智能避障小车系统.doc

智能避障小车系统设计学科: 新技术专题班级: -------- 姓名: --- 学号: 17号指导教师: ---- 电气信息工程学院一、系统设计概述通过飞思卡尔智能车竞赛的学****和启发,本设计实现一款具有自动避障运行功能的智能小车,通过光电开关和超声波测距模块配合识别前方是否有障碍物, 如果遇到障碍物则通过舵机改变行驶方向。直流电机驱动模块采用 PID 闭环控制,可以达到速度稳定、快速、准确的控制,使智能小车能够及时制动和恒速运行。本设计报告针对传感器信号处理设计、电路设计、控制算法等方面进行重点阐述。二、总体系统构想框图 MC9S12XS128 (主控芯片) 超声波模块测速模块电池 稳压模块拨码开关无线 LED 蜂鸣器人机接口传感器部分电源部分电机驱动舵机执行机构电机 5V 光电开关本设计中智能避障小车的体系结构如上图。根据功能不同,避障小车的系统结构大致包括传感器、控制、执行机构、人机接口和电源五大部分。 1. 传感器部分负责感知外部世界的环境信息和车模自身的状态信息,为小车完成路况判断和实现小车的运动控制提供所需的信息。传感器部分包括光电开关、超声波测距模块和编码器测速模块三个子模块。 2. 控制部分分析传感器数据,提取路况信息,运行控制算法,向执行机构发出动作信号, 控制赛车朝无障碍方向行驶。控制部分主体是 16位单片机 MC9S12XS128 。 3. 执行机构负责执行动作信号,实现车的前进、变速和转向。执行机构包括电机和舵机以及电机驱动模块。 4. 人机接口实现模式和参数选择、状态指示、实时监控以及数据存储等人机交互功能, 包括拨码开关、 LED 、蜂鸣器、无线等模块。 5. 电源部分负责向各部分提供合适的电源,包括电池和稳压模块三、核心传感器模块 1 、超声波测距模块超声波模块采用目前比较常用的 URM37 超声波传感器默认是 232 接口,可以调为 TTL 接口,URM05 大功率超声波传感器测试距离能到 10米,算是目前来说测试距离比较远的一款。功能应用: 超声波测距模块通过超声波发收的时间差计算得前方障碍物的距离,作为车体前方主要测距模块判断前方路况。 2 、光电传感器光电开关是传感器的一种,它把发射端和接收端之间光的强光电开关弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等,可非接触,无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。具有体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强的优点。功能应用: 由于光电开关相比没有超声波测距远, (超声波实物参考图) 作为两侧辅助测距模块,增大对障碍物探测的范围。 3 、编码器测速模块光电编码器实现测速,光电编码器可以分为增量式光电编码器和绝对式光电编码器。增量式光电编码器可以输出正比于转速的脉冲, 记录单位时间内的脉冲数就可以间接测取实时速度。功能应用: 本设计采用欧姆龙 E6A2-CWZ3 光电编码器作为速度传感器,安装在车尾与传动齿轮啮合,使用与电机相同齿数的齿轮,相当于直接测得电机的转速。四、主控芯片控制模块主体是单片机 MC9S12XS128 最小系统,主要包括时钟、旁路电容、电源接口、烧录和调试接口、 I/O 接口等。(单片机最小系统参考图) MC9S12DG12