循迹避障智能小车.pdf

智能车可行性方案实现功能：小车自动测距，避障，寻迹。技术关键：小车的测距需要用到传感器来测量距离障碍物超声波的距离；小车避障则需要注意当小车与障碍物之间距离小于某一数值时，车通过电动机转向；寻迹则需要通过车底部的光电传感器检测行驶方向是否偏离黑线，在通过电动机调整运行方向。一．结构框图振荡电路驱动电路发射器液晶显示ATmega16接收电路接收器电动驱动寻迹电路机电路二．具体电路分析，1寻迹电路技术关键：在小车底部前部并排安置3各个光电传感器。当小车沿直线形式是，三个接收器中两边为高电平，中间低电平，小车直行（如图1）；黑线转弯时，中间和一边为高电平，另一边为低电平，则小车向低电平一端旋转，直到回到1状态（如图2，3）。方案1：用红外发射管和接收管作为寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线射到白纸的平面后反射，若红外接收管能接受到反射回的光线则能检测出白纸继而输出低电平；若接受不到发射管发出的光线则输出高电平。但是红外对管工作不稳定，且容易受外界光线的影响。方案2：用RPR220型光电对管，它是一种反射性光电探测器。使用光电传感器,当接收管收到二极管发出光的反射，三级管导通。电压送入比较器的一端，比较起的另一端输入基准电压。当光敏二极管产生电压时，比较器输出高电平，反之输出低电平给I/O端口。所以，为了避免外界干扰，选择第二种方案。电路图如下2，振荡电路的设计技术关键：超声波发射器发射波时须输入40KHz的正弦信号或方波。所以在在发射器之前应有一个信号触发电路，确保发射器正常工作。方案1：用软件产生。使用Atmega16中的PWM产生40KHz的方波，输出给超声波发射器，但程序较为复杂。方案2：用硬件产生。使用555多谐振荡器，构成单稳态触发电路，产生40KHZ方波信号由于555内部比较器灵敏度高，而且采用差分电路形式其振荡频率受电源电压何温度变化影响很小。有频率公式f=1.43/(R1+2R2)C确定R1=R2=119C=0.1uF方案3：硬件产生，由自激振荡电路产生40KHz的正弦信号，选用RC自激振荡电路。有公式f=1/2πRC确定RC=3.9789×10-6但RC自激电路震荡不稳，尤其是在电路通电起振时，正弦信号的频率和幅值都较小，超声波发射头不易起振。所以，选择方案2.电路图如图所示3驱动电路方案1：使用74LS04（六反相器）555产生的振荡信号从Q端口输出到74LS04的1端口分两路加到驱动电路上。一路经U4D，U4E两只并联反相器反向后加到超声波发射器一端；另一路先经U4A反相后，再经U4B，U4C两只并联反相器再反相一次后加到超声波发射器的另一端。两端信号正好相反故而驱动超声波发射器向外发射40KHz的差生波信号。方案2：用LM324驱动。使用LM324两级放大器，加到超声波发射器的另端，在使用一级放大加到超声波发射器的另一端。两端信号正好相反故而驱动超声波发射器向外发射40KHz的差生波信号。经分析，使用LM324做驱动电路，电路设计较74LS04复杂，元器件较多，所以选用方案1电路图如图4，接收电路方案1：信号接收电路使用CX20106芯片。CX20196芯片是一种信号接收芯片，具有放大，滤波，整流，去除纹波，比较等功能。功能较全，处理信号功能较好，价格便宜，使用方便等特点。方案2：使用LM324芯片。超声波接收器接受回的信号幅度较弱，须经放大器两级放大，再经滤波电路，整流电路去除纹波后，形成一比较稳定的电平，输入比较器的一端。当接收信号处理后的电平高于比较器的基准电压，则输出高电平。分析后可得，使用方案2的电路较为复杂，设计与调试均复杂，而方案1不仅简单易行，而且成本不高，所以选择方案1.电路图如图5，测距原理利用超声波在空气中的传播速度为己知，测量声波在发出后遇到障碍物后反射回来的时间，根据发射和接受的时间差计算出发射点道障碍物的实际距离。测距公式：L=C*TL为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差（为发射到接收时间的一半）。6，电机驱动方案一，采用直流电机，直流电机具有良好的调速特性，调速方便，调整范围广，过载能力强可以实现频繁的启动、制动、翻转。但制动翻转惯性大，精密度低，控制起来比较困难。方案2：采用步进电机，它是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通过控制脉冲个数控制角位移量。步进电机能够较好的满足系统要求。故选择此方案。电机引线没有极性限制，只需分组。如2相双极性步进电机A与B、C与D可以互换连接，其工作不受影响，如果动力输出方向与所需不符时，可调换相接。步进电机的转速与脉冲的速度成正比：步进电机的转速（RPM）=脉冲速度（PPs）*60/步进电机分割数每圈脉冲量与移动数之间关系：位置移动量（。）=步进电机分辨率（。）*输入脉冲数小车两个前轮分别用两