智能電動車及驅動系統(tǒng)電路設計攻略

　　基本要求

　?、?電動車從起跑線出發(fā)（車體不得超過起跑線）、沿寬度為2cm的黑色引導線到達B點。在“直道區(qū)”鋪設的白紙下沿引導線埋有1~3塊寬度為15cm、長度不等的薄鐵片。電動車檢測到薄鐵片時，立即發(fā)出聲光指示信息，并實時存儲、顯示在“直道區(qū)”檢測到的薄鐵片數(shù)目。

　?、?電動車到達B點后進入“彎道區(qū)”，沿圓弧引導線到達C點（也可脫離圓弧引導線到達C點）。C點下埋有邊長為15cm的正方形薄鐵片，要求電動車到達C點檢測到薄鐵片后在C處停車5秒，停車期間發(fā)出斷續(xù)的聲光信息。

　?、?電動車在光源的引導下，通過障礙區(qū)進入停車區(qū)并到達車庫。電動車必須在兩個障礙物之間通過且不得與其接觸。

　?、?電動車完成上述任務后立即停車，全程不得超過90秒，行駛時間達到90秒時立即自動停車。

　　圖2 系統(tǒng)總體框圖

　　線路跟蹤電路

　　方案一：采用CCD單色攝像頭，配計算機主板及圖像采集卡。對白背景下，黑線的識別，目前做的比較成熟，效果相當好。但成本高，很難找到合適的載體。

　　方案二：采用顏色傳感器。目前顏色傳感器的應用，越來越廣泛，效果也可以。但幾百元的價格及相對復雜的處理電路，并且還需要光源，所以也不是一個很好的選擇。

　　方案三：采用一左一右兩個紅外發(fā)射接收對管。該傳感器不但價格便宜，容易購買，而且處理電路（如圖3所示），簡單易行，實際使用效果很好，能很順利地引導小車到達C點。

　　在該電路中，加比較器LM311(＄0.0878)的目的，是使模擬量轉化為開關量，便于處理。為使發(fā)射有一定的功率，發(fā)射回路要求不小于20mA的電流。

　　根據(jù) ，故可選擇R1=150Ω。

　　啟動時，小車跨騎在黑線上。兩個紅外發(fā)射接收對管，分別安裝在黑線的兩側的白色區(qū)域，輸出為低電壓，當走偏，位于黑線上時，輸出為高電壓。因黑線較窄（2cm），為及時調整車的方向，選擇比較器的閥值為2.5v，即黑白相間的位置，即開始調整。實驗表明，效果較理想

　　圖3 紅外發(fā)射接收對管處理電路

　　避障電路

　　方案一：采用激光傳感器測距。能非常準確地測出小車與障礙物的距離，但價格也高，處理復雜，不符合我們的要求。

　　方案二：采用超聲傳感器。進口的超聲傳感器，換能器薄，并且?guī)幚黼娐?，輸出與距離成比例的模擬信號，通過AD轉換，可獲得距離信息，價格貴。也有一些較簡單的超聲傳感器及處理電路，能輸出開關量信息，價格也不貴，是一個好的選擇，但由于沒買到現(xiàn)成的處理電路，平常又沒有做過這種電路，時間緊，故未采用。

　　方案三：采用左右兩個紅外傳感器。紅外傳感器，是目前使用比較普遍的一種避障傳感器，其處理電路如圖4所示，通過調節(jié)R23、R24兩個電位器，可調節(jié)兩個紅外傳感器的檢測距離為10—80cm，開關量輸出（TTL電平），簡單、可靠。我們采用這種電路，能可靠地檢測左前方、右前方、前方的障礙情況，為成功避障提供了保證。

　　圖4 紅外發(fā)射及接收處理電路

　　光源檢測電路

　　為了檢測光線的強弱，我們在小車左前方、右前方加了2只光敏傳感器，即光敏電阻。電路如圖5所示。光敏傳感器根據(jù)照射在它上面的光線的強弱，阻值發(fā)生變化，輸出電壓隨之變化，通過ADC0809(＄2.1140)后，得到與光強相對應的數(shù)字量，從而引導小車，向光源靠近。不同型號的光敏電阻，暗電阻及亮電阻差別較大，需根據(jù)不同參數(shù)的光敏電阻，選用不同大小的分壓電阻。

　　圖5 光源檢測電路

　　金屬檢測電路

　　采用了一只渦流型鐵金屬探測傳感器，型號：LJ18A3-8-Z/BX?？煽刻綔y距離，小于8cm。

　　電機驅動電路

　　電動小車的本身自帶的換向及驅動電路，相當粗糙，電機的特性也很不好，不能調速。電壓低了，速度慢，驅動力矩小，走不動；電壓高時（剛換上電池時），速度又很快，難以調整。在這上面，花費了不少的時間，效果很不好。最后，決定對小車的電機及驅動電路，進行了更換。后輪采用了一對減速直流電機，其驅動電路如圖6所示。采用PWM控制，可較方便的對電機進行調速。

　　圖6 電機驅動電路

　　簡易智能電動車由一個電動玩具車改造而成。系統(tǒng)的控制部分以單片機為核心，通過對前向通道各種傳感器信號的采集、處理，較好地實現(xiàn)了后向通道驅動及轉向電機的運動控制和相關信息的處理、顯示和聲光報警。