避障语音控制小车系统.doc

绪论
当今社会,科学技术日新月异,时代前进的步伐越迈越宽,应用自动化设备,计算机处理,现代化通讯,数字化信息,现代化显示设备等高新技术而建立的现代化智能,监控等系统已经得到充分的发展与应用,智能机器人也就应运而生。同时,在建设以人为本的和谐社会的过程中,智能服务机器人能够完成多种危险作业,以保证人身安全。因此,重点研究低成本的自组织网络,个性化的智能机器人成为主要方向。
此外随着汽车工业的迅速发展,关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目,全国各高校也都很重视该题目的研究。可见其研究意义也很适应了当今智能机器人研究方向。本设计就是在这样的背景下提出的,指导教师已经有充分的准备。本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。设计的智能电动小车应该能够实时显示时间、速度,具有语音识别、避障功能,可程控行驶速度。
根据题目的要求,确定如下方案:在现有玩具电动车的基础上,加装光电、红外线,实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量,并将测量数据传送至单片机进行处理,然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。
这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制,控制灵活、可靠、精度高,可满足对系统的各项要求。本设计采用凌阳系列中的SPCE061A单片机为控制核心,利用红外线传感器检测道路上的障碍,控制电动小汽车的自动避障,快慢速行驶,以及自动停车,并可以自动记录时间和速度,语音识别功能。SPCE061A是一款16位单片机,它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。它是第三代单片机的代表。
新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩展,puter完善的控制功能为己任,将一些外部接口功能单元如A/D﹑PWM﹑PCA(可编程计数器阵列)﹑WDT(监视定时器)﹑高速I/O口﹑计数器的捕获/比较逻辑等。这一代单片机中,在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线,为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。凌阳公司还为这一代单片机SPCE061A系列单片机引入了具有较强功能语音识别。新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构,为系统的扩展与配置打下了良好的基础。
本设计就采用了比较先进的SPCE061A为控制核心,SPCE061A采用CHOMS工艺,功耗很低。该设计具有实际意义,可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面。尤其是在足球机器人研究方面具有很好的发展前景。所以本设计与实际相结合,现实意义很强。
硬件电路设计
硬件框图
避障语音控制小车系统构成框图如图2-1所示。主要由61板、电机驱动板、车体(含前后轮电机)和显示板等部分构成。
图2-1 控制系统构成框图
硬件连接如图2-2所示。
图2-2 硬件连接图
硬件原理图
硬件电路包括外部电机驱动电路如图2-3所示,外扩显示板如图2-4和2-5所示。
图2-3 电机驱动电路图
电机前后轮驱动模块驱动采用分立元件组成的H桥控电路,内部定时器产生的PWM波经IOB9输入H桥电路驱动电机前进,同时IOB8为低电平;反之,车辆倒车;IOB10输入H桥高电平,IOB11为低电平时车左转,反之,车辆右转。(注意H桥两臂不能同时出现高电平信号。)
为了便于单片机的引脚有效利用,所以对此电路PCB的设计还扩了多个引脚插槽,彼此都为并联,这样设计主要两方面的好处,其一是使单片机的引脚利用率,其二是便于各模块的连接,即插即用,便于固定,并且稳定性高。
在设计中还把电源引脚也集成到插槽内,这样外扩模块供电方式也解决了,这也为本硬件设计的一大特色。
图2-4 外扩显示板电路图
图2-5 显示测速板丝网图
此模块中用四段八段数码管作为显示器,并具有双重功能,在小车行驶时能显示倒计时,又能通过按键的切换来显示小车的当前速度,此外在四位数码管的两侧分别有四个LED灯用以显示小车的运行状态。在显示板的右侧为测速装置,它由一组红外对管以及两个三极管配合而成的比较器组成,当检测到白线后,就会产生高电平,进行中断触发。而在车轮上贴有白色胶带,所以要想检测车速,只要判断单位时间内产生的中断数即可。
硬件资源利用
微控制器电路
控制器采用凌阳科技公司的SPCE061A,其硬件资源分配见表2-3所示。
表2-3 硬件资源分配表
资源名称
具体分类
作用
初始化
IO口分配
IOA0~IOA2
IOA0~IOA2,采用61板集成按键
根据需要采用复用模式
IOA0: 时间调整设置键
IOA1: 时间加、速度时间显示切换键
IOA2: 时间减、重训练键
带下拉的输入端
IOB7
用于控制避障电路的工作与否(TX)
低电平输出
IOA8~IOA15
数码管数据端a~h
低电平输