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智能小车开发指导 本章目标 背景知识 基本知识 基本结构 模块设计 程序设计 扩展发挥 * 背景知识 背景知识 智能小车是陆地自主行驶车辆(Autonomous Ground Vehicle)的一种。 AGV在社会生活的各个领域都有着非常广阔的应用前景。在西方发达国家，移动式自主服务机器人已广泛应用于医疗福利服务、商场超市服务、家庭服务等领域。 AGV在军事领域有着重要的应用价值。 (1)侦察、监视和目标有哪些信誉好的足球投注网站； (2)城市地形的军事行动； (3)爆炸物处理； (4)安全巡逻； (5)反雷战。 * 基本知识 常见的两种类型： 后轮直流电机驱动+前轮舵机转向 双步进电机+双万向轮 基本功能： 转向、驱动、定位、探测 优缺点： 直流电机：控制简单，速度快，无法控制转角,需外部传感器配合使用。 步进电机：控制麻烦，角度、转速可控，速度慢。 * 基本结构 探测/循迹模块 红外、激光、摄像头等技术 电机驱动模块 直流电机、步进电机 舵机转向模块 智能控制模块 微控制器(51系列、AVR系列、飞思卡尔) 电源模块 以第一种结构为例进行分析 * 智能小车结构示意 舵机转向模块 电机驱动模块 循迹/探测模块 智能控制模块 * 探测/循迹模块 探测/循迹模块 红外光电管工作原理：红外一体式发射接收器检测黑线的原理为，由于黑色吸光，当红外发射管发出的光照射在上面后反射的部分就较小，接收管接收到的红外线也就较少，表现为电阻比较大，通过外接的电路就可以读出检测的状态，同理当照射在白色表面时发射的红外线就比较多，表现为接收管的电阻就比较小。 * 探测/循迹模块 检测电路设计 可以使用带AD转换单片机代替运放 * 检测电路解析 LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择 LM339 输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当 “+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出管接高电平。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于 10mV 就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把 LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。 * 探测/循迹模块 红外探测缺点： 检测距离较短。 光电管一直处在工作状态，功耗较大，使电池的续航时间降低。 改进措施 使用大功率分离式红外光电管或激光管等其他检测器件。 将红外光进行调制发射，增大探测距离。 各管轮流扫描工作，减小功耗。 * 电机驱动模块 由于单片机的驱动能力不足，无法驱动像电机这样的大功率外部器件，因此必须外加驱动电路。电机常用的驱动芯片很多，在本设计中我们选用硬件设计简单，驱动效率较高的 L298N 作为电机驱动芯片，在介绍 L298N 之前有必要介绍一下 H 桥电路 * 电机驱动模块 H桥式电机驱动电路：包括 4 个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。 图一 图二 * H桥电路分析 要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图 一 所示，当 Q1 管和 Q4 管导通时，电流就从电源正极经 Q1 从左至右穿过电机，然后再经 Q4 回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管 Q1 和Q4 导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动。 图 二 所示为另一对三极管 Q2 和Q3 导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管 Q2 和Q3 导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动。 由于可以方便控制电机正反转，因此应用广泛。 * 电机驱动电路 驱动电机时，保证 H 桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管 Q1和 Q2 同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能限制），甚至烧坏三极管。基于上述原因，在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。 下图就是基于这种考虑的改进电路，它在基本 H 桥电路的基础上增加了 4 个与门和 2个非门。4 个与门同一个“使能”导通信号相接，这样，用这一个信号就能控制整个电路的开关。而 2个非门通过提供一种方向输人，可以保证任何时候在 H 桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。 * 改进电路 电机驱动模块 常用 H 桥集成电路芯片 L298 * 采用以上方法，电机的运转就只需要用三