简易智能电动车.doc

· 94· 简易智能电动车摘要简易智能电动车实现了路面标识跟踪、金属探测、曲线行驶、躲避障碍物、寻找光源以及安全进入车库等功能, 并且能够在行驶过程中用语音、指示灯等方式提示电动车的行驶状态。采用左右独立的传动模式行驶, 通过光电、红外和接近开关等传感器, 由单片机系统来决策智能车的行驶状态。采用 PWM 技术实现了电动机的多级调速;采用硬件自学****电路提高对不同黑白程度路面的适应能力。独特的雷达扫描式光电探测装置保证了光源探测的灵活性,提高了控制决策的有效性。不同路段的软件模块对各个传感器赋以不同的权值,提高了各个路段行驶策略的针对性。通过均值采样算法降低了噪声信号的干扰,通过模糊控制算法实现了智能避障和光源跟踪。采用原子模块循环法实现数据采集、分析、处理和控制输出。关键词:电动车智能 PWM 硬件自学****雷达扫描式光电探测原子模块循环法· 95· 一、方案选择与论证 1 、运动方式的选择通常的运动方法有轮式和履带驱动式两种,其选择依赖于路面状况、机械复杂性和控制复杂性。方案一:采用四轮——常见的汽车结构模式特点是一个马达作为动力,通过变速箱驱动后轮;另一个马达转动导向轮来决定行驶方向。优点是在直道行驶速度较快、方向和速度相互独立。缺点为转弯半径大、驱动轮易打滑、导向轮方向不易精确控制。方案二:采用履带式结构特点:两个电机分别驱动两条履带。优点是可以在原地转动;在不平的路面上性能稳定,牵引力大。缺点为速度慢、速度和方向不能单独控制摩擦力很大;能量损耗大,机械结构复杂。综合考虑,我们将轮式和履带式的优点结合在一起,采用两个大脚车的模型(见附图三)拼接而成,达到了较好的机动性和可控性。 2 、电机驱动调速方案论证电机驱动调速方案的控制目标是实现电动机的正、反转及调速方案一:电阻网络或数字电位器调整分压采用电阻网络或数字电位器分压调整电动机的电压。但电动机工作电流很大;分压不仅会降低效率,而且实现很困难。方案二:采用继电器开关控制采用继电器控制电动机的开或关,通过开关的切换调整车速。优点是电路简单, 缺点是响应时间慢、控制精度低、机械结构易损坏、寿命较短、· 96· 可靠性低。方案三: H型 PWM 电路采用电子开关组成 H型 PWM 电路。 H 型电路保证了简单的实现转速和方向的控制;用单片机控制电子开关工作的占空比,精确调整电动机转速。最终选择方案三。 3 、路面探测方案论证探测路面黑线的原理:光线照射到路面并反射,由于黑线和白线的反射系数不同, 可根据接收到的反射光的强弱来判断传感器和黑线相对位置。方案一:采用可见光发光二极管和光敏二极管采用普通可见光发光管和光敏管组成的发射-接收电路。其缺点在于易受到环境光源的影响。即便提高发光管亮度也难以抵抗外界光的干扰。方案二:采用反射式红外发射-接收器采用反射式红外发射-接收器。直接用直流电压对发射管进行供电, 其优点是实现简单, 对环境光源的抗干扰能力强, 在要求不高时可以使用。方案三:采用脉冲调制的红外发射-接收器在方案二的基础上采用脉冲调制发射。由于环境光干扰主要是直流分量,因此如果采用带有特定交流分量的调制信号,则可在接收端采用相应的手段来大幅度减少外界干扰。缺点是实现复杂﹑成本高。根据本题目中对探测地面的要求,由于传感器可以在车体的下部,发射、接收距地面都很近,外界光对其的干扰都很小。在基本不影响效果的前提下,为了简便起见,我们选用了方案二。 4 、障碍物探测模块方案一:超声波探测· 97· 采用超声波器件。超声波波瓣较宽,一个发生器就可以监视较宽的范围。其优点为抗干扰能力强,不受物体表面颜色的影响。缺点为实现电路复杂,且用通常的测量方法在较近距离上有盲区。方案二:光电式探测采用光电式发射、检测模块。由于单个发射器的照射范围不能太小, 因此不使用激光管。用波瓣较宽的脉冲调制型红外发射管和接收器。其优点是电路实现简单,抗干扰性较强。由于题目中已知障碍物外表为白色,有利于红外线的反射。同时从电路实现的难易程度上考虑,我们最终选择了方案二。 5 、寻光定向模块题目条件是在终点线后放置 200W 白炽灯用以指向,因此采用普通光敏三极管进行检测。方案一:车转式安装采用固定方向安装方式。将两个光敏三极管固定在车头的左右两边指向前方,当车头对准光源时,两传感器输出平衡;当车的方向不准时,通过两传感器输出的差别控制车原地转向来寻找光源。方案二:模拟雷达扫描用装在车底盘上的步进电机带动圆盘左右扫描,装在圆盘上的光敏传感器通过扫描,可以准确定位光源。方案一实现简单,其缺点为寻找光源较麻烦,需要驱动整辆智能车转动,功耗多且浪费时间;方案二实现较为复杂,但是其定位准确,仅转动圆盘而不用转动智能车,节省了电源和时间。考虑到题目的指标要求及系统性能要求,我们采用了方案二。· 98· 6 、车轮检速及路程计