文档介绍：总体设计
本课题设计主要是制作一款能进行智能判断并能做出正确反应的小车。小车具有以下几个功能:自动避障功能;寻迹功能(按路面的黑色轨道行驶);无线遥控功能和语音控制。作品既可以对高端智能化进行剖析,也可以作为高级智能玩具发展对象,同时可成为大学生学****嵌入式控制系统的应用实例。
作品以两直流电动机为主驱动,通过各类传感器件来采集各类信息,送入主控单元AT89S51单片机,处理数据后完成相应动作,以达到自身控制。电机驱动电路采用高电压,高电流,四通道驱动集成芯片L293D;避障采用红外线收发来完成,自动寻迹采用红外线接收二极管完成;无线遥控则是采用带有PT2272解码的TDL-9915接收模块和带有PT2262编码的TDL9988-4发送模块完成以及附加功能的语音模块是以柱极式话筒脉冲波经过处理后完成。最后由控制单元处理数据后通过汇编程序有序合理的将各模块信号整合在一起并完成相应动作,实现了智能控制,相当于简易机器人[2]。
各模块分析选择
通过收集各硬件模块资料信息,对其进行有效的分析选择,最终选出最合理的设计方案。
方案一:采用各类数字电路来组成小车的控制系统,对外围避障信号,自动寻迹信号,无线遥控信号,语音控制信号进行处理。本方案电路复杂,灵活性不高,效率低,不利于小车智能化的扩展,对各路信号处理比较困难。
方案二:采用AT89S51单片机来作为整机的控制单元。红外线探头采用市面上通用的发射管与及接收头,经过比较芯片调制处理后由控制系统接收。路线寻找采用红外线管对路面信号采集,送到单片机系统处理,同样包括无线遥控信号和语音控制信号。此系统比较灵活,采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分,使系统硬件简洁化,各类功能易于实现,能很好地满足题目的要求[3]。
比较以上两种方案的优缺点,方案二简洁、灵活、可扩展性好,更能达到题目的设计要求,因此采用方案二来实现。
避障单元方案比较与选择
方案一:采用超声波避障,超声波受环境影响较大,电路复杂,而且地面对超声波的反射,会影响系统对障碍物的判断。
方案二:采用红外线避障,利用单片机来产生38KHz信号对红外线发射管进行调制发射,发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来,红外线接收管对反射回来信号进行解调,输出比较电平。外界对红外信号的干扰比较小,且易于实现,价格也比较便宜,故采用方案二。
红外线避障方法,利用一管发射另一管接收,接收管对外界红外线的接收强弱来判断障碍物的远近,由于红外线受外界可见光的影响较大,因此通过调制信号产生38KHz的载波来减少外界的一些干扰。只要障碍物在限定范围内就会产生相对的电平供单片机控制,实现避障功能。
寻迹单元方案比较与选择
方案一:采用发光二极管发光,用光敏二极管接收。由于光敏二极管受可见光的影响较大,稳定性差。
方案二:利用集成型红外对管作为寻迹单元的传感器,其中红外线发射管发射红外线,红外线二极管进行接收。采用红外线发射,外面可见光对接收信号的影响较小,再用射极输出器对信号进行隔离。本方案也易于实现,比较可靠,因此采用方案二。
当小车底部的某边红外线收发对管遇到黑带时,可以检测到输入电平为高电平,反之为低电平。结合单片机查询方式,通过程序控制小车哪边轮胎转动来改变方向。这样不断循环检测,方向控制,使小车按黑线行走。
遥控单元方案比较与选择
方案一:由发射和接收两大部分组成红外遥控系统,应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作,发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器;接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路等。相对结构比较复杂,而且使用的时候必须将遥控器前的红外发射孔对准接收管才可以。
方案二:无线电遥控也由发射和接收两大部分组成,由于无线电遥控模块在市场上非常普及,加上无线电遥控有传输距离远、抗干扰能力强、无方向性等优点,对于小车的控制是一个不错的选择[4]。
方案三:超声波遥控是利用超声波来传送指令的遥控,可以应用于需要遥控、遥测的场合。采用AX5326与AX5327等构成的遥控系统具有体积小、功耗低、功能强大、抗干扰能力强等优点。但由于超声波遥控价格相对上面两种价格较贵,而且对于小车的遥控也太过于夸大化。
结合三种方案,最终选择用电量、发射、接受功率都不大,一般的小障碍也可以穿越,而且遥控无方向性的无线电遥控。采用带有PT2272解码的TDL-9915接收模块和带有PT2262编码的TDL9988-4发送模块完成。
语音控制单元方案比较与选择
方案一:采用柱极式话筒产生不同的频率信号来完成声音提示,经放大整形后产生一个脉冲电平输入给单片机完成声音提示功能。但方案给人以提示的可懂性比较差,但在一定程度