51智能小车项目

目录

一、任务目标

二、需求分析

三、问题解决

四、总结

一、任务目标

1. 要求小车由起点出发，经过一段无障碍物赛道进入障碍区，赛道段有引导轨迹；障碍区中小车将通过一个建筑物中曲折的道路，矩形建筑物有出入口，障碍区内无引导轨迹（图示）；

2. 小车到达障碍区，从入口进入，从出口出来后到达终点，在行进过程中，能自动选择适当的路径，避开墙壁，找到通路，三分钟之内到达出口；到达出口后沿引导轨迹行进到终点。

二、需求分析

1.小车驱动和方向控制

智能小车采用四轮驱动，前后轮左右两边各用一个电机驱动，分别控制四个轮子从而达到前进、后退、转向的目的；利用TTL电平进行控制电机，通过改变芯片控制端的输入电平，即可以对电机进行正转、反转和停止操作；

使用PWM调速系统控制小车行进速度，通过改变电机电枢两端电压的占空比来改变输出电压的有效值，从而达到控制电机转速的目的。整体驱动方案操作方便、稳定性较好。

2.小车循迹

循迹模块安装在小车底部的左右两边，循迹是通过辨别黑白色来行走。工作过程是：红外发射管发出红外光，当遇到黑色，不反射红外光，比较器输出为高电平；当遇脱离黑线，红光反射回来，比较器输出为低电平。当左边检测到白色时将一个电机速度调慢，另一电机速度调快，小车右转，当右边检测到白色时小车左转；当两边检测到的都是黑色时，小车在跑道的正上方，这时控制两电机同速度全速运行，小车前进；当两边检测到的都是白色时小车停止，从而实现在较短时间内完成路线的调整。

3.小车自动避障

避障电路安装在小车头部以检测前方和左前右前方障碍物，工作过程是：单片机根据模块电平的变化判断有无障碍物，当车的左边的传感器检测到障碍物时，主控芯片控制右轮电机停止，左轮转动，车向右方转向，当车的右边传感器检测到障碍物时，主控芯片控制左轮电机停止转动，车向左方转向；当前面有障碍物时规定车右转。

4.车辆整体设计

对于车架材料的选择，选用透明亚克力板材料手工制作，既保证了车架的牢固，又兼顾美观、轻便。使用12V可充电动力电池组为系统提供电源，采用直流电机作为小车系统的驱动电机，采用超声波传感器组成避障系统，用红外传感器进行寻迹。小车进行任务过程中，首先实现循迹功能，到达障碍区后进行自动避障，各模块配合控制小车自动转弯和行进及快慢速行驶。

三、问题解决

1、电机选择问题

电机可以选择采用直流电机或步进电机。直流电机优点是转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便，小车电机内部装有减速齿轮组，很方便的就可以实现通过单片机对直流减速电机前进、后退、停止等操作；步进电机作为驱动电机，其转动的角度可以精确定位，可以实现小车前进距离和位置的精确定位，调速也更加容易。

本项目中考虑加入电源后的载重能力，车轮固定、整体美观和轻便性等多方面因素，选择直流电机驱动小车。

2.避障模块传感器

项目初选用了红外传感器作为避障功能模块，其原理是根据光线发射头发出的光束，被物体反射，其接收电路据此做出判断反应以检测物体的有无，根据有无光线反射输出不同的电平信号，

在调试过程中发现，由于红外传感器的原理是光信号反射，小车采用的透明亚克力板材料会对其产生一定程度的干扰，导致小车避障失败的bug，后更换超声波传感器作为避障模块。超声波传感器如果接收到反射的超声波，则通知单片机前方有障碍物，以控制小车进行避障；如未接收到反射，则通知单片机可以向前行驶。市场上很多红外光电探头也都是基于这个原理。

更换超声波传感器后小车避障功能可靠性有较好的改善。

3.干扰问题

设计完善的电路应该考虑干扰问题，在编写程序之前，我们对硬件的各部分进行了细致的分工测试，未发现问题。完整功能测试过程中，发现小车出现在前方无障碍物的情况下无缘无故转弯的bug，反复检查程序，无逻辑bug，外设配置正常，由于未考虑到硬件造成干扰的问题，浪费大量时间。后来在程序中加入延时，问题得以解决。

四、总结

程序设计的整体框图如下：

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