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基于52單片機(jī)的智能小車的設(shè)計(jì)與制作

作者: 時(shí)間:2016-09-20 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  引言:

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201609/297206.htm

  隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)的飛速發(fā)展,消費(fèi)產(chǎn)品呈現(xiàn)光、機(jī)、電一體化、智能化、小型化的趨勢。各種智能化小車在市場玩具中占一個(gè)很大的比例。傳統(tǒng)玩具的市場比重正在逐步縮水,高科技含量的電子玩具蒸蒸日上,日益成為電子玩具行業(yè)的發(fā)展主流。智能控制與傳統(tǒng)控制有機(jī)的結(jié)合起來,取長補(bǔ)短,提高整體優(yōu)勢,更好地滿足人們的需求。智能技術(shù)必將迎來它的發(fā)展新時(shí)代,因此,我們設(shè)計(jì)了這款。

  1、機(jī)械部分總方案

  在小車的機(jī)械要求保證預(yù)定的功能的前提下,我們還考慮到小車的經(jīng)濟(jì)、可靠、外形美觀,性能好、富有時(shí)代特點(diǎn)。

  轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。為了保證小車轉(zhuǎn)向時(shí)精確、靈敏、可靠性高且在轉(zhuǎn)向時(shí)小車前輪純滾動而無滑動,利用阿克曼原理及解析算法,設(shè)計(jì)出等腰梯形的雙搖桿機(jī)構(gòu),小車的完美轉(zhuǎn)向變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

  1.1、機(jī)械控制原理

  在以單片機(jī)為核心的控制下,直流減速雙電機(jī)驅(qū)動小車后輪,舵機(jī)通過等腰梯形雙搖桿機(jī)構(gòu)控制小車轉(zhuǎn)向。

  如圖一所示:

  

 

  圖一:機(jī)械控制原理圖

  1.2、阿克曼原理:

  如圖二所示:

  

 

  圖二:阿克曼原理示意圖

  轉(zhuǎn)彎時(shí)因輪距與軸距的關(guān)系,兩前輪轉(zhuǎn)角不同,內(nèi)側(cè)輪轉(zhuǎn)向角比外側(cè)轉(zhuǎn)向角大,要使車輛轉(zhuǎn)向順利,車輪在地面純滾動而不產(chǎn)生滑移,必須使所有車輪都繞同一瞬時(shí)轉(zhuǎn)動中心滾動,兩前輪轉(zhuǎn)軸延長線與后輪輪軸延長線交與一點(diǎn),這是阿克曼原理。此時(shí),轉(zhuǎn)向的內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系為 :

  ctgβ-ctgα=M/L

  由解析法計(jì)算等腰梯形雙搖桿機(jī)構(gòu)連桿、連架桿長度:

  已知連架桿AB的三個(gè)位置與連架桿CD的三個(gè)位置相對應(yīng),即三組對應(yīng)位置為

,用解析法設(shè)計(jì)該四桿機(jī)構(gòu)。

 

  建立直角坐標(biāo)系,如圖所示,和分別為AB和CD的初始角,各桿長度分別用矢量和表示。將各矢量分別在軸和軸投影,得到投影方程

  

 

  

 

  在上述方程中消去并整理,可得與之間的函數(shù)關(guān)系

  

 

  在上式中令:

  

 

  通過化簡可得到:

  

 

  將兩連架桿對應(yīng)的參數(shù)分別代入到方程得到,再根據(jù)其他條件選定機(jī)架長度,據(jù)此,可求出其余桿的長度

  

 

  有了小車的驅(qū)動結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu),將小車其他零件裝配好,可得到小車的裝配圖,如圖三:

  

 

  圖三:小車整體裝配圖

  2、電路部分總體方案

  采用單片機(jī)作為控制器,通過控制電路控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向和直流減速電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動方向,使小車能夠走直線和轉(zhuǎn)彎。運(yùn)用集成的紅外對管GP2A25來巡線,安裝在車子前方,并排安裝三個(gè),采集路面信號反饋給單片機(jī),再由單片機(jī)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動和方向的調(diào)整,從而達(dá)到巡線的效果。整個(gè)小車還采用金屬傳感器來識別小車巡線上的金屬。

  整個(gè)小車的結(jié)構(gòu)圖如圖四所示:

  

 

  圖四:電路部分總方案圖

  下面分別討論以上五個(gè)模塊。

  2.1、單片機(jī)最小系統(tǒng)

  單片機(jī)要能夠工作,必須加上晶振和復(fù)位電路,如果用到P0口的話還得給其加上上拉電阻,保證通電后P0為高電平。另外還得有給單片機(jī)燒寫程序的下載器,這個(gè)老師已給。單片機(jī)是此電路的核心部分。設(shè)計(jì)采用的單片機(jī),其工作電壓為5V(20引腳接5V,40引腳接地)。單片機(jī)根據(jù)程序輸出邏輯電壓從而完成控制作用。本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)的P0.5到P0.7引腳來作為紅外巡線的反饋控制引腳。P0.4為金屬傳感器的控制端口,只可惜時(shí)間上不允許我們把金屬探測的功能做出來。P2.0到P2.3,為直流減速電機(jī)的控制線接口,能控制左右電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn);P2.4和P2.5為電機(jī)的使能端接口,分別控制左右電機(jī)的轉(zhuǎn)速。P2.6為舵機(jī)的控制線接口,通過控制占空比來控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)角大小。電路圖如圖五:

  

 

  圖五:單片機(jī)最小系統(tǒng)

  2.2、電源模塊

  首先單片機(jī)用到的是5V的數(shù)字電,而電機(jī)驅(qū)動要用到L298的芯片,這種芯片用到12V的模擬電壓,驅(qū)動舵機(jī)用到的又是5V的模擬電壓。這就用到了三種電壓。我手上有一塊12V的電池,能夠供給L298作為電機(jī)驅(qū)動的電源。然后我選擇L7805來得到5V的模擬電壓。最后供給單片機(jī)的也是此電壓,然后把數(shù)字地和模擬地共地,從而得到了整個(gè)的總體供電系統(tǒng)。但是由于數(shù)字電和模擬電共在一起,干擾很大,系統(tǒng)的效果并不是很好。電路圖如圖六:

  

 

  圖六:電源模塊電路圖


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