1、简易智能电动车设计2003年全国大学生电子设计竞赛E题1.设计任务和要求1.2 设计要求设计要求1.2.1 基本要求基本要求（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13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
2、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。1.2.2 1.2.2 发挥部分发挥部分 （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。1.3 题目分析一、目标 设计制作一个智能小车、具有循线、金属检测、避障、寻光入库等功能。二、任务 （1）循线行进，包括直行和圆弧 （2）检测线下安装的金属
3、块 （3）避障，障碍物的摆设不固定 （4）寻光入库 （5）路程计算三、指标 （1）检测出所有的金属块，以及它们的位置 （2）顺利避障，不应该碰撞障碍物，尽可能不刮擦障碍物 （3）顺利入库，车体停放于车库黑线内 （4）总耗时不超过90S，并尽可能减小耗时2.系统方案选择和论证2.1 系统基本方案控制器模块控制器模块金属探测模块路面探测模块障碍物探测模块光源探测模块状态标志模块电机驱动模块计时显示模块路程测量模块2.2 各模块方案的选择和论证2.2.1循线检测作用：作用：实现小车跟踪黑色轨道行使。方案1：采用发光二极管与光敏电阻构成检测电路；缺点：易受外界干扰。由于外界光亮条件不定，一旦光线条件改
4、变很可能造成误判和漏判。方案2：采用红外发光管和红外光敏管构成检测电路；此方案可以降低可见光的干扰，灵敏度高 2.2 各模块方案的选择和论证2.2.2 金属探测模块作用：作用：跑道中金属块的探测。金属探测原理：采用电涡流式传感器，利用电涡流对L、Q、Z的影响探测金属。可以自制金属传感器、也可以选用集成金属传感器。集成金属传感器性能可靠，直接输出数字信号，可以简化电路2.2 各模块方案的选择和论证2.2.3 障碍物探测模块作用：作用：判断前进方向是否有障碍物，并确定小车与障碍物的距离。方案方案1：超声波测距技术方案2：红外检测电路2.2 各模块方案的选择和论证2.2.4 驱动方式 电机：小型直流
5、电机 驱动控制方式：PWM+H桥驱动2.2 各模块方案的选择和论证2.2.5 光源检测 光敏器件：光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管 检测光源方位：2.2 各模块方案的选择和论证2.2.6小车车体选择2.2 各模块方案的选择和论证2.2.7 车轮检速及路程计算 方案一：磁感应式 采用霍尔元器件（霍尔元器件应用霍尔效应，输出量与磁场的大小有关）并在车轮上安装磁片，利用位置固定的开关型霍尔元器件来检测车轮的转动，通过单位时间内的脉冲数进行车速测量。方案二：光反射式 采用反射式红外器件。在车轮轮辐面板上均匀画出黑底白线或白底黑线，通过正对线条的反射式红外器件，产生脉冲。通过对脉冲的计数测速。方案三：光
6、对射式 采用对射式红外传感器。在轮辐面板上均匀刻出孔，在轮子两侧固定相对的红外发射、接收器件。在过孔处接收器可以接收到信号。从而轮子转动时可以产生连续脉冲信号，通过对脉冲的计数进行车速测量。2.3 硬件设计2.3.1 循线检测电路 (1)调节RP1可以改变检测的灵敏度 可以设计6个传感器，组成传感器阵列。ST178：单光束反射取样式光电传感器 1采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。2检测距离可调整范围大，4-10mm可用。3采用非接触检测方式。:ST178 1采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。2检测距离可调整范围大，4-10mm可用。3采用非接触检测方式。
7、(2)当检测到黑线时电压比较器LM393的同相输入in拉低，输出为低电平。当检测到黑线时，接收管截止，同相输入in为高，比较器输出为高电平。2.3 硬件设计2.3.2 金属传感电路及安装 金属传感器使用集成金属传感器。集成金属 传感器只有三根引线，两根为电源和地线，一根为输出。传感器安放在车的前部，离地1CM，这样有利于可靠地检测金属片。LJ18A3-8-Z/BX 金属探测传感器/电感式接近开关由三大部分组成:振荡器、开关电路及放大输出电路。振荡器产生一个交变磁场。当金属物体接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属物体内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处
8、理并转换成开磁信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式检测目的。物体离传感器越近，线圈内的阻尼就越大，阻尼越大，传感器振荡器的电流越小。2.3 硬件设计2.3.3 光源检测 光源检测采用光敏二极管 在光敏管的外面加上一个遮光罩，使得一个光敏管只对一个小角度内的强光源敏感。光敏管阵列实物照2.3 硬件设计2.3.4 障碍检测电路 可以采用超声波测距模块 可以选择红外检测电路的成品模块 采用红外检测的方式。检测前方7-8CM的障碍物。采用红外一体接收头和555电路来制作检测电路2.3.4 障碍检测电路采用红外一体接收头和555电路来制作检测电路，图中RP1用于调整红外光的载波频率，应调整为40KH
9、Z，RP2用于调整发光管的强度，可以达到调整检测距离的目的。红外测障发射电路红外测障接收电路2.3 硬件设计2.3.5 电机驱动 采用L298集成H桥驱动芯片。在循线、避障和入库时需要采用不同的速度，使用PWM 方式可以很容易实现调速。2.3.5 电机驱动2.3 硬件设计2.3.6 电源电路 小车上使用动力镍氢电池组，给电机提供电力。经过稳压后可以给控制系统提供电源。2.4 软件设计2.4.1 循线算法设计 采用传感器阵列，可以将黑线位置用数字标记。采用6个传感器阵列可以给出13级的黑线位置。2.4.1 循线算法设计取得黑线位置后，可以根基黑线偏离的程度控制舵机的转角，从而调整小车的转向，使其回到中间的位置。使用的纠偏方法：将舵机的转角直接与黑线位置构成比例。2.4 软件设计2.4.2 避障算法设计 从图可以看出，障碍的具体布局是上下各有一个障碍物，因此小车首先可以直接进入障碍区，检测到障碍物后左转，并开始寻光入库，若再次检测到障碍物，则向右转。障碍物的检测距离和小车的转弯半径对避障的效果有较大的影响，根据具体的情况，应调整并选择一个合适的检测距离。2.4 软件设计2.4.3 寻光入库算法设计 将舵机的转角与光源的位置成正比。2.4 软件设计2.4.4 控制总流程图
