智能电动车及驱动系统电路设计

智 能 电 动 车 及 驱 动 系 统 电 路 设 计 本系统要求设计并制作一个简易智能电动车， 设计方案包括基本要求， 发挥部分 及其它创新部分。 基本 要求 ① 电动车从起跑线出发（车体不得超过起跑线）、沿宽度为 2c m 的黑色 引导线到达 B 点。在 “ 直道区 ” 铺设的白纸下沿引导线埋有 1~ 3 块宽度为 15c m 、 长度不 等的薄铁片。电动车检测到薄铁片时，立即发出声光指示信息，并实时 存储、显示在 “ 直道区 ” 检测到的薄铁片数目。 ② 电动车到达 B 点后进入“ 弯道区” ， 沿圆弧引导线到达 C 点 （也可脱离圆 弧引导线到达 C 点） 。 C 点下埋有边长为 15c m 的正方形薄铁片， 要求电动车到 达 C 点检测到薄铁片后在 C 处停车 5 秒，停车期间发出断续的声光信息。 ③ 电动车在光源的引导下，通过障碍区进入停车区并到达车库。电动车必 须在两个障碍物之间通过且不得与其接触。 ④ 电动车完成上述任务后立即停车，全程不得超过 90 秒，行驶时间达到 90 秒时立即自动停车。 图 2 系统 总体 框图 线路 跟踪 电路 方案一： 采用 C C D 单色摄像头， 配计算机主板及图像采集卡。 对白背景下， 黑线的识别， 目前做的比较成熟 ， 效果相当好。 但成本高， 很难找到合适的载体 。方案二： 采用颜色传感器。 目前颜色传感器的应用， 越来越广泛， 效果也可 以。 但几百元的价格及相对复杂的处理电路， 并且还需要光源， 所以也不是一个 很好的选择。 方案三：采用一左一右两个红外发射接收对管。该传感器不但价格便宜， 容 易购买， 而且处理电路 （如图 3 所示） ， 简单易行， 实际使用效果很好， 能很顺 利地引导小车到达 C 点。 在该电路中，加比较器 L M 311 的目的，是使模拟量转化为开关量，便于处 理。为使发射有一定的功率，发射回路要求不小于 20m A 的电流。 根据 ，故可选择 R 1= 150 Ω 。 启动时， 小车跨骑在黑线上。 两个红外发射接收对管， 分别安装在黑线的两 侧的白色区域， 输出为低电压 ， 当走偏， 位于黑线上时， 输出为高电压。 因黑线 较窄 （ 2c m ） ， 为及时调整车的方向， 选择比较器的阀值为 2.5v ， 即黑白相间的 位置，即开始调整。实验表明，效果较理想 图 3 红外 发射 接收对 管处 理电路 避障 电路 方案一：采用激光传感器测距。能非常准确地测出小车与障碍物的距离， 但 价格也高，处理复杂，不符合我们的要求。方案二：采用超声传感器。进口的超声传感器，换能器薄，并且带处理电 路，输出与距离成比例的模拟信号，通过 A D 转换，可获得距离信息，价格贵。 也有一些 较简单的超声传感器及处理电路，能输出开关量信息，价格也不贵， 是一个好的选择，但由于没买到现成的处理电路，平常又没有做过这种电路， 时 间紧，故未采 用。 方案三： 采用左右两个红外传感器。 红外传感器， 是目前使用比较普遍的一 种避障传感器，其处理电路如图 4 所示，通过调节 R 23 、 R 24 两个电位器，可 调节两个红外传感器的检测距离为 10—80c m ， 开关量输出 （T T L 电平） ， 简单、 可靠。我们采用这种电路，能可靠地检测左前方、右 前方、前方的障碍情况， 为成功避障提供了保证。 图 4 红外 发射 及接收 处理 电路 光源 检测 电路 为了检测光线的强弱，我们在小车左前方、右前方加了 2 只光敏传感器， 即光敏电阻。电路如图 5 所示。光敏传感器根据照射在它上面的光线的强弱， 阻 值发生变 化，输出电压随之变化，通过 A D C 0809 后，得到与光强相对应的数 字量， 从而引导小车， 向光源靠近。 不同型号的光敏电阻， 暗电阻及亮电阻差别 较大，需根 据不同参数的光敏电阻，选用不同大小的分压电阻。图 5 光源检测电路 金属 检测 电路 采用了一只涡流型铁金属探测传感器， 型号： L J 18A 3- 8- Z / B X 。 可靠探测距 离，小于 8c m 。 电机 驱动 电路 电动小车的本身自带的换向及驱动电路， 相当粗糙， 电机的特性也很不好 ， 不能调速。 电压低了， 速度慢， 驱动力矩小， 走不动； 电压高时 （ 刚换上电池时） ， 速 度又很快，难以调整。在这上面，花费了不少的时间，效果很不好。最后， 决定对小车的电机及驱动电路，进行了更换。后轮采用了一对减速直流电机， 其 驱动电路 如图 6 所示。采用 P W M 控制，可较方便的对电机进行调速。图 6 电机 驱动 电路 简易智能电动车由一个电动玩具车改造而成。 系统的控制部分以单片机为核 心， 通过对前向通道各种传感器信号的采集、 处理， 较好地实现了后向通道驱动 及转向电机的运动控制和相关信息的处理、显示和声光报警。