基于GPRS无线发射模块的单片机智能小车.docxVIP

概述自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域，其涉及到多个学科，机械、电工、自动控制、计算机测量、人工智能、传感技术等等，是众多领域的高科技。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想。而智能小车比赛就是机器人技术的一个重要研究方向。智能小车作为机器人的典型代表，可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU。在本次课程设计中，我所制作的智能小车要实现自动避障功能，还拥有扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。基于上述要求，传感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像，只要求粗略感知即可，所以可以舍弃昂贵CCD传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。智能小车的执行部分，是由直流电机来充当的，主要控制小车的行进。CPU使用STC89C51单片机，配合软件编程实现。而本次课程设计所制作的小车，其与众不同的地方在于全部使用上位机通过无线模块对其进行控制，小车本身不具备任何输入设备。小车可以工作在三种模式下，超声波测距模式，红外循迹模式以及无线控制模式。在无线控制模块下可以远距离对其进行前后左右停的操作。除此之外，还可以实现手机对小车的状态控制。系统原理该智能小车模型是一辆由PCB和车体拼装的小车。所有的机械结构和零部件都安装固定在电路板上，除几个特殊模块是由自己手动焊之外，其余是买回的封装好的模块。其稳定性更高。2.1 底盘的选择底盘的作用在于固定电机，并安置其他模块。根据个人喜好，可以选择4轮的和2轮+万向轮式的。我选择的是4轮驱动小车。2.2 电机的选择图2.1直流减速电机右图为小车使用的直流减速电机，减速比为1：48，额定电压为3－9V.当我们在直流电机的两极施加一定的电压后，电机开始匀速转动，如果这时候将电极对调，原来的正极变负极、负极变正极，那么电机就会反向转动。小车转弯则是通过左右两侧电机速度不同来控制的。图2.2 直流减速电机参数下图是典型的“H”桥电路，采用下面这种电路，即可实现上面所说的电极翻转，从而达到电机的正反转。图2.3“H”桥电路常态下，4个桥臂的开关保持开路状态，这时候电机两端悬空，没有电压。当1、4开关闭合，2、3开关打开，电流从1号开关流经电机，再从4号开关流出，这时候电机正转。当2、3开关闭合，1、4开关打开，电流从2号开关流经电机，再从3号开关流出，这时候电机反转。通过上面的分析，我们只需要通过控制1、2、3、4 号开关的打开与关闭，即可以实现对电机转向的控制。如果在改变开关的导通时间,即控制pwm占空比，就可以实现对电机转速的调节。下面我们将要介绍电机驱动模块。2.3电机驱动模块图2.4 电机驱动模块L298N电路图L298N是专用驱动集成电路，属于H桥集成电路，与L293D的差别是其输出电流增大，功率增强。其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，(二相、三相、四相)步进电机，伺服电机，电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时，可以直接控制两路电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。本模块具有体积小，控制方便的特点。具体使用方法：板上的EN1与EN2为高电平时有效，只有当EN1与EN2为高电平时，电机才旋转，则电机不转，这里的电平指的是TTL电平。EN1为IN1和IN2的使能端，EN2为IN3和IN4的使能端。当EN1=1，IN1=1 INT2=0时电机1正转，EN1=1，IN1=0 IN2=1电机1反转。同理，当EN2=1，IN3=1 IN4=0电机2正转，EN2=1，IN3=0 IN4=1电机2反转。A-、B-接电机1，C-、D-接电机2。图2.5 L298N实物图下面，我们将要研究L289N的供电问题，L298N的输出电压跟供电电压是有关系的：经过实验我们发现，输入多少V，输出就差不多是多少V（略有损耗）。由原理图我们知道，L298N供电方式有两种。方式一，由于L298N的逻辑控制电压是5V的，所以可以为它提供5V电源。方式二，用12V铅蓄电池为其供电，A通道和B通道输出的是驱动电机的12V电压，同时选择板载5V使能，这时+5V供电端可以输出5V电压（此时不能再给+5V供电端加电压了，否则会烧掉78M05），向外供电，以方便外部的控制电路使用。图2.6L298N工作方式2.4 红外循迹模块此模块是为智能小车，机器人等自动化机械装置提供一种多用途的红外线探测系统的解决方案。该传感器模块对环境光线适应能力强，其具有一对红外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外线