智能车可行性方案设计

智能车可行性方案设计一.总体方案设计:智能车系统一般由传感器模块、电机驱动模块、路径识别模块、测距与自主避障模块．单片机模块等组成。总体系统框图如下：各硬件系统设计如下：(一)测距与自主避障系统技术要点:要想实现小车避障行走的自主控制，我们所面临的问题就是，如何获取外部环境信息小车须依赖于外部环境信息的获取．感知障碍物的存在，测量障碍物的距离，从而实现自动导航小车的自主避障。解决方案采用传感器获取外部信息,具体可以有以下方案:利用超声波传感器采集路况信息。主要是通过测量超声在介质中的传播时间，来确定被测目标的距离，然后利用这两个距离的比较结果及小汽车当前的时速来控制汽车的转向架转向时间，且从而确定硬件上较容易实现。超声波测距具有信息处理简单、快速和价格低，易于实时控制等特点。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到测试要求。超声测距硬件系统需要完成如下功能：1)通过单片机发射超声波；2)拾取超声波换能器的回波信号并进行分析处理；3)计算及显示被测距离；基本框图如下：ATmega16功率放大驱动放大电路超声波发送超声波接收障碍物比较电路及选频方波发生器LCD键盘红外线传感器电机驱动电路电机两组这里我们采用的是陶瓷TCT40-16F(T／R)型超声波传感器：其中心频率为40kH2，声压≥114dB，灵敏度≥一68dB，方向角为60度，静电容量为2500pF，工作温度为一20～+70℃。工作原理：1.超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。测距的公式表示为：L=C×T式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差（T为发射到接收时间数值的一半)。超声波测距误差分析：2.根据超声波测距公式L=C×T，可知测距的误差是由超声波的传播速度误差和测量距离传播的时间误差引起的。（1）时间误差当要求测距误差小于1cm时，假设已知超声波速度C=344m/s(20℃室温)，忽略声速的传播误差。测距误差s△t(0.01/344)≈0.00002907s即29.07us。在超声波的传播速度是准确的前提下，测量距离的传播时间差值精度只要在达到微秒级，就能保证测距误差小于1cm的误差。使用的1MHz晶体作时钟基准的atmega16单片机定时器能计数到10μs的精度，因此系统采用atmega16定时器能保证时间误差在1cm的测量范围内。（2）超声波传播速度误差超声波的传播速度受空气的密度所影响，空气的密度越高则超声波的传播速度就越快，而空气的密度又与温度有着密切的关系,但是我们的精确度要求不是很高，所以超声传播速度误差可以忽略。具体电路分析：1超声波发射驱动电路超声波换能器激发出超声波所需的谐振频率为40kHz，该激发信号采用单片机通过编程产生。但因单片机输出的信号功率有限，所以有必要在单片机和超声波换能器间添加功率放大电路。同时，为增大超声波幅以增加超声波发射距离，还需对该激发信号进行升压操作。CPU数据采集系统被测目标发射电路接收电路计时三极管采用高速NPN型三极管90182接收电路：超声波发射出去后，需实时监听因遇到障碍物而反射回来的超声波回波信号，该信号较微弱，需进行放大。具体分为以下几个部分：（1）前级放大电路：信号经过前级放大电路，对有用的信号进行放大。并抑制其它的噪声和干扰，从而达到最大信噪比，以利于后续电路的设计。电路图为：元件参数：R2=1KR3=200KRP=1K，即放大电路将输入信号放大200倍。（2）带通滤波电路:经带通滤波后.40KHz左右的有用回波信号被保留，之外的无用信号被削弱，为下一级的检波电路提供较高信噪比.元件参数:R3=R5=4KR6=8KR7=13KR8=21K电容C3=C4为1000PF。带通滤波器参数为:中心频率f=40KHZ，带宽BW=3.3KHZ.放大器采用AD823JFET输入的单电源供电的，低电压，高速双运算放大器。（LM324）（3）.检测电路电路图为：(二)自动寻迹系统设计：自主寻迹小车主要由路径检测、转向控制、电机驱动、车速检测等模块以及软件控制算法构成技术要解决的关键问题：如何准确识别道路中心线参数(位置、角度、曲率等)，计算出车与道路中心线的相对位置与相对角度。方案1基于电荷耦合器件(CCD)的视觉导航是路径识别技术CCD／CMOS图像传感器具有探测距离远的优势，能够尽早地感知前方的路径信息以进行预判断，再现路径的真实信息，但是信号处理比较复杂，方案2采用黑白CMOS摄像头作为路径识别装置，通过图像识别提取路径信息。利用单片机产生PWM波，控制小车速度和转向，较之常规的光电传感器识别路径方案，利用摄像头传感器可以获取更多的路径信息。但摄像头比较昂贵，硬件电路复杂。方案3采用反射式光电传感器方案，即由安装在车前部的反射式红外传感器负责采集信号，并将采集到的电平信号传人核心控制单元，核心控制单元对信号进行判别处理后，由单片机PWM发生模块发出PWM波，对步进电机进行控制，完成智能车的转向与前进。经系统分析，我们选择比较常用的方案三在此采用独立的发射管和接受管，两个光电管对称装在车下，对道路信息进行采集，该方案硬件电路简单，较易实现。（传感器采用ST系列集成红外探头ST168反射传感器作为红外光的发射和接收器件具有价格便宜使用方便，体积小，性能可靠，用途广泛等优点。）（三）执行模块设计：简要系统框图：执行模块包括电机和舵机，驱动电机是由单片机的PWM信号完成的。采用单片机和L297、1298集成电路构成步进电机控制驱动器。具有元件少,可靠性高、占空间少、装配成本低等优点。具体如是:以L298双H桥驱动器和L297步进电机斩波恒流驱动控制器组成的双极性斩波驱动电路。L298芯片可以接收标准TTL逻辑电平信号，H桥可承受46伏电源电压，相电流可达2.5安培，可驱动感性负载，逻辑电路使用5伏电源，功放级使用5—46伏电源。L297由脉冲分配器、斩波器和输出逻辑三部分组成，内部包含四相脉冲分配器和斩波驱动控制器。当步进电机某一相绕组的电流上升，电流采样电阻上的电压超过斩波控制电路L297中的Vref引脚上的限流电平参考电压时，相应的禁止信号变为低电平，使L298的驱动管截止，绕组电流下降。待绕组电流下降到一定值后，禁止信号又变为高电平，相应的驱动管又导通，这样就使步进电机绕组电流稳定在所需值附近。信息处理器信息采集（速度信息位置信息）执行模块电机驱动舵机驱动智能车项目软件方面的设计程序流程大体如下：程序控制共分为以下几大模块：（1）测距功能模块。ATMEGA16给传感器发送脉冲信号，从超声波传感器发射端发出信号的时刻开始启动计时器，当接收端接收到信号的时刻停止计时器，得到Δt，利用公式Δs=340m/s*Δt/2计算出距离障碍物的距离。（2）寻址功能模块。ATMEGA16给传感器发送脉冲信号，光电传感器发射光，当光被路径吸收后，则不会反射光，传感器则接收不到。根据此原理来寻找路径。（3）电机转向控制模块。通过对PWM的占空比的调节，发送给电机不同的电平信号，从而调节电平的前进速度和旋转角度。其中分为对避障功能的电机控制和对寻迹功能的电机控制。针对避障功能，处理超声波传感器的信号；针对寻迹功能，处理光电传感器的信号。（4）LCD显示模块。元器件清单：传感器：TCT40-16F(T／R)型超声波传感器(选用T30UUNB型超声波传感器。该传感器性能指标如下：快速简便的按键编程设定，无需电位器调整；开关量和模拟量输出可以同时或单独使用，可选增量或减量输出；远程设定输入可保证设定安全和方便；超声波精确检测距离为350mm～2000mm；盲区200mm～开始初始化发送/接收超声波传感器信号发送/接收光电传感器信号处理信号处理信号根据超声波传感器和光电传感器信号的处理结果LCD显示相关数据测距寻址控制电机的前进和转向350mm；开角(一3dB)≤10。；宽范围操作温度．20℃～+70℃；开关量输出可选NPN和PNP型，模拟量输出O～10V。)放大器：AD823(AD8044高速宽带单电源四运放)（LM324）比较器：lm393集成芯片L297和L298光电管：ST168反射传感器步进电机：两相双极步进电机42BYG228参考资料：1.基于单片机的步进电机控制1.单片机的步进电机细分驱动系统的研究2.基于单片机的超声测距系统3.传感器在自主式寻迹小车导航中的应用4.步进电机控制系统的设计及其应用5.超声波测距电路的设计6.超声波测距回波信号处理方法的研究7.超声波传感器在自动导航小车中的应用研究8.单片机控制的步进电机系统9.单片机实现超声波测距10.电动车电机及其控制系统的研究现状和发展前景11.韩国智能模型车技术方案分析12.基于AT89S52单片机的超声波测距系统的设计13.基于ATmega8的超声波测距仪研制14.基于ATMEGA48V单片机的电动车驱动系统设计15.基于ATmege8单片机的超声测距系统研制16.基于CCD的智能车寻迹方法17.基于CMOS传感器的智能小车设计18.基于L297与L298N的步进电机控制系统设计19.基于MC9S12DG128单片机智能车设计与实现20.基于单片机的超声波测距系统21.基于MC9S12DG128控制器的智能寻迹车的设计与实现22.基于单片机的高精度超声波测距系统23.基于单片机控制的智能寻迹小车24.基于单片机控制的自主寻迹电动小车的设计25.基于飞思卡尔的自主寻迹智能车的设计26.基于光电传感器的智能车寻迹方法研究27.基于视觉的智能寻迹车设计与实现28.简易智能电动车超声波自动避障系统的设计29.汽车倒车系统中超声波测距模块的设计30.移动机器人超声波测距和避障系统的设计及实现31.移动机器人超声波测距与避障系统的试验研究32.应用74LS系列的超声波测距系统设计33.用L297L298组成步进电机驱动电路34.智能寻迹小车35.智能自主寻迹小车的设计与实现36.自主式寻迹机器人小车的设计任务分配：硬件设计：王菲菲唐慧君软件设计：华青