西班牙拉斯帕尔马斯区号
您現在正在瀏覽:首頁 > 職教文章 > 職教論文 > 智能循線避障小車設計與制作

智能循線避障小車設計與制作

日期: 2010-2-15 18:15:49 瀏覽: 5 來源: 學海網收集整理 作者: 佚名

【摘 要】: 提出了一種智能循線避障小車的設計方法,利用紅外技術檢測障礙物和采集地面信息,采用AT89S51單片機進行適時控制,實現智能循線和避障,并且精確地顯示運行速度等參數。智能小車采用后輪驅動,兩輪各用一個步進電機執行,速度檢測的傳感器采用紅外對射式,尋路避障用的傳感器采用紅外反射式,速度檢測的碼盤采用手工制作。
   【關鍵詞】: 循線 避障 紅外傳感 碼盤
   A Design of an Intelligent Patrol and Obstacle Avoidance Car
   Zhou Yi Zhang Kun Han Biao
   (Department of mechanical and electronic engineering,Huangshi institute of technology,Huangshi Hubei 435003)
   【Abstract】: This paper presents a design method of smart car which can patrol and avoid obstacles intelligently. We use infrared technique to detect obstacles and gather ground information and use AT89S51 SCM to make a timing control. Then it not only can achieve the routes patrol and obstacle avoidance, but also show the speed and precision parameters. The smart car uses the rear-wheel drive, which is executed by a stepper motor. The infrared sensors for detecting speed use the infrared correlation type. The way-finding of infrared seasons to avoid obstacles use the infrared reflection type. And the encoder of speed detection is made by hand.
   【Keywords】: go on circuit; avoid obstacle;Infrared Sensors ;encoder ;
   1 前言
   隨著生產自動化的發展,機器人已經越來越廣泛地應用到生產自動化上,隨著科學技術的發展,機器人的感覺傳感器種類越來越多,其中視覺傳感器成為自動行走和駕駛的重要部件。視覺的典型應用領域為自主式智能導航系統,對于視覺的各種技術而言圖像處理技術已相當發達,而基于圖像的理解技術還很落后,機器視覺需要通過大量的運算也只能識別一些結構化環境簡單的目標。視覺傳感器的核心器件是攝像管或CCD,但其價格、體積和使用方式上并不占優勢,因此在不要求清晰圖像只需要粗略感覺的系統中考慮使用接近覺傳感器是一種實用有效的方法。
   機器人要實現自動導引功能和避障功能就必須要感知導引線和障礙物,感知導引線相當給機器人一個視覺功能。故對機器人的研究已成為必要。 智能循線和避障是基于智能導引小車系統,采用紅外傳感器實現小車速度檢測,判斷并檢測障礙物。本文對智能小車的循線,避障以及速度的采集進行了研究。
   2 硬件設計
   智能小車采用后輪驅動,后輪左右兩邊各用一個電機驅動,調制兩個后面兩個輪子的轉速從而達到控制轉向的目的,前輪是萬象輪,起支撐的作用。將三個紅外線光電傳感器分別裝在車體的左中右,當車的左邊的傳感器檢測到黑線的邊界時,主控芯片控制左輪電機減速,車向右修正,當車的右邊傳感器檢測到黑線時,主控芯片控制右輪電機減速,車向左修正,中間的傳感器起附帶修正的作用,黑線在車體的中間,中間的傳感器一直檢測到黑線,當偏離黑線時也開始修正,從而使小車沿著黑色的軌道行走,裝中器是為了防止控制電路頻繁的修正。
   避障的原理和循線一樣,在車頭的前中后各裝了一個傳感器,當左邊傳感器檢測到障礙物時,車子右輪減速,車體向右轉,當右邊檢測到障礙物時,車子左輪減速,當中間或全部的傳感器都檢測到障礙物時,車子定向轉動,從而避開障礙物。
   車子速度的檢測也是靠的紅外線,只不過是器件的型號不同,速度檢測的傳感器用的是對射式,避障用的是直射式。把碼盤裝在電機的軸上,碼盤隨電機一起轉動,碼盤是自己手工制作的,把光碟外形切制成直徑為25mm的圓,再把圓周用鋸條均勻切8條縫,縫的寬度為1mm。
   2.1 主控芯片的選擇
   本設計的主控芯片選擇AT89S51,采用雙CPU設計,兩塊單片機的作用:一塊負責采樣速度并顯示,一塊負責檢測傳感器的狀態并控制電機,這部分還有一個PWM調速的任務,PWM是通過調制電平高低占空比來實現調速的,其調制頻率要求很高,頻率太低了電機會很明顯的振動,由于PWM調速需要用定時器頻繁地產生中斷,后一塊CPU消耗的相當厲害,用PROTUES軟件仿真,CPU消耗是百分之九十幾左右,經過測算,調制PWM的定時器設的初值為OxFF00,定時工作方式為1,晶振的頻率為12M,可以計算出每隔256us產生中斷,中斷頻率為3906HZ,用Keil51仿真程序,仿真結果是程序每掃描一次傳感器所用的時間為28us,就是是說程序掃描9次才產生一次中斷,中斷基本上不會影響程序的主任務。
   2.2 機械構架的設計
   在材料的選擇上選擇鋁合金。在結構的選擇上,底架結合了汽車懸掛式系統,用減震彈簧把車架和動力結構連接器起來,這樣做有諸多優點,系統實現了減震,這是其它類型的機器人所不具備的,懸掛式在機器安裝的調試方面也方便快捷。前輪用的是萬向輪,結構的長度我們做成的時可拉伸的,拉伸的范圍在15-30cm。該結構非常靈活。
   結構設計時我們考慮到傳感器的安裝問題了,避障傳感器裝在前面的兩個鋁合金夾層里,循線傳感器裝在機器人的中間,這樣才可以保證兩組傳感器不會發生沖突,使整體顯得協調。
   2.3 電源電路的設計
   本系統所有芯片都需要+5V的工作電壓,而干電池只能提供的電壓為1.5V的倍數的電壓,并且隨著使用時間的延長,其電壓會逐漸下降,則需要L7805穩壓芯片。L7805能提供300至500mA的電流,足以滿足芯片供電的要求。雖然微處理器和微控制器不需要支持電路,功耗也很低,但必須要加以考慮。設計采用蓄電池供電模式,一個12伏電壓,可提供最大1.2A的驅動電流。電機驅動電源和控制電路的電源都是由它來提供的。
   2.4 檢測電路設計
   智能小車速度檢測的傳感器采用紅外對射式,尋路避障用的傳感器采用紅外反射式,速度檢測的碼盤采用手工制作。
   ST系列反射式光電傳感器是經常使用的傳感器。這個系列的傳感器種類齊全、價格便宜、體積小、使用方便、質量可靠、用途廣泛。我們采用ST168作為小車的速度傳感器。
   在電機測速中,使用較多的有編碼盤與色碼盤,不同的是,色碼盤在一個扇形區域里只有一種顏色,而編碼盤在同樣的扇形區域有多種顏色,假設黑色表示0,白色表示1,則這樣的扇形組成二進制編碼,并且相鄰的區域編碼連續。這樣我們就可以據此判斷電機的速度和方向了,但是,它需要的傳感器較多,使用較復雜,而小車的空間很緊張,并且對方向要求不高,所以在小車上使用不多,我們采用手工制作的碼盤。如果發射管和接收管之間的障礙物時有時無,則接收管的狀態就呈現0和1的交替,形成脈沖信號。只要對這個脈沖信號計數,就可以得到小車的行程。我們在車輪的軸上安裝手工制作的碼盤與車輪同軸同步旋轉,就可以得到車輪旋轉的脈沖信號。它常用的檢測電路與反射式光電傳感器一樣,這里就不再贅述。
   在避障的測試中,室內無障礙的情況下,發射管發射的紅外線沒有反射到接收管,測量接收管的電壓為4.8 ,有白色障礙物情況下,接收管接受到發射管發射的紅外線,電阻發生變化,所分得的電壓也就隨之發生變化,測的接收管的電壓為0.5,避障的測試基本滿足要求,判斷有無障礙物我們用的一塊比較器LM324, 比較基準電壓由30K的變阻器調節,各個接收管的參數都不一致,每個傳感器的比較基準電壓也不盡相同,我們為每個傳感器配備了一個變阻器。
   2.5 電機控制部分
   電機的選擇,有以下幾種電機可供選擇:步進電機,伺服電機,直流電機,直流減速電機。根據實際的情況和要求,由于伺服電機在市面上很難買到,且價格過于昂貴,直流電機雖說價格低易于購買,但我們須增加減速機構,而直流減速電機省去了設計復雜減速機構的麻煩,且輸出力矩大,雖說須設計速度反饋電路,但速度反饋比較易于設計,所以我們選擇直流減速電機。
   電機的控制部分采用直流H橋集成功放電路直流H橋功放電路是用于控制直流電機雙向運動的基本電路,該電路使電機在單電源供電下可以雙向運轉。圖示電路為用三極管構成的H橋集成功放電路基本形式。為使電機順時針轉,應接通三極管A和D,對電機而言,其電壓右負左正,通過改變不同的三極管導通狀況,可改變電機兩端電壓,達到反轉目的。
   由主控程序控制這幾個腳就可以達到控制電機正反轉的目的。
   為了提高機器人的循線成功系數,我們采用了PWM進行機器人運轉速度控制,當兩個傳感器感知到引導線條,點亮指示燈并準備做出改變機器人行進方向的響應時,靠程序的PWM控制降低電機的轉速,實現平滑的轉向過程。
   PWM調速的基本原理和思想即使通過反復循環改變ON/OFF的時間分配。但機器人無法借助循環處理實現PWM,需要通過中斷處理方式實現。設計靠的是89S51的兩個定時器實現的,需要對定時器設定中斷周期,也就是PWM的頻率。請注意,PWM的頻率即時達到數十千赫茲也能滿足平滑控制的要求,當產生一個很大的弊端,就是中斷次數過多,導致CPU大部分時間都在處理中斷,實時檢測和控制不能很快的響應和處理。而且電機也存在一個變化速率匹配的問題,所以不妨通過不斷的嘗試,適當地改變上述設定值以便得到最佳的效果。
   4 結論
   本文提出了一種經濟實用的智能小車系統設計方法,采用了直流減速電機作為執行元件,ST系列紅外傳感器作為檢測元件,AT89S51單片機作為主控芯片,完成了智能機器人硬件制作及軟件設計,成功實現了自動巡路避障功能,在無軌自動物料小車及工業智能機器人領域也具有一定的實用價值。
   參考文獻
   [1]萬福君, 潘松峰.單片微機原理系統設計及應用[M] .合肥:中國科學技術大學出版社,2001
   [2] (日)森政弘,(日)鈴木泰博.機器人競賽指南 [M] .北京:科學出版社,2002
   [3] 王灝,毛宗源.機器人的智能控制方法[M] .北京:國際工業出版社,2002
   [4] 張培仁,張志堅.基于16/32位DSP機器人控制系統設計與實現[M] .北京:清華大學出版社

返回頂部
西班牙拉斯帕尔马斯区号 乐透啦老司机彩票 彩神网址是多少 pk10精准计划网站 彩天地彩票99937_com投注 pc28赚钱技巧 非凡炸金花真人提现版 三肖包中 五湖四海论坛彩票开奖报码 mg阿拉德之怒手游官网下载 北京pk10手机计划软件 体彩停止电子投注 打鱼找漏洞赚一千多万