处理等技术可以实现各种实用的功能, 因此越来越受到人们的重视和喜爱, 也利于对各种技术的综合应用和学习。

一种多功能助力小车的设计篇2

在全球经济高速发展的时代背景下, 互联网发展也越来越迅猛, “网购”成为了当下的热点词汇, 快递运输是“网购”过程中至关重要的一个环节, 快递运送的安全保障与速度保障往往成为了消费者评价网购服务的关键指标, 帮助快递员进行载运和搬动物品等工作的辅助装置不仅要快捷, 而且要保证投递员和商品的安全, 便于实现文明装卸、文明分发、投递各类快件, 因此设计该辅助装置具有了极其重要的意义。

情景一:当快递员在狭窄地段运输时, 常见的电动三轮车无法运输, 许多快递员采用背包或徒手进行运送, 运送效率下降, 所以快递员需要一种能够适应该情景的快递运输辅助装置。

情景二:当快递员上楼送件时, 由于传统运载小车无法在阶梯上运送, 往往需要较大的人力加以运送, 所以快递员需要一种能够“爬楼”省力的快递运输辅助装置。

情景三:在快递装卸时, 快递员往往随意投掷快递来提高工作效率, 这会使物品堆放顺序杂乱无章, 不但降低装卸货效率而且还有可能破坏商品, 无法做到文明装卸。所以快递员需要一种能够实现文明装卸, 能够对商品进行合理分层的快递运输辅助装置。

情景四:当快递员上门取件时, 传统的称重方式采用手持测力器计量, 该测力器不方便携带与使用, 所有快递员需要一种方便携带与准确称重的辅助装置。

因此本团队设计出一种多功能助力小车, 该小车解决了目前传统快递运输存在的一些问题:无法在狭窄空间与阶梯运输、无法实现文明装卸货、占用空间大, 不便于携带与存放。该小车既可单独使用, 又可配合传统的快递三轮车使用, 使快递运输效率与安全性大幅度提升。

2 主要结构设计与原理

2.1 设计结构图 (见图1、图2、图3)

2.2 设计思路

该多功能助力小车是基于功能模块化设计理念, 将目前快递运送过程中所存在的问题进行归纳总结, 并找到相应能够解决问题的结构进行重新设计与组合, 从而设计出这款极具实际意义的多功能助力小车。

2.3 结构原理

该多功能助力小车主体部分主要由三部分组成:滑板车、拖车与载货箱。如图所示, 滑板通过连接件7与拖车连接为一体, 滑板可绕连接锁扣6旋转并固定在0~90°范围。拖车轮部采用三星轮结构, 三星轮1安装在三星轮支架12上, 三星轮支架12可绕相应转轴转动并固定。载货箱通过六角螺栓与拖车正面连接为一体, 图示状态下的载货箱为载货状态。空载时, 载货箱按既定的折叠顺序可将其折叠为一块平板, 三星轮支架12可绕转轴向内侧翻转并固定, 滑板可绕连接锁扣6旋转固定并紧贴拖车, 此状态下该小车空间占用率低。用于称重计量的传感器15与显示器14安装在拖车背面。

2.4 工作原理

当快递员在平路上运送货物时, 将三星轮打开, 通过连接锁扣调至相应档位, 使滑板展开;装载箱左板、左翻板、右板、右翻板首先通过合页打开, 将分隔板插入板托中, 随后通过强力磁铁吸附下板, 将货物分层放置, 通过插销固定左、右翻板, 最后通过强力磁铁吸附上板封闭装货箱, 快递员可脚踩滑板开始运货;当需要上楼送货时, 通过连接锁扣可将滑板收起, 利用三星轮结构可使小车“爬楼”省力;当快递员装卸货时, 依次打开左、右翻板、左右板, 将上板置于伸缩杆上, 下板接触于地面, 通过连接锁扣调至合适档位固定, 使伸缩杆能够依靠在货车上, 货物可通过装载箱形成的轨道完成文明装卸货;若需要称重计量, 只需将称重传感器从小车上取下并置于地面, 将货物放置在传感器上, 显示器即可显示质量;使用完毕后, 可将滑板、三星轮与装载箱通过旋转与折叠收起, 提高空间利用率, 便于携带与存放。

3 理论计算

建立数学模型:假设运送货物时装载箱自身重量加上装载的货物重量共为20kg, 伸缩拉杆与水平面形成的角度为75°, 装载箱底板与拖车之间用4个直径为M6的普通螺栓联接而成, 设底板和伸缩拉杆间的摩擦系数为0.12, 查手册可得螺栓材料的许用应力=120MPa, 建立如下图所示的力学模型[1], 校核联接螺栓的强度:

将P平移至螺栓组中心:

作底板受力分析:

故螺栓安全。

建立数学模型:假设在运送货物时, 装载箱装自身重量与货物重量和为G1=20Kg, 快递员重量为80Kg, 现只需校核滑板与拖车连接部位的强度即可, 铝合金材料许用应力=120Mpa。构造下图所示力学模型:

则:

作出弯矩图:

连接处弯矩为:

铝合金条的抗弯截面系数:

故强度安全。

4 结论

本设计具有创新性与实用性, 主要体现在以下四个方面:

1) 能够减轻快递员送货的劳动强度。小车底部采用滑板与拖车结合形成可多级调节机构, 其中拖车前部采用三星轮结构, 与传统拖车相比, 不仅能够使快递员在平地运送时省力, 在“爬楼”运送过程中也能省力。

2) 能够提高快递员取件的效率。小车配备自动称重装置, 快递员在上门取件时将其从小车的储物包里取出, 直接将寄件放入称重装置上就可称重, 并可叠加称重, 避免快递员因手持单个寄件进行电子称重而出现工作较低的效率。

3) 可实现文明装卸货。滑板与连接件处设计一个连接锁扣, 快递员可根据需要调节伸缩拉杆的角度, 找到合适的角度倚靠在货车上, 实现文明装卸货物, 避免货物损坏。

4) 趋于人性化的设计。装载箱左右凸台两侧中部各设置分隔板拖, 实现袋装与盒装的分层;当伸缩拉杆角度调节至垂直于地面时, 装载箱高度接近人手臂弯曲的离地高度, 方便寄件、取件者在前板上填写快递单。该设计是个可折叠小车, 装载箱与车体最终可折叠收为一体, 可方便快递员对该小车的携带与存放。

5 结束语

本文根据目前快递运送过程中所存在的问题, 依据功能模块化的设计理念设计出该款多功能助力小车, 在一定程度上能够帮助快递员减轻工作强度与提升工作效率。但在机电结合方面仍有不足, 因此这个设计还有很大的空间值得改进。

摘要：本团队以快捷、人性化为宗旨, 设计出一款多功能助力小车。该装置综合利用多级可调节机构与三星轮结构, 再人性化地配以可折叠装载箱与称重传感器, 便制成了一种能够实现运送省力、文明装卸、称重计量、折叠便捷的多功能助力小车。该装置结构简单, 造价低廉, 材料可替代性好。

关键词：助力小车,可调节,省力,便捷

参考文献

多功能小车篇3

1 系统总体设计框图

本设计中,智能小车是由主控制模块、电机驱动模块、循迹模块、避障模块、遥控模块、声控模块、光控模块、电源模块和其他外围电路组成,其总体硬件结构框图如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 主控制及电源模块

智能小车采用现在较为流行的8位单片机作为系统大脑。以8051系列家族中的AT89S52为主芯片。40脚的DIP封装使它拥有32个完全IO(GPIO—通用输入输出)端口,通过对这些端口加以信号输入电路,控制电路,执行电路共同完成智能小车的功能。电源模块用4节1.5 V的电池供电,经L7805稳压模块后,输出电压稳定在+5 V,从而向各个模块供电。

2.2 电机驱动模块

智能小车采用前轮驱动,左右前轮各用一个直流电机驱动。电机驱动芯片采用LG9110,该芯片两个输出端能直接驱动电机的正反向运动, 具有较大的电流驱动能力。单片机的P0.0,P0.1,P0.2,P0.3 分别连接到LG9110的两个输入端,用以驱动电机M1 和电机M2,如图2所示。不同的输入信号控制电机的正转与反转,以完成机器人的前进,后退,左转,右转,遇障碍物绕行等基本动作。两个电机同时正转时,小车前进;两个电机同时反转时,小车后退;左侧电机不转,右侧电机正转,小车左转;左侧电机正转,右侧电机不转,小车右转。这些基本动作正确,实现简单。

2.3 寻迹模块

寻迹在这里是指沿黑线行走,它靠小车前端底部的两对红外发射和接收探头来完成[2]。如图3所示,V6、V5为小车左侧的红外发射与接收管,V3、V4为小车右侧的红外发射与接收管。发射管发出红外线,当碰到黑色或不反光的物体时,红外反射量大量减少,若碰到白色或反光的物体时,红外反射量则较多,红外接收管将接收的反射光转化成电压值,由P3.5,P3.6送回到单片机,经过处理后控制信号由P0.0,P0.1,P0.2,P0.3口输出给电机驱动电路的LG9110芯片,从而达到驱动小车行走和循迹的目的。循迹时,由于红外线在白色地板和黑线上的反射系数不同,所以可以根据三极管接收红外线的强弱来决定小车的走向。当左右接收管都能接收到反射回来的红外线,则小车直线前进;当左边接收管接收不到反射回来的红外线,右边接收管能接收到时,说明小车向右偏离黑色轨道,则小车向左转动;同理右边接收管接收不到反射回来的红外线,左边接收管能接收到时,说明小车向左偏离黑色轨道,则小车向右转动,从而实现自动循迹[3]。本设计中红外传感器离地面垂直距离为1~1.5 cm,能在没有强烈日光干扰或在有日光灯的房间里,完全能满足探测要求,具有很好的可靠性与抗干扰能力。

2.4 避障模块

小车在运行中如果前方有障碍物,小车则开始向后后退一段时间后,向左运动,在向左运行一段时间后,再开始向前运行。在整个调向的过程中,蜂鸣器响动。这个就是避障功能。该功能是由安装在小车前方的一对红外发射管实现,原理与寻迹模块相同。

2.5 遥控模块

遥控模块由红外发射与接收两部分组成。红外发射采用常用的TC9012集成芯片,将某个按键所对应的控制指令和系统码(由0和1组成的序列),调制在38 kHz载波上,然后经放大、驱动,红外发射管将信号发射出去[4]。接收部分采用红外一体化接收头,当接收到38 kHz红外信号后就输出低电平,没有接收到就输出高电平,电平信号由单片机的外部中断来接收。信号的下降沿触发外部中断。为了识别一个完整的键信号, 必须对每一个编码脉冲的宽度进行测量,利用单片机中的定时器/计数器来测量脉冲宽度,以判别接收到的脉冲是0还是1。通过遥控模块,可将按键值显示在数码管上,并控制小车的行进方式。

2.6 声光控模块

该小车具有简单的声控功能,P0.4为机器人的声控检测端口,在运行为前进状态时,可以通过声控来控制它的运行与停止。声音的输入是通过话筒,由话筒对声音信号进行识别,如图4所示。由于电路能有效去除杂波,所以仅能对响度较大的声音进行识别(如拍手声)。像正常的说话声对本电路滤除,不会产生信息的输入。同时该小车还具有光控功能,如图5所示。当为白天或黑夜时可以通过P0.5端口中的光敏电阻来进行判断,以方便完成机器人夜间自动照明等功能。当光线较暗时,由P0.6端口输出信号控制蜂鸣器发声。

2.7 通信模块

通信模块是采用AT89S51自带的全双工串行通信口P3.0和P3.1来实现。可用电脑通过串口向小车发送数据,数据在数码管上显示,并且小车根据数据执行相应的动作,如前进、左转、右转、后退等。通信波特率为9 600,数据为8位,无校验位。

3 系统软件设计

该智能小车的软件控制部分采用C 语言编程,借助C 语言的强大功能来实现单片机AT89S52 的控制功能。小车各个模块都可以编写相应的程序,也可以将这些分立的程序模块(一般寻迹模块除外)组合起来,完成强大的功能[5]。主流程图如图6所示。

4 结论

本文提出了一种基于AT89S52单片机为控制核心的多功能智能小车的设计方案,该方案以红外传感器作为路径信息采集手段,以LG9110芯片来控制并驱动电机运行,实现小车在固定轨迹上自动循迹、避障。同时还具有声光控功能,能根据外界声音、光线来控制小车的动作。整个设计功能丰富,电路简单,成本低且易于实现,具有很强的操作性。

参考文献

[1]谭勇宏,张辉.智能寻迹小车的研究与设计[J].微计算机信息,2008,24(3):310-312.

[2]高月华.基于红外光电传感器的智能车自动循迹系统设计[J].光电技术应用,2009(11):134-137.

[3]曹建树,曾林春,王金涛,等.基于单片机控制的智能寻迹小车[J].微计算机信息,2008(35):110-111,122.

[4]赵振德.多功能遥控智能小车的制作[J].电子制作,2011(4):12-16.

多功能小车篇4

目前,人们在购物时普遍使用一种手拉小车,它方便、省力、占地面积小。在设计之初,第一代手拉购物小车是两轮的,适合走平地和上下坡。后来,为了满足人们拉车上楼梯的需求,购物小车由原来的两个小轮改为了两个三脚轮。其中,每个三脚轮是由三个同圆周均匀分布的小轮与一个三脚架镶嵌而成。在上楼梯的过程中,三脚轮因受外力作用而绕车轴旋转,以达到“爬”楼效果。但通过研究发现,此类小车在功能上仍存在一定的欠缺,比如,工作可靠性问题。在拉购物小车爬楼梯的过程中,人的双腿一直在做连续地循环运动。当只有一条腿着地时,可能因后方购物小车过重引发三脚轮逆转,最终使人失去平衡而摔倒。由此考虑到对爬楼小车增设手动制动反转装置,即在中心车轴上加上一个变形的端面棘轮机构,使在上楼梯时三脚轮只能单向旋转,一旦要发生逆转时可及时制动,避免危险[1]。文中阐述如何把端面棘轮机构应用于爬楼小车的结构设计,并研究了棘轮的使用性能。

1爬楼小车的设计

1.1爬楼小车的整体设计

目前,市场上销售的爬楼小车仍在不断地改进。比如折叠车架、车轴材质的改变,使其承重性更好,车身更稳; 车轮材质的改进,使其噪音更小,更耐磨; 购物袋的改进, 使其容量更大,结实耐用,可拆洗等等。综合以上的考虑, 研究设计了一款美观、实用,具有防翻转功能的爬楼小车, 其整体外观如图1所示。

1.2传统爬楼小车受力分析

传统三脚轮爬楼小车在上楼时会经历三个阶段,即平地前进阶段,竖直上升阶段,翻滚跨越阶段,如图2所示。

在平地前进阶段,人施加的拉力主要是用来克服摩擦力,并使小车继续前行。

在竖直上升阶段,人所提供的拉力主要用于克服车的总质量以及垂直面的内力消耗。

在翻转跨越阶段,具体受力分析如图3所示[2]。

此时人提供的拉力为小车在此刻倾角的分力。假设两个着地小轮轴心连线与水平面的倾角 θ∈(0°,90°),那么人施加的拉力F在水平方向分力F1,竖直方向分力F2存在以下的关系式:

当 θ∈(0°,30°)时,F < G; 当 θ∈(30°,90°)时,F > G。

如果人手施力不满足上述条件,小车就会发生逆转, 而如果此时在手动位置设计一防翻转的单方向制动装置, 即可避免危险发生。

1.3棘轮机构的结构设计