Глава 1 Введение
С быстрым развитием автомобильной промышленности исследования автомобилей привлекают все больше и больше внимания. Появление концепции умных автомобилей принесло в автомобильную промышленность новые возможности и проблемы. Интеллект автомобилей определенно станет тенденцией развития автомобильной промышленности в будущем.На этом фоне мы провели исследование по предотвращению препятствий умными автомобилями на основе ультразвуковых и инфракрасных лучей.
В качестве важного средства предотвращения препятствий для умных автомобилей ультразвуковая волна проста в реализации, проста в расчете, легко обеспечивает контроль в реальном времени, а точность измерения также может соответствовать практическим требованиям.Она будет широко использоваться в процессе автомобильной промышленности. интеллект в будущем. Как мировая держава, наша страна также должна занять место в области высоких технологий.Интеллект будущих автомобилей неизбежен для развития автомобильной промышленности.В этих обстоятельствах изучение применения ультразвукового инфракрасного излучения в интеллектуальных транспортных средствах для предотвращения препятствий является необходимым. далеко идущее значение, и будущие исследования умных автомобилей в моей стране сыграют важную роль в занятии лидирующих позиций в мировых высокотехнологичных областях.
Для автомобиля, преодолевающего препятствия на основе ультразвуковых и инфракрасных датчиков, посредством введения общего решения, схемы, алгоритма, отладки и параметров автомобиля подробно объясняется, что автомобиль воспринимает внешнюю среду и собственное состояние через датчик. системы и автономно перемещается в сложной среде и выполняет соответствующие задачи. Ультразвуковые и инфракрасные датчики пользуются популярностью из-за их уникальных характеристик. В этой статье ультразвуковые датчики используются для обнаружения препятствий, чтобы робот мог успешно достичь цели и обойти препятствия. Эта интеллектуальная автомобильная система включает в себя технологию управления двигателем постоянного тока, идентификацию пути, сенсорную технологию, электронный дизайн, программирование и другие дисциплины, оттачивая интеграцию наших знаний и практические способности.
Краткое содержание
Интеллект является новым современным изобретением и является будущим направлением развития. Он может автоматически работать в среде в соответствии с заданным режимом без управления человеком и может использоваться в целях научных исследований. В этой конструкции интеллектуальный автомобиль использует микроконтроллер STC89C52 в качестве ядра обнаружения и управления для реализации интеллектуального управления интеллектуальным автомобилем, включая инфракрасное предотвращение препятствий, ультразвуковое предотвращение препятствий и другие функции. Приводной двигатель оснащен двигателем постоянного тока. Привод двигателя завершается схемой привода L298N.
Ключевые слова: умный автомобиль; микроконтроллер; ультразвук; инфракрасный порт; объезд препятствий.
Глава 2. Общий план
Основываясь на функциональных характеристиках проекта и наших целях проектирования, мы выбрали Cortex-M0 в качестве контроллера, разработанного для этого курса. Он может хорошо реализовать проектные требования по этому предмету; мы используем L298 для управления вращением двигателя постоянного тока; мы используйте трехконтактный источник питания, стабилизированный напряжением, изготовленный из стабилизирующих напряжение интегральных схем 7805 и 7812, который используется в качестве рабочего источника питания двигателя и H-моста, мы используем 74HC164, который представляет собой последовательный вход и параллельный выход 8- регистр сдвига битов для реализации панели дисплея с клавиатурой в сочетании с модулем
В этой главе в основном кратко описывается выбор общей схемы системы и общая идея конструкции.В следующих главах вся система разделена на три части: механическая конструкция, модуль управления и алгоритм управления для проведения углубленного введения и анализа. интеллектуальной системы управления транспортным средством.
2.1 Анализ требований
Разработайте автомобильную мобильную платформу на основе ультразвукового и инфракрасного обхода препятствий. С использованием ультразвуковых и инфракрасных датчиков она может решать задачу автономного обхода препятствий в определенных сложных условиях, чтобы автомобиль мог выбраться из лабиринта нескольких поворотов.
2.2 Общий дизайн
Изучая и исследуя соответствующую техническую информацию, мы узнали, что модуль ультразвуковой локации является одним из ключевых модулей системы. Качество решения ультразвуковой локации напрямую связано с качеством конечной производительности. Поэтому метод определения Модуль ультразвуковой дальнометрии предназначен для определения системного ключа к общему плану.
Модуль предотвращения препятствий использует ультразвуковые датчики для обнаружения непреодолимых препятствий перед ним, а затем обходит препятствия; преимущество состоит в том, что он относительно дешев, имеет высокую точность при удовлетворении требований системы и может хорошо определить, есть ли перед ним непреодолимые препятствия. есть непреодолимые препятствия.; Хотя инфракрасный датчик не может измерять расстояние, он может отражать изменения уровня при наличии препятствий. Его дешевле и проще приобрести, и он подходит для простого обхода препятствий.
2.3 Определение плана
В качестве основного блока управления системой умного автомобиля в системе используется микроконтроллер STC89C52. Ультразвуковой датчик в середине передней части автомобиля обнаруживает препятствия впереди и используется для определения необходимости поворота. Имеется инфракрасный датчик. Головка предотвращения препятствий слева и справа для обнаружения препятствий по обе стороны взлетно-посадочной полосы Стена для предотвращения столкновения автомобиля со стеной. Общая структурная схема системы представлена на рисунке 1.
В соответствии с конструкцией системы система включает в себя следующие модули: главный модуль управления STC89C52, модуль моторного привода L298N, модуль питания, ультразвуковой модуль измерения расстояния и предотвращения препятствий, инфракрасный модуль предотвращения препятствий и т. д. Функции каждого модуля следующие:
Главный модуль управления STC89C52, являющийся «мозгом» всего интеллектуального автомобиля, будет отправлять и собирать сигналы от ультразвуковых и других датчиков, принимать управляющие решения на основе алгоритма управления, управлять двигателем постоянного тока и т. д. для завершения управления автомобилем. умная машина.
Модуль питания обеспечивает соответствующее и стабильное питание всей системы;
Модуль привода двигателя приводит в действие двигатель постоянного тока, обеспечивая ускорение, замедление и управление рулевым управлением интеллектуального автомобиля;
Ультразвуковой модуль измерения дальности и предотвращения препятствий, отвечающий за измерение расстояния и функции предотвращения препятствий вперед;
Инфракрасный модуль предотвращения препятствий может выполнять функцию предотвращения препятствий.
Глава 3 Аппаратное решение
Согласно общей схеме, требования к аппаратной структуре: простота и эффективность.После постоянных попыток была определена следующая схема проектирования:
3.1 Конструкция кузова автомобиля
Покупайте готовые модели автомобилей. После неоднократного обдумывания и аргументации мы сформулировали план покупки модели автомобиля с раздельным приводом на левое и правое колеса и рулевым управлением заднего универсального колеса. То есть левое и правое колеса приводятся в движение двумя редукторными двигателями постоянного тока с практически одинаковой скоростью и крутящим моментом, а сзади установлено универсальное колесо. Таким образом, когда два двигателя постоянного тока вращаются в противоположных направлениях и имеют одинаковую скорость, электромобиль может вращаться на месте, тем самым легко совершая повороты на 90 и 180 градусов без изменения координат транспортного средства.
3.2 Главный модуль контроллера
Микроконтроллер STC89C52 используется как ядро всей системы и служит для управления движущимся автомобилем для достижения установленных показателей производительности. Для полного анализа нашей системы ключевым моментом является реализация автоматического управления автомобилем, и на этом этапе однокристальный микрокомпьютер показывает свои преимущества – простое, удобное и быстрое управление. Таким образом, микроконтроллер может в полной мере раскрыть свои преимущества, заключающиеся в богатых ресурсах, относительно мощных функциях управления и побитно-адресных рабочих функциях, а также низкой цене. Микроконтроллер 51 имеет мощные инструкции по битовым операциям, порты ввода-вывода могут иметь побитовую адресацию, а объем программного пространства составляет до 8 КБ, что более чем достаточно для этой конструкции. Что еще более ценно, так это то, что цена микроконтроллера 51 составляет очень низкий.
3.3 Силовой модуль
В качестве источника питания используются шесть сухих аккумуляторов по 1,5 В общим напряжением 9 В. После преобразования напряжения 7805 он подает питание на микроконтроллер и датчики. Эксперименты подтвердили, что при работе автомобиля рабочее напряжение микроконтроллера и датчиков стабильно и может соответствовать требованиям системы, а аккумулятор легко заменить.
3.4 Модуль моторного привода
Силовой транзистор используется в качестве выхода усилителя мощности для управления двигателем постоянного тока. Структура и принцип линейного привода просты, а способность к ускорению высокая.Он использует H-образную мостовую схему, состоящую из трубок Дарлингтона (рис. 3). Микроконтроллер используется для управления трубкой Дарлингтона для работы в режиме переключения с регулируемым рабочим циклом для точной регулировки скорости двигателя. Этот тип схемы очень эффективен, поскольку он работает в режиме отсечки насыщения трубки.Н-образная мостовая схема обеспечивает простое управление скоростью и направлением.Скорость переключения электронной трубки очень быстрая, а стабильность чрезвычайно высока. сильный.Это широко используемая технология регулирования скорости ШИМ. На рынке много таких микросхем. Я выбрал L298N (как показано на рисунке 2). L298N - это полномостовая микросхема драйвера с высоким напряжением и большим током. Она имеет соответствующую высокую частоту. Один L298N может управлять двумя двигателями постоянного тока отдельно. , а также с терминалом включения управления. Использование этого чипа в качестве драйвера двигателя обеспечивает простоту эксплуатации, хорошую стабильность и отличную производительность.
3.5 Модуль двигателя
Эта система представляет собой интеллектуальный электромобиль.Для электромобиля очень важен выбор приводного двигателя для его ведущих колес. Поэтому я использую двигатель постоянного тока (рисунок в Приложении 2). Редукторный двигатель постоянного тока имеет большой крутящий момент, небольшой размер, легкий вес, простую сборку и простоту использования. Поскольку его внутренний высокоскоростной двигатель обеспечивает чистую мощность и приводит в движение набор шестерен с регулируемой скоростью (редуктор), он может генерировать большой крутящий момент. Может лучше соответствовать системным требованиям.
3.6 Модуль обхода препятствий
Используйте ультразвуковой модуль и инфракрасный фотоэлектрический переключатель (рисунок в Приложении 2), чтобы избегать препятствий. Учитывая, что этой системе необходимо определять расстояние до препятствий и избегать их, ради простоты использования, стабильности системы, ее эксплуатации и отладки.
3.7 Окончательный план
После неоднократных споров мы наконец определили следующий план:
1. Модель полноприводного автомобиля.
2. Используйте микроконтроллер STC89S52 в качестве основного контроллера.
3. Питание от 6 сухих батареек.
4. Используйте ультразвуковой модуль и инфракрасный фотоэлектрический переключатель, чтобы избежать препятствий.
5. L298N используется в качестве микросхемы драйвера двигателя постоянного тока.
Глава 4. Аппаратная реализация и проектирование схемы устройства.
4.1 Главный модуль управления
Схема основной минимальной системы управления представлена на рисунке 4.
4.2 Конструкция источника питания
В конструкции блока питания в основном используется микросхема 7805. Преимущество схемы, построенной с использованием микросхемы 7805, заключается в том, что она проста и практична и может полностью удовлетворить потребности в электропитании системы микроконтроллера барьерной машины и логической мощности. поставка микросхемы L298N. Чип 7805 имеет три контакта, а именно: входной терминал, выходной терминал OUT и заземленный терминал. Обычно он может обеспечить ток 1,5 А. Если рассеивание тепла достаточно, он может обеспечить ток более 1,5 А. . Входное напряжение чипа 7805 может составлять 9, 12 В или 15 В. Выходное напряжение стабильно составляет 5 В, а положительная и отрицательная погрешность не превышает 0,2 В. Чип 7805 показан на рисунке 5. Исходя из этой ситуации и в сочетании с рабочим напряжением двигателя, в качестве входного источника питания 7805 был выбран блок питания 9 В. Схема встроенного блока питания показана на рисунке 6.
4.3 Схема привода
В приводе двигателя обычно используется схема управления H-мостом.В L298N интегрирована схема управления H-мостом, поэтому схему L298N можно использовать для управления двигателем. Сигнал ШИМ подается на схему L298N через микроконтроллер для управления скоростью, запуском и остановкой автомобиля. Схема контактов показана на рисунке 7, а принципиальная схема управления показана на рисунке 8.
Глава 5. План разработки системного программного обеспечения
Идея программирования этой программы состоит в том, чтобы сначала определить основную программу, затем спроектировать модули подпрограммы в соответствии с функциями каждой аппаратной схемы и, наконец, встроить каждый модуль в основную программу. Эта структура программирования проста, и поскольку модули подпрограмм взаимно однозначно соответствуют аппаратной схеме, отладка очень удобна. Блок-схема этого программного обеспечения для проектирования показана на рисунке 9.
5.1 Блок-схема основной программы системы
На рисунке 10 представлена блок-схема основной программы системы.
5.2 Блок-схема подпрограммы выбора диапазона
На рисунке 11 показана блок-схема подпрограммы ультразвуковой локации.
После того, как основная программа инициализирует систему, программа ультразвукового измерения дальности устанавливает таймер T0 как 16-битный таймер и включает бит разрешения прерывания EA. Затем вызывается подпрограмма ультразвуковой передачи для отправки ультразвукового импульса.Чтобы избежать прямых помех связи сигнала, необходимо задержать 0,1 мс и открыть внешнее прерывание для получения возвращенного ультразвукового сигнала (именно поэтому ультразвуковая дальнометрия имеет минимальное измеряемое расстояние). Поскольку в системе используется кварцевый генератор 12М, каждое число, подсчитываемое счетчиком, составляет одну микросекунду.Когда основная программа обнаруживает флаг успешного приема, число в счетчике Т0 рассчитывается по формуле 4-1.
d=(c*t)/2=172*T0/10000
Скорость испытательного звука при комнатной температуре составляет 344 м/с. Расстояние, пройденное каждой ультразвуковой волной при излучении и приеме, в два раза превышает измеренное расстояние L, как показано на рисунке 12. L — расстояние между измеряемым объектом и ультразвуковым датчиком, где T0 — значение счетчика в T0.
После измерения расстояния результат будет отправлен на светодиодный дисплей в виде десятичного BCD-кода. Одновременно он будет отправлен в аккумулятор А для сравнения с безопасным расстоянием. Если будет установлено, что существует впереди препятствие, будет выполнена операция обхода препятствия. Дождитесь завершения вышеуказанного процесса, прежде чем продолжить передачу. Ультразвуковые импульсы повторяют процесс измерения.
В этой конструкции радиус поворота умного автомобиля составляет 40 см, а установленное безопасное расстояние — 25 см. Поскольку программа предназначена для того, чтобы каждый раз объезжать препятствия справа, условием для того, чтобы автомобиль мог завершить операцию обхода препятствий, является заключается в том, что расстояние между препятствиями в тестовой среде превышает 1 м., поэтому автомобиль может работать нормально.
Глава 6. Установка и отладка системы
6.1 Этапы установки
1. Проверьте качество комплектующих.
После покупки компонентов согласно принципиальной схеме сначала проверьте качество приобретенных компонентов.Протестируйте каждый компонент отдельно в соответствии с методом обнаружения.Обязательно будьте осторожны. Причем необходимо тщательно проверить соответствие принципиальной схемы, и только после завершения проверки можно устанавливать детали и сварные детали, чтобы не допустить неудобств коррекции после возникновения неправильных сварных деталей.
2. Установите и сварите каждый компонент.
Размещайте каждый компонент в соответствии с положением на принципиальной схеме. В процессе размещения сначала следует размещать и приваривать нижние компоненты, а затем приваривать более высокие и более требовательные компоненты. В частности, компоненты, которые легко повреждаются, необходимо паять позже.При пайке интегрированных чипов время непрерывной пайки не должно превышать 10 секунд.Обратите внимание на направление установки чипа.
6.2 Отладка схемы
Сначала запишите апплет управления двигателем, управляйте двигателем, чтобы он вращался вперед и назад и нормально останавливался. Это показывает, что двигатель и схема привода исправны. Затем добавьте подпрограмму обхода препятствий.При нормальной работе автомобиля отрегулируйте чувствительность ультразвукового модуля для достижения желаемого эффекта. При отладке программы я обнаружил, что некоторые инструкции использовались неправильно, в результате чего функция схемы не реализовывалась в полной мере.Кроме того, задержки в программе были либо слишком большими, либо слишком короткими. Подобных явлений много, поэтому я не буду перечислять их по отдельности.
Глава 7. Опыт и итоги
Эта интеллектуальная автомобильная схема использует аппаратные ультразвуковые датчики и инфракрасные датчики предотвращения препятствий, чтобы избежать препятствий. За счет использования 6 сухих батарей для питания были улучшены помехозащищенные характеристики системы. Что касается программного обеспечения, системные ресурсы STC89C52 используются полностью, поэтому умный автомобиль может прекрасно реализовать функции обнаружения препятствий, обхода препятствий и выхода из лабиринта.
Эта конструкция имеет простую структуру, легкую отладку, быструю и гибкую реакцию системы, а аппаратная схема состоит из съемных модулей и имеет много возможностей для расширения. После экспериментальных испытаний конструкция умного автомобиля правильна и осуществима, а все показатели стабильны и надежны.
Хотя система «умный автомобиль» имеет множество преимуществ, в ее конструкции имеются и некоторые недостатки. Например, на ультразвуковой модуль сильно влияет температура.Из-за нехватки времени меры температурной компенсации не были добавлены, поэтому необходимо обращать внимание на воздействие на окружающую среду во время использования. Кроме того, автомобиль имеет единый метод обхода препятствий.Если на рулевом механизме установлен ультразвуковой модуль с возможностью поворота на 180 градусов влево и вправо, то направление обхода препятствия можно свободно выбирать, сравнивая размер пространства на обе стороны автомобиля, тем самым достигается более интеллектуальный метод обхода препятствий.
Благодаря этой работе я многому научился, будь то программное обеспечение или аппаратное обеспечение, мне нужно его освоить, а также сотрудничество и координацию, практические навыки и меры предосторожности при отладке, все из которых предъявляют большие требования, и Я получил много пользы.