兒童玩具娛樂
循跡巡線智能小車方案開發(fā)
智能車近年來獲得了較大的發(fā)展，除了專門的飛思卡爾智能車大賽之外，在全國大學生電子設(shè)計大賽中也經(jīng)常以智能車做為考題，智能車巡線技術(shù)的發(fā)展使智能車具備了更強的“智能性”。
一、智能車的整體結(jié)構(gòu)
智能車可以分成三個部分——傳感器部分、控制器部分、執(zhí)行器部分。即信號捕獲、控制、驅(qū)動。
傳感器將外界光、電、聲音、電磁波以及其他信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柡蟀l(fā)送給上級，在智能車上的傳感器有電壓輸出、脈沖輸出、數(shù)字總線輸出等幾種形式。
傳統(tǒng)的控制器包含程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時序發(fā)生器以及操作控制器等，用來實現(xiàn)整個微機系統(tǒng)的操作。在智能車系統(tǒng)中，控制器負責將各類傳感器采集到的信息進行分析處理，并將指令傳遞給執(zhí)行器。執(zhí)行器部分負責執(zhí)行控制器傳達的各項指令，進而調(diào)整各個模塊的工作狀態(tài)，使之協(xié)同完成智能車的各項操作。
二、什么是智能車巡線技術(shù)
簡單來說，智能車巡線技術(shù)就是通過智能車得到一個合適的圖像，并從中分析出部分可以用來控制車體的信息。
在智能車巡線過程中，使智能車在引導信息下去逼近預定的行駛軌道是智能車巡線技術(shù)的一個基本目標，其行駛路線與實際預定軌道之間的誤差率可以用來判別一種巡線技術(shù)的優(yōu)劣程度。在同一種巡線技術(shù)下，采用不同的傳感器也會對智能車的巡線準確度產(chǎn)生影響。
三、黑線循跡法
目前被廣泛采用的循跡方式有多種，包括黑線循跡、紅外對管循跡法、攝像頭循跡法、激光管循跡法、激光管循跡法、電磁循跡法等。相比較于其他幾種循跡方法，黑線循跡的電路設(shè)計相對而言簡單，檢測信息速度快且成本低。
黑線循跡中主要采用紅外探測法，依靠光電傳感器來實現(xiàn)對道路的識別。由光電傳感器的發(fā)射管發(fā)射出一定波長的紅外線，當紅外線照射在不同的物體表面時具有不同的反射強度。利用黑色對可見光的強吸收率，當智能車行駛到預定黑線軌道，低反射率的黑線與其他高反射率地帶形成強烈的對比。在對智能車巡線技術(shù)的內(nèi)部編碼中，就是利用這一特點進行路徑識別。
智能車行駛過程中，想要從賽道中提取我們想要的黑線信息，首先需要做的是提取出完整的賽道輪廓。賽道不可避免的會有各種彎道，交叉等。在機器看來這些賽道信息就是一堆一堆的點。為了幫助智能車較好的運行，需要有良好的路徑識別方法。路徑識別主要是對普通彎道、小S形彎道、大S行彎道、十字交叉道的識別。
普通彎道對于智能車來說是最容易識別的，可以根據(jù)偏移量、曲率等來識別。根據(jù)曲率來識別是目前采用較多的一種方法。曲率最大的意義在于可以同時包含速度和轉(zhuǎn)向兩種信息。求取曲率在高等數(shù)學中有明確的方法，除此之外我們可以利用圓的特性來逼近曲率。
根據(jù)所求出來的曲率，就可以判斷出彎道情況。當然，在判斷曲率之前，首先要為智能車的路徑識別程序設(shè)定一個閾值，當所求出來的曲率大于設(shè)定的閾值時即可判斷為屬于彎道的情況。根據(jù)所需要的精確度，可以選取適當?shù)拈撝?。智能車會根?jù)當前的道路情況做加減速控制。
四、巡線中的速度控制策略
相對于智能車這類微機系統(tǒng)電子設(shè)備，慣性在加減速過程中造成的影響并不是很大，但為了能夠使得智能車更加高效的到達既定目的地而不偏離原來的行駛軌道，有必要對智能車行駛過程中的速度進行控制。
在直道行駛過程中，車身抖動對光電傳感器造成的影響較小，因此在直道行駛時可以適當采用較大的速度控制方案。在快要接近彎道的情況下提前將速度設(shè)定為可以控制的最大入彎速度，駛離彎道后必須進行加速控制。
在彎道行駛過程中的速度控制是智能車行駛過程中的重點。在入彎的過程中，路況的急劇變化使得光電傳感器的識別壓力增大，出于穩(wěn)定性考慮，應(yīng)當適當做減速處理，避免偏離軌道。與此同時，應(yīng)將速度設(shè)置為彎道曲率的線性函數(shù)關(guān)系，在曲率急劇增大時，速度應(yīng)將減小到適當?shù)呐R界值。若速度沒有降到入彎臨界值，除了在入彎的過程中可能導致偏離軌道的情況，在出彎進入直道時車身也會因調(diào)控不及時而出現(xiàn)S形運動軌跡。
在實現(xiàn)智能車速度控制的過程中，除了通過軟件設(shè)計實現(xiàn)上述速度控制流程外在硬件方面還要設(shè)計合理的電機電流采樣方案，包括使用常用的霍爾電流傳感器和采樣電阻等。
五、紅外循跡智能小車設(shè)計方案
無人駕駛技術(shù)是汽車工業(yè)智能化發(fā)展的趨勢，它是集傳感檢測、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)、智能導航及自動控制等功能于一體的復雜綜合系統(tǒng)，可以實現(xiàn)在復雜的路況下，車輛根據(jù)預先設(shè)置的程序自動駕駛，同時有效的避開障礙物。本文通過研究紅外尋跡技術(shù)來了解智能小車在不同的路面情況做出的不同反應(yīng)，進而將紅外尋跡技術(shù)推廣應(yīng)用，擬解決生產(chǎn)實踐中遇到的一些問題。
系統(tǒng)由單片機模塊、尋跡檢測模塊、液晶顯示模塊、電機驅(qū)動模塊等組成。其中尋跡檢測模塊使用紅外線發(fā)射管與光敏接收管TCRT5000；單片機選擇AT89S52芯片，通過單片機最終完成電機控制，實現(xiàn)紅外尋跡功能。
5.1紅外尋跡電路設(shè)計
（1）電機驅(qū)動模塊方案設(shè)計：智能小車使用的是前輪驅(qū)動，通過AT89S52控制兩個電機的轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)控制小車運動的目的。四個紅外傳感器裝在車體的底盤前端，小車根據(jù)傳感器檢測到的情況來執(zhí)行相應(yīng)的動作。由于單片機輸出的信號功率很弱，不能直接驅(qū)動電機，因此需要電機驅(qū)動芯片來提高功率。本系統(tǒng)采用了L298N驅(qū)動芯片，最大輸出電壓可高達50V，同時該芯片集成了兩個完整的H橋電路，恰好能控制兩個電機。
（2）尋跡檢測電路設(shè)計：智能小車行駛的路面模擬為白色，按黑線進行尋跡，根據(jù)黑、白兩種顏色對光照的反射系數(shù)不同的原理，利用紅外線發(fā)射管不斷的向地面發(fā)射紅外線，光敏接收管接收到的反射光的強弱就可以進行尋跡判斷。當接收管接收到弱信號或無信號，則可判斷遇到黑線。本設(shè)計選用了TCRT5000型的紅外傳感器，通過LM339作比較器來采集高低電平，從而實現(xiàn)信號的檢測。
5.2紅外檢測的技術(shù)實現(xiàn)
（1）路面檢測模塊的技術(shù)實現(xiàn)：紅外接收電路應(yīng)用紅外接收頭1838T，它將接收來的信號進行處理后送到單片機中進行解碼。紅外傳感器TCRT5000輸出端與電壓比較器LM339的輸人端相連，LM339的另一個輸入端接一個基準電壓。當紅外接收端檢測不到信號，或者信號很弱，光敏三極管就處于關(guān)閉狀態(tài)，檢測電路輸出高電平；當紅外光被反射回來時，光敏三極管處于導通狀態(tài)，檢測電路輸出低電平。單片機根據(jù)接收回來高低電平的不同來控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)小車的尋跡功能。路面測試模塊一共用了四個紅外光電傳感器，實現(xiàn)組合式的方向控制檢測。
通過設(shè)置循環(huán)程序不斷檢測小車當前尋線的位置，并根據(jù)狀態(tài)表反饋量由單片機控制電機，實現(xiàn)小車的左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、直線運動。
（2）PWM的電機控制實現(xiàn)：PWM(Pulse Width Modulation)是對電機調(diào)速的常用方式，脈沖周期不變，只改變晶閘管的導通時間，就可以改變脈沖寬度對電機進行直流調(diào)速。即保持加在電機上的脈沖電壓頻率不變，調(diào)節(jié)其脈沖寬度，從而實現(xiàn)電機調(diào)速功能。本設(shè)計中使用軟件的方法利用單片機產(chǎn)生PWM信號，該信號分別接人電機驅(qū)動芯片L298N的ENA、ENB兩個使能端，通過控制使能端的通斷時間來控制電機的行駛速度，從而實現(xiàn)控制小車運動。PWM信號軟件實現(xiàn)通過改變f0r語句中變量的值來控制高低電平持續(xù)的時間。
5.3智能巡線小車測試
系統(tǒng)測試可以根據(jù)模塊設(shè)計法，對電路各個模塊逐級進行功能測試。使用Keil進行程序編寫并編譯，然后將程序?qū)说絇roteus進行仿真，仿真通過后在實際電路中進行調(diào)試。電機驅(qū)動模塊調(diào)試可以通過程序產(chǎn)生的PWM信號調(diào)試電機轉(zhuǎn)速。路面檢測模塊調(diào)試4路有效信號，當紅外傳感器都放置在白色路面時，單片機接收到的信號電平為0．27V左右，當右邊的一個或者兩個紅外對管進入黑線范圍時，對應(yīng)的I／0口電平變高，電壓為4．32V左右。
總結(jié)
在完整的智能車設(shè)計中，除了巡線控制外還應(yīng)有其他各種控制方法輔助智能車完成行駛目標，完善的速度優(yōu)化算法以及精準的傳感器設(shè)備可以幫助智能車更加平穩(wěn)高效的完成所需要的工作。智能車的研究是對不斷發(fā)展的電子技術(shù)在應(yīng)用與實踐上的檢驗與延伸。智能車不再僅僅局限于使用藍牙、紅外線等短距離信息控制方式，也不再僅僅局限于少數(shù)的幾個單一功能。在IOT迅速發(fā)展的當下，智能車的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，未來可見的成果也會越來越多。
文章所研究的紅外尋跡技術(shù)應(yīng)用在小車模型上，能夠自動沿設(shè)定的軌跡行駛；實現(xiàn)了尋跡功能、紅外遙控功能。研究過程中還存在以下問題需要改進和完善：小車靠前輪兩個電動機的轉(zhuǎn)向來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎時尋跡檢測信號控制著電動機的具體轉(zhuǎn)向，由于在實際檢測中會存在很多不同的檢測信號，小車在轉(zhuǎn)彎處會出現(xiàn)要檢測較長時間才能通過弧線的情況；針對這一問題，可以通過改變程序的相應(yīng)參數(shù)來得以改善。
以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的物聯(lián)網(wǎng)方案詳情。如果您有物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)設(shè)計需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗，可以盡快評估開發(fā)周期與IC價格，也可以核算PCBA報價。我們是多家國內(nèi)外芯片代理商：松翰、應(yīng)廣、杰理、安凱、全志、realtek，有MCU、語音IC、藍牙IC與模塊、wifi模塊。我們的開發(fā)能力涵蓋了PCB設(shè)計、單片機開發(fā)、藍牙技術(shù)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號開發(fā)等軟硬件設(shè)計。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計、TWS耳機開發(fā)、藍牙耳機音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
注：部分圖片內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除。
上一篇：遙控車方案開發(fā)
下一篇：WIFI智能小車方案開發(fā)
- 返回頂部