智能救援车.docx
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智能救援车.docx
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智能救援车
智能救援车
【摘要】本设计以单片机89s52为核心,利用红外光电开关、超声波模组、电磁接近开关等传感器,实现位置、寻迹、金属目标探测,利用PWM波控制电机转速,实现平稳控制,在位置、调向、寻迹中采用模糊控制方法,实现正确导航。
在设计中着重考虑成本控制及节能环保的理念,在低成本的情况下,达到了预期的效果。
【Abstract】Thedesignoftheintelligentvehicleforrescuingisbasedonsinglechipmicrocomputer89S52.Thisdeviceutilizesinfraredraysphotoelectric、ultrasonicsensors、proximityswitchesandothersensorstorealizebasicfunctionssuchasobstacle-avoiding,tracefinding,metalgoaldetectionandsoon.,usePWMtocontrolthespeedofmotor,andrealizestablecontrol.What’smore,someextendedfunctionsforexampledynamicspeakingtimeareaddedtothesystem.Wespeciallyregardthecostofsysteminourdesign.Ouranticipatedeffectsareachievedwellunderlowcostcondition.
【关键词】电动车;89S52;寻迹
【Keywords】electricvehicle;89S52;tracefinding.
正文
1.方案的选择与论证
系统可分为检测部分、控制部分、输出系统、执行系统。
总体框图如图所示。
各主要模块的方案论证如下:
1.1控制器模块
控制器模块是系统的核心。
根据题目的要求,控制器模块主要用于各个传感器信号的接受和辨认进而控制小车电机的动作躲位置碍物及跟踪黑线、显示运行时间。
方案一:
凌阳SPEC61单片机
凌阳SPEC61单片机是凌阳公司大学计划专门针对大学生电子设计科技创新而设计的实验板,各个模块化工作比较细,且其资源非常丰富,给系统的设计带来了极大的便利,但是其成本要求也非常可观。
方案二:
ATMEL89S52
ATMEL89S52拥有的计数器及中断资源十分有限,且工作频率较低,但其成本在三个方案中最低。
虽然ATMEL89S52其有限的端口资源给我们的系统控制带来了困难,但是ATMEL89S52的应用可大大降低系统的成本,因此我们最终决定采用方案二来进行设计。
1.2位置检测模块
位置检测模块用于判断小车所处位置及前后左右是否有障碍物。
为了确保小车在行驶过程中避免撞到障碍物,系统需要用传感器检测出障碍物与小车之间的距离,使小车做出正确的动作,避免与障碍物相撞。
方案一采用试验的方法,确定一条比较精确的路线,此种方案虽然实现较容易,但其智能性体现不足,因而我们放弃了该种方案。
方案二超声波测距模组
超声波传播时间在机器周期内,易于逻辑判断。
该种方案较为精确,但其成本要求较高,且短距离有盲区,这给系统设计带来了较大的难度。
方案三反射式红外线光电传感器
该种器件能输出开关量,因为它只在小于阀值距离处发生电平翻转变为低电平,大于阀值距离则输出高电平。
采用该方案虽然其属于模糊测量,精确度较低,但实际试验结果表明此类传感器基本能实现设计的要求,且成本较低,符合科学发展观节约环保的精神。
综合考虑,我们选择方案三与方案二相结合,以红外光电为主,超声为辅助。
且在超声安装的时候注意考虑其盲区的影响。
1.3黑白寻迹模块
方案一反射式红外线光电传感器。
如上模块中介绍,该传感器亦能完成设计要求发挥部分中寻迹的功能,但其体积较大,给硬件的安装调试带来了较大的不便。
方案二黑白线检测传感器。
该传感器为集发射与接受为一体的光电传感器,其受可见光干扰小,输出信号为开关量,信号处理简单,使用非常方便,更为关键的是其体积较小,给我们系统硬件的安装调试带来了方便。
综上所述,我们采用方案二来实现黑白寻迹的功能。
1.4电动机驱动电路
方案一:
采用专用集成电路芯片——L298驱动电机。
用单片机控制L298的输入使之工作在占空比可调的开关状态精确调整电动机转速。
电子开关的速度很快,稳定性也极强。
但是小车启动时,由于突然施加的电压比较高,车轮容易打滑。
试验效果并不理想。
方案二:
采用集成驱动电路,并用DAC直接控制电机两端电压。
该方案能够实现对电机的驱动,但应用时需添加DAC模块,增加了设计成本。
方案三:
采用桥式驱动电路,通过PWM波控制电机。
该方案控制电路简单,经过试验效果良好。
综合考虑我们采用方案三,既方便单片机的控制,又节省了硬件设计成本符合科学发展观节约环保的要求。
1.5车体
方案一双电机驱动三轮小车
此种小车采用左右两轮各一个电机通过H桥进行驱动,电动车后部设置一个可自由转动的万向滚珠轮,通过试验我们发现,该种电动车前行偏转一致性较差,增加了控制难度。
方案二双电机驱动四轮小车
四轮驱动小车较好的解决了方案一中小车的前行一致性差的问题,且驱动能力强,便于负载多个传感器完成设计任务。
经过综合考虑,选择方案二的四轮小车。
但是市面上此类电动车大多采用塑料齿轮,强度较差易损坏且稳定性较差,经过二次设计完善,我们为其更换了噪音小、强度高的金属齿轮,使小车性能得以进一步提高。
1.6创新设计
为了更好的反映小车的运行状态,我们为小车增加了动态语音报时功能。
小车在运行时可实时播报并显示运行时间。
当小车开始运行时、检测到铁片时以及抵达终点时,均会有语音提示,更好的体现其智能性。
2.系统设计与实现
本系统是机电一体的综合设计,系统可分为检测部分和控制部分。
检测部分:
系统利用红外光电开关、集成电路接近开关、超声波模组等不同类型的传感器,将检测到的一系列外部信息(如障碍物有无,特定运行路线,金属目标位置等)转化为可被控制部分所辨认的电信号。
检测部分包括3个单元电路:
红外光电开关、集成电路接近开关、超声波模组。
控制部分:
系统中控制器件根据由传感器变换输出的电信号进行逻辑判断,控制小车的电机、显示数码管、lcd、等等需加,完成小车自动寻迹行驶、躲位置碍、金属目标探测、显示运行时间等各项任务。
控制部分主要包括单片机控制电路、左右轮电机驱动电路、数码管动态显示、lcd控制电路。
2.1智能救援车硬件设计
2.1.1传感器电路设计
1)红外接近开关:
红外接近开关用于位置检测
图2红外发射及接收处理电路
2)超声波距离检测模块
在小车行驶过程中需要随时躲避前后左右的墙壁并计算行驶路线、寻找出口,为了达到要求,在小车的上安置了4个超声波模组。
超声波模组中有两个超声波传感器,一个用于发射一个用于接受。
如图,超声波传感器振荡频率为40kHz的超声波信号(40kHz信号由单片机输出)。
图3超声波距离检测模块
3)电磁铁设计与计算
电磁铁电路设计如图所示。
图5电磁铁电路
设:
电磁铁工作电流300mA,三极管β=100,单片机高电平Vi=4.5V
计算得
大于单片机89S52的输出能力4mA,选用复合管9013,8050组成复合管。
采用复合管电路如图N所示。
复合管β=100*100=10000。
∵
为达到深饱和,取RB=10kΩ
2.1.2单片机控制系统设计
单片机选用AT89C52。
外接显示电路、金属探测模块、位置检测模块、超声模组(距离检测)。
将单片机所有引脚用插针引出。
AT89S52系统及其外围电路见附图1。
2.1.3电机驱动电路设计
电机驱动部分
各种传感器信号经过单片机处理后,经过方向控制电路(H桥),驱动小车的两侧电机进行相应的动作。
方向控制电路(H桥)可以驱动两个电机,利用PWM控制实现小车的速度控制,电路原理图如下:
图4方向控制电路(H桥)
电机控制码:
表1:
电机转动状态编码:
左电机
右电机
左电机
右电机
电动车
运行状态
MA1
MB1
MA2
MB2
1
0
1
0
正转
正转
前行
1
0
0
1
正转
反转
左转
0
1
1
0
反转
正转
右转
0
1
0
1
反转
反转
后退
3.系统测试及总结
3.1测试仪器与测试试验方法
数字逻辑试验箱、万用表、51实验板、伟福V8系列通用USB型仿真器、秒表
试验一:
耗电试验:
控制电路总耗电:
100-110ma
电机驱动电路耗电试验结果如表二所示:
表二:
电机驱动电路耗电检测记录
占空比
电机电流
1
420ma
0.5
160ma
试验二:
车速与PWM波占空比的关系:
通过Multisim仿真发现8050Icm过小,进一步印证了计算,因此在H桥设计中选用Icm较大的三极管5609及5610(该对管PCM=2W;UCES=150mV;Icm=7A)
试验三:
设计要求完成情况测试
测试数据及测试结果分析如下表所示:
表三:
预测试数据记录
试验次数
AB段时间
BD段时间
DC段时间
占空比
1
3分52秒
40秒
49秒
50%
2
3分39秒
35秒
46秒
60%
3
3分21秒
32秒
41秒
66.7%
4
3分6秒
28秒
34秒
70%
5
2分54秒
25秒
22秒
75%
表四:
完成作品测试数据记录
试验次数
路径选择
AB段时间
碰撞次数
B门停止时间
BD段时间
DC段时间
吸铁片
1
成功
2分15秒
2次
5秒
24秒
34秒
成功
2
成功
2分31秒
0次
5秒
21秒
36秒
成功
3
成功
2分12秒
0次
5秒
21秒
38秒
成功
4
成功
2分44秒
1次
5秒
26秒
32秒
成功
5
成功
2分26秒
0次
5秒
23秒
34秒
成功
附件:
智能救援车系统软件设计
各部分流程图及简介(软件流程图及简单介绍)
程序运行段示意图:
迷宫程序段
电路图
主控电路图
仿真图(使用NIMultisim10仿真).
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
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- 智能 救援
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