日韩床上生活一级视频|能看毛片的操逼网站|色悠悠网站在线观看视频|国产免费观看A淫色免费|国产av久久久久久久|免费A级视频美女网站黄|国产毛片av日韩小黄片|热久久免费国产视频|中文字幕无码色色|成人在线视频99久久久

機(jī)電之家資源網(wǎng)
單片機(jī)首頁|單片機(jī)基礎(chǔ)|單片機(jī)應(yīng)用|單片機(jī)開發(fā)|單片機(jī)文案|軟件資料下載|音響制作|電路圖下載 |嵌入式開發(fā)
培訓(xùn)信息
贊助商
生活小區(qū)無人駕駛班車自動運(yùn)行系統(tǒng)
生活小區(qū)無人駕駛班車自動運(yùn)行系統(tǒng)
 更新時(shí)間:2008-7-26 20:02:48  點(diǎn)擊數(shù):2
【字體: 字體顏色

《生活小區(qū)無人駕駛班車自動運(yùn)行系統(tǒng)》

項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告

 

 

 

 

 

 

 

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 :徐銘澤

項(xiàng) 目 類 別: (D)        

項(xiàng) 目 金 額: 1000元    

 

 

 

 

 

哈爾濱工程大學(xué)水聲工程學(xué)院02-514班

2005年06月29日

 


  

本次設(shè)計(jì)的生活小區(qū)無人駕駛班車自動運(yùn)行系統(tǒng),采用兩片AT89C51作為班車的檢測和控制核心;采用光電開關(guān)陣列尋線使班車沿預(yù)定路線行駛;采用二維超聲雷達(dá)及紅外探測器進(jìn)行障礙物的識別與蔽障;在路口處設(shè)置控制臺以控制不同路線班車的行駛狀態(tài);采用金屬傳感器檢測金屬片實(shí)現(xiàn)到站停車;采用語音模塊進(jìn)行報(bào)站、提示、警告等語音提示,另外班車采用直流減速電機(jī)驅(qū)動、微型伺服電機(jī)轉(zhuǎn)向。該套演示系統(tǒng)高度的智能化、人性化,并且具備良好的安全性、環(huán)保性,可以為無人駕駛班車的后續(xù)研究提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

 

關(guān)鍵詞: AT89C51    光電開關(guān)陣列   二維超聲雷達(dá)   紅外探測器  語音模塊

                    控制臺


   言:

隨著社會的發(fā)展,人們變得越來越繁忙,道路變得越來越擁擠,F(xiàn)有的交通系統(tǒng)已不能滿足我們?nèi)粘I畹男枨。再加上駕車司機(jī)違章駕駛的現(xiàn)象愈來愈嚴(yán)重,由此引發(fā)的交通事故屢見不鮮,這給我們的精神和物質(zhì)都造成了巨大的損失,也使得無人駕駛車有了自身存在的價(jià)值和意義?紤]到這些實(shí)際因素,再結(jié)合我們自身的知識水平,我們研制了這套生活小區(qū)無人駕駛班車自動運(yùn)行系統(tǒng)。

本系統(tǒng)雖然只是一個(gè)演示模型,但有充分的科學(xué)性、實(shí)用性和先進(jìn)性。首先我們根據(jù)交通路面的復(fù)雜情況,按照適當(dāng)?shù)谋壤谱髁艘粋(gè)路況模型,包括彎道、直道、十字路口、紅綠燈以及在路口設(shè)置的控制臺等。這是一個(gè)多輛無人駕駛電力班車自動行駛的演示系統(tǒng),所以每輛車有自己與眾不同的編碼。在彎、直道上,班車沿著預(yù)定軌道自由行駛。而每到一個(gè)十字路口,班車會給控制臺發(fā)送自己的編碼,控制臺收到該編碼后先進(jìn)行識別,然后再給班車回一個(gè)信息,該信息用來指導(dǎo)該班車朝哪個(gè)方向行駛,這樣無論是多么復(fù)雜的路形班車都能按照預(yù)定的軌道正確行駛。

另外安全性和人性化也是本系統(tǒng)的一大特色。我們在車身上裝了多種避障設(shè)施和語音模塊。利用超聲波精確測距的原理,讓小車遠(yuǎn)距離即可識別障礙物,然后適當(dāng)?shù)臏p速行駛。當(dāng)近距離識別到障礙物時(shí),停止行駛。小車的車身兩側(cè)和車后還裝了紅外傳感器,當(dāng)側(cè)面或后面有物體向小車靠近時(shí),小車也可以識別,再做出適當(dāng)?shù)谋苷蟿幼鳌C康揭粋(gè)站點(diǎn)或轉(zhuǎn)彎處,會給乘客一些溫馨的語音提示。

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,成本低。采用電能驅(qū)動,不會造成空氣污染。另外噪聲也很低,不會妨礙人們正常的生活和學(xué)習(xí)。

 

 

 

 

 

 

一 、研究的目的、意義

 

近年來,生活小區(qū)的發(fā)展十分迅速,面積急劇增大。由此也帶來一系列問題。老師、學(xué)生經(jīng)常奔波于各個(gè)教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)室之間,進(jìn)出生活小區(qū)也十分不便。考慮到生活小區(qū)內(nèi)路面情況簡單,行人多、機(jī)動車少,采用無人駕駛的電力通勤車最為適合。為此我們設(shè)計(jì)了這套生活小區(qū)無人駕駛班車自動運(yùn)行系統(tǒng),以期能夠?yàn)楹罄m(xù)研究提供參考。

本系統(tǒng)路線模擬生活小區(qū)道路,采用以單片機(jī)為核心,增添其他外圍設(shè)備,如二維超聲雷達(dá)、紅外探測器、無線收發(fā)模塊、語音提示等,另外班車采用電力驅(qū)動,使其符合科學(xué)性、安全性、環(huán)保性、智能化、人性化、低成本等要求。

二 、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)概況

(一)總體設(shè)計(jì)概況:

由于整個(gè)系統(tǒng)較為復(fù)雜,故采用模塊化設(shè)計(jì),每個(gè)模塊完成一項(xiàng)功能,便于系統(tǒng)調(diào)試與擴(kuò)展。系統(tǒng)框圖如下:

 

 

 

控制臺

紅外通信模塊

 

控制模塊

 

交通燈

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                 無人駕駛班車

MCU

超聲波發(fā)射電路

超聲波接收與整形電路

方向控制舵機(jī)驅(qū)動器

 主軸電機(jī)驅(qū)動器

路程傳感器

紅外通信模塊

LED顯示模塊(時(shí)間、里程)

語音報(bào)站模塊

到站識別模塊

紅外避障模塊

尋線模塊

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


(二)主要功能模塊的設(shè)計(jì)方案論證:

1、實(shí)現(xiàn)走預(yù)定路線

方案一:在車上安置攝像頭,路面圖像輸入處理器,進(jìn)行圖象處理,為處理器理解后來控制電機(jī),從而帶動車輪走預(yù)定路線;但圖像處理技術(shù)復(fù)雜,難度大,需要性能極高的硬件平臺,價(jià)格也十分昂貴,故不采用此方案。

方案二:衛(wèi)星GPS定位導(dǎo)航;GPS導(dǎo)航技術(shù)成熟,且有現(xiàn)成模塊可供使用,但價(jià)格不菲,定位精度為亞米級的導(dǎo)航模塊價(jià)格數(shù)萬元,對于演示班車這種維度尺寸相對較小的系統(tǒng)而言,GPS導(dǎo)航精度不夠且價(jià)格過于昂貴,故提出方案三。

方案三:可在道路上鋪上黑(白)色線條,應(yīng)用紅外線遇到黑色不反射的原理建立能識別黑白色的紅外傳感器陣列,可有效的使班車沿預(yù)定路線行駛;此方法抗干擾能力較差,但考慮到演示系統(tǒng)主要是在實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行,從可行性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性出發(fā),采用此方式。

2、十字路口處按預(yù)定方向行駛

在路中央設(shè)一控制臺,其中存儲著各路班車在此路口的轉(zhuǎn)向信息,配合交通燈,通過紅外線與班車通信,控制班車識別交通燈及轉(zhuǎn)向。

3、實(shí)現(xiàn)到站動作

方案一:每站的路下埋放磁鐵,位于車底的鐵塊有所感應(yīng)就是到站;此種方法穩(wěn)定性好、成本低,但因要埋在地下,須破壞道路。

方案二:在每站的路邊設(shè)置反光標(biāo)志,車的旁側(cè)安置紅外收發(fā)裝置,探測到反光標(biāo)志就是到站;此方法抗干擾能力較差,若天氣情況不好或被物體阻擋,則會失效,故不采用此方案

由于方案一簡單、可靠,故選擇方案一

4、檢測并躲避障礙物

采用二維超聲雷達(dá)。由馬達(dá)帶動超聲波傳感器做360°旋轉(zhuǎn),用電位器反饋角度信息,用發(fā)射、接受聲波的時(shí)間差測量障礙物距離,再通過軟件編程處理采集到的障礙物信息,由此可精確定位障礙物,進(jìn)而控制小車做出靈活的避障動作。由于超聲波傳感器的有效距離為5厘米到10米,完全滿足生活小區(qū)使用要求。超聲波傳感器探測距離大、不易受干擾,但有較強(qiáng)的指向性,易產(chǎn)生盲區(qū),故加入反射式紅外傳感器檢測障礙物。采用紅外方式探測距離較近,不能用于遠(yuǎn)距避障,且抗干擾能力較差。但可以作為超聲波避障的補(bǔ)充,一旦超聲雷達(dá)無法探測到障礙物,可以依靠紅外避障裝置使小車作出緊急動作以避免事故的發(fā)生。此種方案雖然增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性,但可大大增加系統(tǒng)的安全性和可靠性。另外,班車的避障動作可以通過算法優(yōu)化,使其達(dá)到較高程度的智能避障。

5、實(shí)現(xiàn)自動語音報(bào)站

班車每到一站,單片機(jī)發(fā)送指定代碼給語音芯片,由語音芯片驅(qū)動揚(yáng)聲器,告訴乘客到了哪一站。溫馨的語音提示會讓乘客有個(gè)好心情,一天的工作都會變得輕松愉快。

6、控制臺設(shè)計(jì)

用一片AT89C51單片機(jī)作為控制核心,分別控制交通燈和紅外收發(fā)模塊,當(dāng)公交車駛近十字路口時(shí),控制臺根據(jù)收到的班車線路信息以及交通燈的狀態(tài)發(fā)出相應(yīng)的控制信號,使班車正確行駛。

右圖為控制臺的設(shè)置示意圖,在四個(gè)方向上設(shè)置
獨(dú)立的紅外編碼發(fā)射模塊,可以在不影響交通的同時(shí)
對四個(gè)方向的車輛進(jìn)行控制,功能強(qiáng)大。

三、  硬件系統(tǒng)的方案分析與論證

(一)主控系統(tǒng)分析與論證:

方案一:僅采用CPLD作為核心部件的方案

選用一片CPLD(如EPM7128LC84-15)作為系統(tǒng)的核心部件,實(shí)現(xiàn)控制與處理的功能。CPLD具有速度快、編程容易、資源豐富、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn),可利用VHDL語言進(jìn)行編寫開發(fā)。但CPLD在控制上較單片機(jī)有較大的劣勢。同時(shí),CPLD的處理速度非?,而班車的行進(jìn)速度不可能太高,那么對系統(tǒng)處理信息的要求也就不會太高,在這一點(diǎn)上,MCU就已經(jīng)可以勝任了。若采用該方案,必將在控制上遇到許許多多不必要增加的難題。為此,我們不采用該種方案,進(jìn)而提出了第二種設(shè)想。

方案二、僅采用單片機(jī)作為核心部件的方案

    我們采用單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心,用其控制行進(jìn)中的班車,以實(shí)現(xiàn)其既定的性能指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng),其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)班車的自動控制,而在這一點(diǎn)上,單片機(jī)就顯現(xiàn)出來它的優(yōu)勢——控制簡單、方便、快捷。這樣一來,單片機(jī)就可以充分發(fā)揮其資源豐富、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作功能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此,這種方案是一種較為理想的方案,但是在實(shí)際應(yīng)用中,由于該系統(tǒng)所需用到的傳感器數(shù)目較多,需要處理的敏感量較多,很有可能會引來單片機(jī)資源不足的問題。

針對本設(shè)計(jì)特點(diǎn)——多開關(guān)量輸入的復(fù)雜程序控制系統(tǒng),我們需要擅長處理多開關(guān)量的標(biāo)準(zhǔn)單片機(jī),而不能用精簡I/O口和程序存儲器的小體積單片機(jī),D/A、A/D功能也不必選用。根據(jù)這些分析我們選定了AT89C51單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的主控裝置,51單片機(jī)具有功能強(qiáng)大的位操作指令,I/O口均可按位尋址,對于本設(shè)計(jì)也綽綽有余,更可貴的是51單片機(jī)價(jià)格非常低廉。

在綜合考慮了傳感器、兩部電機(jī)的驅(qū)動、語音報(bào)站、顯示和與控制臺通訊等諸多因素后,如果只用一片單片機(jī),資源將非常緊張,因此決定采用兩片單片機(jī),一片單片機(jī)專門負(fù)責(zé)小車的驅(qū)動、轉(zhuǎn)向和尋線,另一片單片機(jī)負(fù)責(zé)其他功能,兩片單片機(jī)之間通過4—5根數(shù)據(jù)線相連。

(二)機(jī)械系統(tǒng)分析與論證:

本題目要求小車的機(jī)械系統(tǒng)穩(wěn)定、簡單,而四輪運(yùn)動系統(tǒng)具備以上特點(diǎn)。因此我們選用市售玩具汽車的運(yùn)動系統(tǒng)并進(jìn)行了改裝:

1、驅(qū)動部分:采用減速電機(jī)。

2、轉(zhuǎn)向部分由于市售玩具車前輪轉(zhuǎn)向是使用玩具電機(jī)摩擦離合來完成的,不能精細(xì)調(diào)整轉(zhuǎn)彎角度,故要對其進(jìn)行改造。首先將直流電機(jī)用伺服電機(jī)替代,其特點(diǎn)是可以精確控制轉(zhuǎn)向角度。原理如圖1

 

左前輪

右前輪

連桿

伺服電機(jī)

1:轉(zhuǎn)向機(jī)械原理

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


                        

3、車體將電池放置在后輪的正上方,以避免車體中部承受過多壓力,同時(shí)可增加驅(qū)動輪的抓地力,減小輪子空轉(zhuǎn)所引起的誤差。

(三)電機(jī)驅(qū)動模塊:

1、后輪電機(jī)驅(qū)動模塊

方案一:使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線性型驅(qū)動的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單,成本低,加速能力強(qiáng),但功率損耗大,特別是低速大轉(zhuǎn)距運(yùn)行時(shí),通過電阻R的電流大,發(fā)熱厲害,損耗大。

方案二:采用繼電器對電動機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制,通過開關(guān)的切換對小車的速度進(jìn)行調(diào)整.此方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡單,缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢,易損壞,壽命較短,可靠性不高。

方案三:通過PWM脈寬調(diào)制的方法,實(shí)現(xiàn)對小車速度的控制。這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大,能承受頻繁的負(fù)載沖擊,還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無極快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

因此決定采用PWM脈寬調(diào)制的方法控制直流電機(jī)。驅(qū)動芯片采用電機(jī)專用驅(qū)動芯片L298N,其瞬時(shí)電流最高可達(dá)2A,完全滿足設(shè)計(jì)要求且穩(wěn)定可靠。

2、轉(zhuǎn)向控制模塊

方案一:采用普通電機(jī)來控制班車的轉(zhuǎn)向。雖然此種電機(jī)的控制很簡單,但是不能實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)向,達(dá)不到本系統(tǒng)的要求。           

方案二:用步進(jìn)電機(jī)來控制班車的轉(zhuǎn)向。此方法的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)向算法易實(shí)現(xiàn)且能實(shí)現(xiàn)具體角度的轉(zhuǎn)向,可靠性較高。但步進(jìn)電機(jī)一般體積較大,且十分耗電,故我們提出方案三。

方案三:用微型伺服電機(jī)來控制班車的轉(zhuǎn)向。微型伺服電機(jī)可靠性、靈活性都較步進(jìn)電機(jī)有所提高,缺點(diǎn)是價(jià)格高,易損壞。

綜合以上方案的特點(diǎn)及班車的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài),采用了方案三。

(四)通信(控制臺與小車)模塊:

遙控通信方式有多種,如超聲波、紅外線、無線電等。因班車的避障系統(tǒng)要用到超聲波,所以選用紅外或者無線電。下表是兩種方式的特點(diǎn)對比:

                   表一 紅外線與無線電的比較

 

紅外遙控

無線電遙控

遙控距離

2米~10米

幾十米~十幾公里

遙控條件

指向性較強(qiáng),受障礙物阻的影響較大

指向性較差,受地形或障礙物阻擋的影響較小

干擾及抗干擾

對其它設(shè)備干擾小,本身抗干擾能力較強(qiáng)

對其它電子設(shè)備干擾大,本身抗干擾能力差

保密性

較強(qiáng)

較差

工作頻率

低,基帶信號傳送或低載頻調(diào)制傳送

高,射頻載波傳送,適于多種調(diào)制方式

無線電管理

利用紅外光傳送,無須申請頻點(diǎn)

利用電磁波傳送,必須利用業(yè)余頻段,占用一定的頻率資源,應(yīng)遵守?zé)o線電管理規(guī)定

制作難度

難度低,調(diào)整容易

難度高,特別是高頻電路制作與調(diào)試?yán)щy

成本

綜合考慮各種因素,采用紅外線的方式:

方案一:采用單用戶、單通道遙控方式,原理如圖2

信號處理電路

發(fā)射 裝置

接收 裝置

信號處理電路

2 單用戶、單通道方式


             

此種方式電路結(jié)構(gòu)簡單,是點(diǎn)對點(diǎn)控制。但有較大局限性,尤其是難以實(shí)現(xiàn)多功能遙控。由于本通信模塊有許多控制功能,單用戶、單通道方式難以實(shí)現(xiàn)。所以我們提出第二種方案:

方案二:采用多用戶、多通道遙控方式,原理如圖3:

 

發(fā)射 裝置

接收 裝置

單片機(jī)

班車路線

3 多用戶、多通道方式

 

 

 

 


其中編碼器選擇編碼專用芯片MC145026,解碼器選擇解碼專用芯片MC145027。系統(tǒng)工作原理如下:

解碼芯片振蕩器輸出經(jīng)4分頻電路送至并/串轉(zhuǎn)換電路作為時(shí)鐘,將輸入代碼移至三態(tài)編碼器,對輸入信號進(jìn)行編碼。編碼器的輸入為邏輯“0”時(shí),輸出為兩個(gè)窄脈沖;輸入為邏輯“1” 時(shí),輸出為兩個(gè)寬脈沖;當(dāng)輸入為開路時(shí),輸出為一個(gè)寬脈沖和一個(gè)窄脈沖。為了紅外接收機(jī)能可靠的接收信息,每個(gè)數(shù)據(jù)字至少應(yīng)發(fā)送兩次。紅外接收管將光信號到電信號后,送至解碼芯片。串行數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)提取電路判別后與序列發(fā)生器產(chǎn)生的本地地址碼進(jìn)行校驗(yàn),相符則將緊接著收到的碼加以比較,若相同則將數(shù)據(jù)碼轉(zhuǎn)移到鎖存器保留,直到新的數(shù)據(jù)代替它。

為了提高傳輸信號的抗干擾能力,還需將編碼信號調(diào)制在較高頻率的載波上發(fā)射。接收部分在收到信號送至解碼芯片解碼前必須解調(diào)。擬采用1838紅外集成接收頭(將38KHz信號直接解調(diào)并放大輸出)。

綜上:遙控系統(tǒng)總原理圖如圖4:

編碼器

班車路線

調(diào)

發(fā)射裝置

接收裝置

解調(diào)

解碼器

單片機(jī)

4 遙控系統(tǒng)總原理圖

 

 

 

 

 


(五)避障模塊:

該系統(tǒng)要求運(yùn)用多種傳感器,那么,傳感器的選取與應(yīng)用便成了系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)與否的關(guān)鍵之所在。根據(jù)具體要求,我們將所需的傳感器分為以下幾個(gè)類別:①紅外線傳感器;②超聲波傳感器

根據(jù)具體要求采用不同的傳感器來實(shí)現(xiàn)不同的功能,在應(yīng)用傳感器時(shí)應(yīng)盡量減少數(shù)量,以在實(shí)現(xiàn)班車各項(xiàng)功能基礎(chǔ)上,減少單片機(jī)的信息處理量。

1、障礙檢測傳感器的選擇:

方案一:反射式紅外發(fā)射、接收裝置。有物體反射時(shí)才有信號輸入,其信號強(qiáng)度與班車距障礙物的距離成反比。因此可利用信號強(qiáng)度作為避障依據(jù)。紅外探測器驅(qū)動方式的選。

主動式紅外探測器常用的驅(qū)動方式可分為直流直接驅(qū)動方式和交流調(diào)制方式,直流直接驅(qū)動方式裝置簡單但檢測距離近而且抗干擾能力比較差;交流調(diào)制方式可采用交流耦合方式以解決放大器的直流漂移問題從而大大提高檢測距離。由于環(huán)境光產(chǎn)生的干擾多數(shù)情況是信號的直流或低頻分量因此可用濾波器去除,所以交流調(diào)試方式抗干擾能力比較強(qiáng),但其缺點(diǎn)是系統(tǒng)相對復(fù)雜。

為使班車能夠在一般光照條件下有效避障,選用抗干擾能力較強(qiáng)的交流調(diào)制工作方式。

方案二:采用反射式超聲波換能器,有物體反射超聲波時(shí)才有信號輸入,測量發(fā)射、接收信號間的時(shí)間差T2-T1,利用L=0.5V(T2-T1)得到障礙物的距離,將該信息送給單片機(jī),單片機(jī)發(fā)出控制信號改變班車的行駛方向,使班車有效避障。該方法適合較遠(yuǎn)距離障礙物檢測。因此我們選用超聲波傳感器作為遠(yuǎn)距離障礙物檢測系統(tǒng)。

超聲波探測器的選型:

超聲波探測技術(shù)主要用于中程測距、結(jié)構(gòu)探傷等領(lǐng)域,超聲波換能器是其核心部件,換能器按其工作介質(zhì)可分為氣相、液相和固相換能器;按其發(fā)射波束寬度可分為寬波束和窄波束換能器;按其工作頻率又可分為38KHz、40KHz等不同等級。根據(jù)據(jù)體要求和實(shí)用性選用氣相、窄波束、38KHz的超聲波換能器。

超聲波探測器測距工作方式的選。

直接耦合信號

被測物反射信號

5 強(qiáng)度法示意圖


利用超聲波探測器測距常用的兩種方法——強(qiáng)度法和反射時(shí)間法,強(qiáng)度法是利用聲波在空氣中的傳輸損耗值來測量被測物的距離,被測物越遠(yuǎn)其反射信號越弱,根據(jù)反射信號的強(qiáng)弱就可以知道被測物的遠(yuǎn)近,但在使用這種方法時(shí)由于換能器之間的直接耦合信號很難消除,在放大器增益較高時(shí)這一直接耦合信號就可使放大器飽和從而使整套系統(tǒng)失效。其原理如圖5所示,由于直接耦合信號的影響,強(qiáng)度法測距只適合較短距離且精度要求不高的場合。

S=V*T/2

反射時(shí)間法是利用檢測聲波發(fā)出到接收到被測物反射回波的時(shí)間差來測量距離,其原理如圖6示,對于距離較短和要求不高的場合我們可認(rèn)為空氣中的聲速為常數(shù),通過測量回波時(shí)間T,利用公式[其中,S為被測距離、V為空氣中聲速、T )為回波時(shí)間],可以計(jì)算出路程。這種方法不受聲波強(qiáng)度的影響,直接耦合信號的影響也可以通過設(shè)置"時(shí)間門"來加以克服,因此這種方法非常適合較遠(yuǎn)距離的測距,如果對聲速進(jìn)行溫度修訂,其精度還可進(jìn)一步提高

6反射時(shí)間法示意圖

T1

T2


由此可見,利用超聲波傳感器可對障礙物的距離進(jìn)行精確測量,但由于超聲波具有較強(qiáng)的指向性,使其應(yīng)用受到極大的限制。由此,我們對此做出了改進(jìn),由馬達(dá)帶動超聲波傳感器做360°旋轉(zhuǎn),用電位器反饋角度信息,用發(fā)射、接受聲波的時(shí)間差測量障礙物距離,再通過軟件編程處理采集到的障礙物信息,由此可精確定位障礙物,進(jìn)而控制小車做出靈活的避障動作。此二維超聲雷達(dá)的轉(zhuǎn)速需要仔細(xì)調(diào)整,過快會導(dǎo)致測量、定位不準(zhǔn)確,過慢則會產(chǎn)生較大的盲區(qū)且形成的二維平面圖會因小車的行進(jìn)產(chǎn)生較大的失真。

                                                    

 

 

 

 

                      

 

 

7 傳感器總布局圖

(六)里程檢測模塊:

方案一:由發(fā)光二極管和光敏二極管組成發(fā)射接收裝置,將一帶四個(gè)孔的遮光塑料板貼于車輪,將此裝置固定車輪一側(cè),車輪每轉(zhuǎn)動一圈,發(fā)射接收正對四次,通過對接受脈沖計(jì)數(shù)從而得到車的里程。

方案二:采用霍爾集成片,將磁鐵安裝于車輪上,霍爾集成片安裝在固定位置,當(dāng)磁鐵與霍爾集成片正對時(shí),由于霍爾效應(yīng),對產(chǎn)生脈沖計(jì)數(shù)從而得到車輪轉(zhuǎn)數(shù)。但霍爾集成片相對車輪較大,安裝困難。

根據(jù)實(shí)用性與模擬車體實(shí)際大小,選用方案一。

(七)軌跡檢測模塊

方案一:可見光發(fā)光二極管與光敏二極管組成發(fā)射接收裝置,光線照射路面反射,由于黑白反射強(qiáng)度不同,利用接收光強(qiáng)不同檢測黑線。缺點(diǎn):受外界光源干擾大。

方案二:采用未調(diào)制反射式紅外發(fā)射—接收裝置,相對于方案一能夠減小環(huán)境光源干擾,但用直流供電,工作電流小,仍易受外界光源干擾。

方案三:采用脈沖調(diào)制反射式紅外發(fā)射—接收裝置,利用黑白對紅外線反射不同,接收信號強(qiáng)弱不同檢測黑線,其優(yōu)點(diǎn)在于調(diào)制后的信號有交流分量,瞬時(shí)電流可達(dá)到很大,信噪比提高,受外界光干擾較小。

用于軌跡探測裝于車底盤,距離地面近,特殊的位置使其不容易接收到外界光干擾,綜上,我們選用方案三。

(八)到站識別模塊

方案一、在白線旁放一金屬片,小車經(jīng)過金屬片時(shí)通過磁路的變化檢測到金屬片,于是停車報(bào)站。金屬探測裝置可采用集成芯片TDA0161。

方案二、在白線旁放一白色紙片,利用反射式紅外傳感器進(jìn)行檢測。

方案二的可靠性不如方案一,所以選用方案一。

(九)語音報(bào)站模塊

采用凌陽61板的語音功能實(shí)現(xiàn)停車報(bào)站及與乘客的簡單“互動”(例如:乘客說“開車”,班車啟動)。

凌陽的SPCE061A16位單片機(jī),具有DSP功能,有很強(qiáng)的信息處理能力,最高時(shí)鐘可達(dá)到49M,具備運(yùn)算速度高的優(yōu)勢等等,這為語音的播放、錄放、合成及辨識提供了條件。

音頻部分的原理如下所示,凌陽音頻壓縮算法根據(jù)不同的壓縮比分為以下幾種:

SACM-A2000:壓縮比為8:1,8:1.25,8:1.5

SACM-S480 壓縮比為80:380:4.5

SACM-S240 壓縮比為80:1.5

按音質(zhì)排序:A2000>S480>S240

這里采用的是A2000壓縮算法。用凌陽Compress Tool事先把所需要的語音信號錄制好,SPCE061A單片機(jī)具有32k閃存,使用內(nèi)部flash即可滿足要求。DAC輸出為電流型輸出,所以DAC輸出經(jīng)過SPY0030音頻放大,以驅(qū)動喇叭放音。在它們后面接一個(gè)簡單的音頻放大電路和喇叭即可實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)功能,音頻的具體功能主要通過程序來實(shí)現(xiàn)。

四、項(xiàng)目研究工作的自我評價(jià)分析與結(jié)論

(一)實(shí)物圖

生活小區(qū)無人駕駛班車自動運(yùn)行系統(tǒng)實(shí)物圖如下:

(二)結(jié)論:

上圖所示樣車是我們?yōu)閷?shí)現(xiàn)演示系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想所設(shè)計(jì)的第一輛樣車,采用了較為簡單的定向超聲波探測與紅外探測相結(jié)合的避障措施、紅外尋線系統(tǒng),還對在路口處設(shè)置控制臺的思想進(jìn)行了可行性驗(yàn)證。經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行,該套系統(tǒng)可以較好地實(shí)現(xiàn)無人駕駛班車的各項(xiàng)功能。  通過對該輛樣車的制作和實(shí)驗(yàn),所得成果如下:

1、建立了無人駕駛電力班車演示系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺,對該套演示系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)按縮比進(jìn)行了初步的計(jì)算與論證,以便為將來實(shí)際的無人駕駛電力班車提供可靠的參考。

2、初步驗(yàn)證了系統(tǒng)的復(fù)雜性,對核心處理器件進(jìn)行了選型設(shè)計(jì)。

3、驗(yàn)證了控制臺設(shè)計(jì)思想,證明其可以有效地解決無人駕駛車輛在路口處的路線選擇問題,可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)對四個(gè)方向多達(dá)256路車的控制。

4、發(fā)現(xiàn)了一些問題與不足。如:避障系統(tǒng)的安全性、可靠性與實(shí)際應(yīng)用尚有一段距離,尋線系統(tǒng)還需進(jìn)一步改進(jìn)。針對以上情況,我們決定采用二維超聲雷達(dá)與紅外探測器相結(jié)合的避障系統(tǒng)、采用光電開關(guān)陣列尋線以及優(yōu)化算法,使該套演示系統(tǒng)具備更高的智能性、安全性。

    在進(jìn)一步的研究中,我們將采用更接近于實(shí)物的車輛模型,在更接近于實(shí)際生活小區(qū)的環(huán)境下測試,以期能夠讓這套生活小區(qū)無人駕駛班車自動運(yùn)行系統(tǒng)為將來實(shí)際產(chǎn)品提供設(shè)計(jì)思想與技術(shù)的儲備。

 

  • 上一篇: 六足爬蟲機(jī)器人設(shè)計(jì)
  • 下一篇: I2C總線DEMO板實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書
  • 發(fā)表評論   告訴好友   打印此文  收藏此頁  關(guān)閉窗口  返回頂部
    熱點(diǎn)文章
     
    推薦文章
     
    相關(guān)文章
    網(wǎng)友評論:(只顯示最新5條。)
    關(guān)于我們 | 聯(lián)系我們 | 廣告合作 | 付款方式 | 使用幫助 | 機(jī)電之家 | 會員助手 | 免費(fèi)鏈接

    點(diǎn)擊這里給我發(fā)消息66821730(技術(shù)支持)點(diǎn)擊這里給我發(fā)消息66821730(廣告投放) 點(diǎn)擊這里給我發(fā)消息41031197(編輯) 點(diǎn)擊這里給我發(fā)消息58733127(審核)
    本站提供的機(jī)電設(shè)備,機(jī)電供求等信息由機(jī)電企業(yè)自行提供,該企業(yè)負(fù)責(zé)信息內(nèi)容的真實(shí)性、準(zhǔn)確性和合法性。
    機(jī)電之家對此不承擔(dān)任何保證責(zé)任,有侵犯您利益的地方請聯(lián)系機(jī)電之家,機(jī)電之家將及時(shí)作出處理。
    Copyright 2007 機(jī)電之家 Inc All Rights Reserved.機(jī)電之家-由機(jī)電一體化網(wǎng)更名-聲明
    電話:0571-87774297 傳真:0571-87774298
    杭州濱興科技有限公司提供技術(shù)支持

    主辦:杭州市高新區(qū)(濱江)機(jī)電一體化學(xué)會
    中國行業(yè)電子商務(wù)100強(qiáng)網(wǎng)站

    網(wǎng)站經(jīng)營許可證:浙B2-20080178-1