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(多图) 智能传感寻迹小车的研究与设计

谭永宏 张辉?? 2008年11月10日 ?? 收藏0

  【提要】本文对目标识别与跟踪技术进行了分析,在此基础上结合智能小车目标跟踪系统的开发,详细讨论了特定目标跟踪系统的具体实现方法,红外传感器在目标识别中的应用以及小车智能控制的软、硬件设计。该系统通过配置在智能小车上的红外传感器,采用红外传感技术对特定目标进行识别,在目标运动过程中,通过单片机接收计算机发出的命令控制智能小车跟踪目标,在没有人为干预的情况下,能够自主运行,稳定地跟踪目标,该设计为机器智能系统提供了一个研究平台。

  本设计采用飞思卡尔的MC9S12DB128B作为智能小车核心控制器[1],路面黑线检测采用反射式红外传感器,车速检测是通过改造结构,并使用反射式光电传感器实现的。电源供电是由电池提供的,我们在设计时将后轮电机驱动电路和前轮转向舵机驱动分开供电,采用了强电流、弱电流分开,数字、模拟独立供电。同时合理利用了单片机的PWM控制口对电动机进行转速控制,在此可靠硬件设计的同时,使用了一套独特的软件算法实现了小车根据检测黑线的结果使系统达到在高速运动中的精确控制,取得了很好的效果。

智能小车实物与结构框图

图1? 智能小车实物与结构框图

  根据设计要求我们对小车的硬件部分分别介绍:

  1、????? 路面黑线检测模块[2]

  关于检测模块大致可实现的方案有以下几种:

  方案1:采用发光二极管+光敏电阻,该方案缺点:易受到外界光源的干扰,有时甚至检测不到黑线,主要是因为可见光的反射效果跟地表的平坦程度、地表材料的反射情况均对检测效果产生直接影响。克服此缺点的方法:采用超高亮度的发光二极管能降低一定的干扰,但这又会增加检测系统的功耗。

  方案2:脉冲调制的反射式红外发射接收器。由于采用带有交流分量的调制信号,则可大幅度减少外界的干扰;此外红外发射接收管的工作电流取决于平均电流,如果采用占空比小的调制信号,在平均电流不变的情况下,瞬时电流很大(50~100mA)(ST-188允许的最大输入电流为50mA),则大大提高了信噪比。此种测试方案反应速度大约在 5us。

  方案3:采用多路阵列式光敏电阻组成的光电探测器。

  方案4:采用CCD传感器,此种方法虽然能对路面信息进行准确完备的反应,但它存在信息处理满,实时性差等缺点,而且此次比赛不允许用其它处理器,因此若采用CCD传感器,无疑会加重单片机的处理负担,不利于实现更好的控制策略(控制策略才是此次比赛的核心)。

  根据以上分析我们采用方案2,同时能实现的反射式红外发射接收器众多,我们选择了市场比较多见的ST-168,ST-178,ST-188,ST-198,利用下面的电路对这四款对管进行测量比较,最终选择ST-178作为我们检测黑线的传感器。

检测黑线电路

图2? 检测黑线电路

电机驱动电路

图3? 电机驱动电路

  2、????? 整车动力系统

  小车的动力系统由车上自带的RS- 380SH电机提供,并规定不能改动,因此我们可以设计的就是电机的驱动电路。考虑到小车空载跑直线时的速度较快,若在小车进入弯道时不采取减速措施,小车极易跑飞,我们经过实验发现通过改变PWM的占空比能使电机减速,但此种方法没有我们设计小车刹车装置好。此刹车装置是由一个受单片机控制的单刀双掷继电器与电机串联构成的,当小车处于正常工作时,电池两端的电压全部正方向加载与电机两端,当小车需要减速过弯时,继电器动作,将电池两端电压反向加载于电机两端,产生瞬时反转。


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