简易智能电动车设计

1、基本要求 （1）电动车从起跑线出发（车体不得超过起跑线），沿引导线到达B点。在“直道区”铺设的白纸下沿引导线埋有1~3块宽度为15cm、长度不等的薄铁片。电动车检测到薄铁片时需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点以后进入“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15cm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点处停车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应立即停车，但全程行驶时间不能大于90秒，行驶时间达到90秒时必须立即自动停车。 2、发挥部分 （1）电动车在“直道区”行驶过程中，存储并显示每个薄铁片（中心线）至起跑线间的距离。 （2）电动车进入停车区域后，能进一步准确驶入车库中，要求电动车的车身完全进入车库。 （3）停车后，能准确显示电动车全程行驶时间。 （4）其它。 摘要 本设计基于计算机控制技术、单片机技术、传感器技术、智能控制技术、机电一体化技术及机器人学研制了一个能自动寻线、识别并测量铁片、避障、自主规划路径的智能电动小车。论文分析了小车本体、主控系统、信息感知单元、驱动单元等模块的理论论证、设计与调试过程，并结合实际调试过程的分析，详细阐述了小车整个行驶过程中的运动参数的规划与实现。本设计在特色部分论文分析了以Mega8芯片为主基于概率分析的避障单元的设计与实现，串行扫描方式实现的人机接口，寻光雷达，小车位姿控制等内容。 本设计的理论设计方案、调试方法、测试数据分析方法及设计中的特色与创新点等对自动运输机器人、家用清洁机器人、灭火机器人等自主及半自主机器人的设计与实现有一定的参考意义。 关键词：两轮小车 光电寻线? PWM调速? 寻光雷达? 路径规划? 自适应 ?位姿控制 1 方案设计与论证 ?? ??根据题目的设计要求，小车要能自动寻线、检测金属物、避障、寻光、测距离以及在不同的区域控制自己的速度与行驶角度。我们把设计分为五个相对独立的部分，这样降低了设计的复杂度，使得整体条理更为清晰。这五个部分是：小车本体、主控单元、信息感知单元、驱动单元。 1.1 小车本体 小车行走机构的方案分析与选择： ??? 方案一? 履带式行走机构：运行平稳、可靠，走直线效果很好；但结构较复杂、移动速度较慢，转弯过程的控制性能较差。 ??? 方案二? 腿式行走机构：可以走出多种复杂的路线，但结构复杂、运动中的平衡性和稳定性差、移动速度较慢。 ??? 方案三? 两轮式行走机构：结构简单、运动平稳、移动速度快、转弯性能好，且易于控制，适用于小功率的行走驱动。 ??? 方案四? 四轮式行走机构：结构简单、运动平稳、移动速度快、易于控制，但原地转弯性能不够好。 ???? 通过对比赛中小车要完成的任务的研究以及对四种方案的对比，我们最终选择了两轮式行走机构。 ??? 车体框架，基于设计要，我们以对称结构为基础设计。 1.2 主控单元 1.2.1 硬件方案 近年来，单片机应用技术发展迅速，为智能装置的开发设计带来了很大的便利。但68HC与51系列等传统的基于累加器结构的单片机，需要大量的程序代码，以实现累加器之间的数据传送，给汇编的程序开发增加了困难，也使高级语言开发中的编译效率难以提高。 AVR单片机采用RISC结构，具有1MIPS/MHz的高速运行处理能力；同时采用低功率，非挥发的CMOSE工艺制造，内部分别集成Flash, EEPROM和SRAM三种不同性能和用途的存储器。特别地，除了可以通过SPI口和一般的编程器对AVR单片机的Flash程序存储器和EEPROM数据存储器进行编程外，还具有在线编程的特点，这给调试和使用带来了极大的方便。 在AVR家族中，ATmega16芯片内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，具备AVR高档单片机Mega系列的全部优点，其价格于低档单片机相当，具有很高的性价比，较AVR的AT90系列相比，其6通道的A/D转换是AT90系列所不具备的。同时，Mega系列的高可靠性完全保证了在小车系统中无需光电隔离的直接输出方式，故在小车的主控系统选用ATmega16单片机。 1.2.2 软件单元 ?? 汇编语言作为传统的嵌入式系统的编程语言，具有执行效率高的优点，但其本身是低级语言，编程效率较低，可移植性和可读性差，维护极不方便。而C语言以其结构化，容易维护，容易移植的优势满足开发的需要。AVR的RISC结构与ICC AVR开发平台保证了较高的编译效率，且有易于上手的特点，使我们能顺利的用C语言开发AVR系统。