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。