智能寻迹避障小车系统硬件设计(最终版)

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智能循迹避障小车设计说明

智能循迹避障小车设计说明

智能循迹避障小车设计说明智能循迹避障小车是一种基于微控制器控制的智能小车,它能够根据预设程序进行自主行驶、循迹和避障。

下面是对智能循迹避障小车的设计说明:1.硬件设计智能循迹避障小车的硬件设计包括以下组成部分:1.1 微控制器:使用单片机实现小车的控制和决策,采用常见的单片机有STC、ATmega、STM32等。

1.2 传感器:使用光电传感器进行循迹,超声波传感器进行避障。

在循迹方面,一般采用两个光电传感器,安装在小车底部,分别检测黑线和白色地面;在避障方面,一般采用超声波传感器,安装在小车前方,检测前方物体距离。

1.3 驱动电机:小车驱动电机一般采用直流减速电机,通过H桥驱动电路实现正反转控制。

1.4 电源:小车电源采用锂电池或干电池供电。

1.5 其他:小车还需要一些辅助元件,如LED指示灯、蜂鸣器等。

2.软件设计智能循迹避障小车的软件设计包括以下几个方面:2.1 循迹算法:根据光电传感器检测到的黑线和白色地面的信号,判断小车当前位置,控制小车朝着黑线方向运动。

2.2 避障算法:根据超声波传感器检测到的前方距离信息,判断小车前方是否有障碍物,避免碰撞。

2.3 控制逻辑:根据传感器数据计算得出的小车状态,进行控制决策。

比如,避障优先还是循迹优先,小车如何避障等。

2.4 通信协议:如果需要远程控制或传输数据,需要设计相应的通信协议。

3.功能实现基于硬件和软件设计,实现智能循迹避障小车以下功能:3.1 循迹:小车能够自主行驶,按照预设的循迹算法进行路径规划和执行。

3.2 避障:小车能够根据预设的避障算法,自主避开前方障碍物,避免碰撞。

3.3 情境感知:小车能够通过传感器感知环境,根据感知到的信息做出相应的控制决策。

3.4 远程控制:如果需要,可以通过通信模块实现小车的远程控制和数据传输。

循迹避障智能小车设计

循迹避障智能小车设计

循迹避障智能小车设计一、硬件设计1、车体结构智能小车的车体结构通常采用四轮驱动或两轮驱动的方式。

四轮驱动能够提供更好的稳定性和动力,但结构相对复杂;两轮驱动则较为简单,但在稳定性方面可能稍逊一筹。

在选择车体结构时,需要根据实际应用场景和需求进行权衡。

为了保证小车的灵活性和适应性,车架材料一般选择轻质且坚固的铝合金或塑料。

同时,合理设计车轮的布局和尺寸,以确保小车能够在不同的地形上顺利行驶。

2、传感器模块(1)循迹传感器循迹传感器是实现小车循迹功能的关键部件。

常见的循迹传感器有光电传感器和红外传感器。

光电传感器通过检测反射光的强度来判断黑线的位置;红外传感器则利用红外线的反射特性来实现循迹。

在实际应用中,可以根据小车的运行速度和精度要求选择合适的传感器。

为了提高循迹的准确性,通常会在小车的底部安装多个传感器,形成传感器阵列。

通过对传感器信号的综合处理,可以更加精确地判断小车的位置和行驶方向。

(2)避障传感器避障传感器主要用于检测小车前方的障碍物。

常用的避障传感器有超声波传感器、激光传感器和红外测距传感器。

超声波传感器通过发射和接收超声波来测量距离;激光传感器则利用激光的反射来计算距离;红外测距传感器则是根据红外线的传播时间来确定距离。

在选择避障传感器时,需要考虑其测量范围、精度、响应速度等因素。

一般来说,超声波传感器测量范围较大,但精度相对较低;激光传感器精度高,但成本较高;红外测距传感器则介于两者之间。

3、控制模块控制模块是智能小车的核心部分,负责处理传感器数据、控制电机驱动和实现各种逻辑功能。

常见的控制模块有单片机(如 Arduino、STM32 等)和微控制器(如 PIC、AVR 等)。

单片机具有开发简单、资源丰富等优点,适合初学者使用;微控制器则在性能和稳定性方面表现更优,适用于对系统要求较高的场合。

在实际设计中,可以根据需求和个人技术水平选择合适的控制模块。

4、电机驱动模块电机驱动模块用于控制小车的电机运转,实现前进、后退、转弯等动作。

智能循迹小车设计方案

智能循迹小车设计方案

智能循迹小车设计方案一、设计目标:1.实现智能循迹功能,能够沿着预定轨迹自动行驶。

2.具备避障功能,能够识别前方的障碍物并及时避开。

3.具备远程遥控功能,方便用户进行操作和控制。

4.具备数据上报功能,能够实时反馈运行状态和数据。

二、硬件设计:1.主控模块:使用单片机或者开发板作为主控模块,负责控制整个小车的运行和数据处理。

2.传感器模块:-光电循迹传感器:用于检测小车当前位置,根据光线的反射情况确定移动方向。

-超声波传感器:用于检测前方是否有障碍物,通过测量障碍物距离来判断是否需要避开。

3.驱动模块:-电机和轮子:用于实现小车的运动,可选用直流电机或者步进电机,轮子要具备良好的抓地力和摩擦力。

-舵机:用于实现小车的转向,根据循迹传感器的信号来控制舵机的角度。

4.通信模块:-Wi-Fi模块:用于实现远程遥控功能,将小车与遥控设备连接在同一个无线网络中,通过网络通信进行控制。

-数据传输模块:用于实现数据上报功能,将小车的运行状态和数据通过无线通信传输到指定的接收端。

三、软件设计:1.循迹算法:根据光电循迹传感器的反馈信号,确定小车的行进方向。

为了提高循迹的精度和稳定性,可以采用PID控制算法进行修正。

2.避障算法:通过超声波传感器检测前方障碍物的距离,当距离过近时,触发避障算法,通过调整小车的行进方向来避开障碍物。

3.遥控功能:通过Wi-Fi模块与遥控设备建立连接,接收遥控指令并解析,根据指令调整小车的运动状态。

4.数据上报功能:定时采集小车的各项运行数据,并通过数据传输模块将数据发送到指定的接收端,供用户进行实时监测和分析。

四、系统实现:1.硬件组装:根据设计要求进行硬件的组装和连接,确保各个模块之间的正常通信。

2.软件编程:根据功能要求,进行主控模块的编程,实现循迹、避障、遥控和数据上报等功能。

3.调试测试:对整个系统进行调试和测试,确保各项功能正常运行,并进行性能和稳定性的优化。

4.用户界面设计:设计一个用户友好的界面,实现对小车的远程控制和数据监测,提供良好的用户体验。

智能寻迹避障小车寻迹系统设计

智能寻迹避障小车寻迹系统设计

智能寻迹避障小车寻迹系统设计文档编制序号:[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]第二章智能寻迹避障小车寻迹系统设计1.任务任务一:产生智能寻迹避障小车沿黑线转圈的控制程序;任务二:产生智能寻迹避障小车带状态显示沿黑线转圈的控制程序;2.要求(1)能控制智能寻迹避障小车沿黑线实现转圈功能;(2)行走过程中小车一直压着黑线走,不得冲出黑线圆圈之外或之内;(3)智能寻迹避障小车可以从小于90度的任意方向寻找到黑线圆圈;项目描述该项目的主要内容是:在智能寻迹避障小车电机控制系统之上扩展寻迹电路,然后运用C语言对系统进行编程,使智能寻迹避障小车实现沿黑线转圆圈的功能,并且在行走过程中小车一直压着黑线走,不得冲出黑线圆圈之外或之内;当人为将小车拿开,再从小于90度的任意方向放置小车,小车应能重新找回轨道,并沿黑线继续转圈。

通过该项目的学习与实践,可以让读者获得如下知识和技能:继续掌握单片机I/O端口的应用;掌握红外线收、发对管的工作原理与控制方法;掌握数码管的工作原理与控制方法;掌握单片机C语言的编程方法与技巧;能够编写出智能寻迹避障小车沿黑线实现转圈功能的控制函数;必备知识2.1.1 关于红外线传感器红外线定义:在光谱中波长自至400微米的一段称为红外线,红外线是不可见光线。

所有高于绝对零度(℃)的物质都可以产生红外线。

现代物理学称之为热射线。

医用红外线可分为两类:近红外线与远红外线。

红外线发射器:红外线发射管在LED封装行业中主要有三个常用的波段,如下850NM、875NM、940NM。

根据波长的特性运用的产品也有很大的差异,850NM波长的主要用于红外线监控设备,875NM主要用于医疗设备,940NM波段的主要用于红外线控制设备。

如:红外线遥控器、光电开关、光电计数设备等。

红外线对管应用:本项目中,小车的寻迹功能采用红外线收、发对管实现。

具体工作过程如下:两对红外线收、发对管安装在智能寻迹避障小车底盘正前方,红外发射管一直发射信号,接收管时刻准备接收信号。

智能循迹避障小车设计

智能循迹避障小车设计

智能循迹避障小车设计智能循迹避障小车的核心功能在于能够沿着特定的轨迹行驶,同时能够避开行驶过程中遇到的障碍物。

要实现这两个功能,需要在硬件和软件两个方面进行精心设计。

在硬件方面,首先是小车的车体结构。

通常选用坚固且轻便的材料,以保证小车的稳定性和灵活性。

车轮的选择也很重要,需要具备良好的抓地力和转动性能。

传感器是实现智能循迹避障功能的关键部件。

对于循迹功能,常用的是光电传感器或摄像头。

光电传感器通过检测地面上的反射光来判断轨迹,而摄像头则可以通过图像识别技术获取更精确的轨迹信息。

在避障方面,超声波传感器或红外传感器是常见的选择。

超声波传感器通过发射超声波并接收反射波来测量与障碍物的距离,红外传感器则通过检测障碍物反射的红外线来实现避障功能。

控制模块是小车的大脑,负责处理传感器采集到的数据,并控制电机的运转。

常用的控制芯片有单片机,如 Arduino 或 STM32 等。

电机驱动模块则用于将控制模块输出的信号转换为电机所需的驱动电流,以实现小车的前进、后退、转弯等动作。

电源模块为整个小车系统提供稳定的电力供应。

一般选择可充电的锂电池,其具有较高的能量密度和较长的续航能力。

在软件方面,编写高效可靠的程序是实现智能循迹避障功能的关键。

首先是传感器数据的采集和处理程序。

对于光电传感器或摄像头采集到的轨迹信息,需要进行滤波、放大等处理,以提高数据的准确性和可靠性。

对于超声波传感器或红外传感器采集到的避障数据,需要进行距离计算和障碍物判断。

控制算法是软件的核心部分。

对于循迹功能,常用的算法有 PID 控制算法。

通过不断调整电机的转速和转向,使小车能够准确地沿着轨迹行驶。

对于避障功能,通常采用基于距离的控制策略。

当检测到障碍物距离较近时,及时控制小车转向或停止,以避免碰撞。

电机控制程序负责根据控制算法的输出结果,精确控制电机的运转。

这需要对电机的特性有深入的了解,以实现平稳、快速的运动控制。

为了提高小车的性能和稳定性,还需要进行系统的调试和优化。

循迹避障智能小车设计(2023最新版)

循迹避障智能小车设计(2023最新版)

循迹避障智能小车设计
循迹避障智能小车设计文档范本:
⒈摘要
本文档旨在详细介绍循迹避障智能小车的设计方案。

介绍了小车的硬件组成、软件设计和算法实现,以及测试结果和优化方案。

⒉引言
介绍循迹避障智能小车的背景和应用场景,解释设计的目的和意义。

⒊系统架构
详细介绍循迹避障智能小车的系统组成,包括传感器模块、控制器、执行器等硬件部分,以及软件部分的整体架构。

⒋传感器设计
说明循迹避障智能小车所使用的传感器,包括红外线传感器、超声波传感器等的选择原因和工作原理,以及如何与控制器进行连接。

⒌控制器设计
介绍循迹避障智能小车的控制器设计,包括主控芯片的选择、引脚分配以及与传感器和执行器的连接方式。

⒍执行器设计
详细说明循迹避障智能小车的执行器设计,包括电机控制模块、转向模块等的选择和工作原理。

⒎算法设计
阐述循迹避障智能小车所采用的算法设计,包括循迹算法和避障算法的原理和实现方法。

⒏系统测试与优化
描述循迹避障智能小车的测试方法和实验结果分析,以及针对存在的问题进行的优化措施。

⒐结论
总结循迹避障智能小车设计的成果,评估其性能和应用前景,并展望未来的发展方向。

⒑附件
提供循迹避障智能小车的原理图、源代码、测试数据等附件,以供读者参考使用。

1⒈法律名词及注释
在文档末尾提供相关法律名词的注释,并进行对应解释,以确保读者对相关法律概念的理解和使用的合法性。

基于单片机的智能小车避障循迹系统设计

基于单片机的智能小车避障循迹系统设计

基于单片机的智能小车避障循迹系统设计
随着技术的不断发展,智能小车成为人们生活中不可或缺的一部分。

本文主要介绍一款基于单片机的智能小车避障循迹系统设计。

一、系统的硬件设计
本智能小车的硬件设计包括控制模块、电源模块、驱动模块和传感器模块。

其中,控制模块采用C51单片机,电源模块采
用锂电池,驱动模块通过直流电机实现小车的前进、后退、左右转弯等各项动作,而传感器模块则包括超声波传感器、巡线传感器和红外线传感器。

二、系统的软件设计
本智能小车的软件设计包括控制程序和驱动程序。

控制程序主要实现通过巡线传感器和超声波传感器来检测路面情况,从而确定小车行驶方向和速度,同时通过红外线传感器来检测障碍物,从而进行避障。

驱动程序主要用于实现小车的前进、后退、左右转等动作。

三、系统的操作流程
小车启动时,控制程序首先检测巡线传感器和超声波传感器所处位置,从而确定小车行驶方向和速度。

接着,红外线传感器开始检测障碍物,并且在检测到障碍物时,自动转弯避免碰撞。

当小车行驶过程中检测到黑色线条时,巡线传感器将自动控制
小车前进或后退,从而使小车保持在线条上行驶。

四、系统的优点和应用
基于C51单片机的智能小车避障循迹系统具有高度自动化、低成本、易于维护等优点。

该系统可广泛应用于自动化物流、智能家居、机器人等领域。

总之,随着科技的不断发展,传感器技术和单片机技术等已经得到了广泛的应用和推广。

未来,智能小车必将在各个领域发挥更大的作用,创造更多的价值。

智能循迹、避障遥控小车设计

智能循迹、避障遥控小车设计

智能循迹、避障遥控小车设计摘要:本文设计了一款以STM32单片机为控制核心的智能小车,智能小车主要采用高灵敏度的光电管,对路面黑色轨迹进行检测,并利用单片机产生PWM波,控制小车速度。

能够平稳跟踪给定的路径实现循迹的目的。

整个系统基于普通玩具小车的机械结构,并利用了小车的底盘、前后轮电机及其自动复原装置,能够平稳跟踪路面黑色轨迹运行。

若遇到障碍物,通过检测障碍物离自己的距离来判断自己是前进、后退还是左转、右转,最终达到避障的目的。

1、背景及意义近年来人工智能技术的快速发展,智能小车技术也已经发展到可以模仿人类行为程度,主要是因为自动化生产设备越来越精密,它不仅给传统产业带来了翻天覆地的变化,而且提高了我们生活生产的质量。

智能小车具有自动循迹、避障和可控行驶等诸多功能,可以在不同环境完成工作,智能小车在各个行业都有不错的应用价值。

例如,在日常生活中,智能小车可以像导盲犬那样给盲人指引正确的道路。

在军事方面,智能小车可以代替我们在危险区域的排雷和侦察等任务。

在科学研究中,智能小车可以在外星球上完成探索或返回照片。

另外,它可以帮助人们在复杂的环境中执行设备检查和货物处理等任务。

2、智能小车硬件设计小车通过红外探测法实现循迹功能,红外接收装置和发射装置实现避障功能,红外传感器实现测速功能,超声波系统实现测距。

车轮应用了PWM调速系统和L298N芯片来控制调速和车轮旋转,还有用液晶显示模块LCD1602来显示小车基本情况。

通过c语言完成对小车行动指令的编程,实现小车按照设定路线行驶、避障。

智能小车硬件设计主要是电源模块设计、单片机最小系统的设计、循迹模块设计、避障模块电路设计以及遥控电路设计等。

电源模块设计主要为单片机最小系统以及需要的外围电路中用到的芯片进行供电,供电电压为+5V,因此需要一个恒定+5V的稳压电源,本文中主要是通过直流稳压电源7805输出恒定电源的方式来进行设计,输入电源电压为36V一下,交直流方式均可,直流电源模块电路图如图1所示图1 电源模块部分电路图单片机最小系统采用了传统的STM32最小系统的设计,包含电源滤波部分、晶振部分电路、复位电路等,为最常用的电路,在此不再进行赘述。

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智能寻迹小车设计与制作 (硬件电路设计)
主讲:雷道仲 辅讲:蒲 茂
湖南信息职业技术 学院信息工程系
要点
根据系统设计方案可知,智能寻 迹小车主要由以下几个模块电路构成
电机控制电路设计
寻迹电路设计 避障电路设计
显示电路设计
湖南信息职业技术 学院信息工程系
要点
声控电路设计 报1 寻迹电路原理图
2.1 寻迹电路原理图
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2.1.2 寻迹电路原理
本车红外对管设计是红外发射管一直发 射信号,接收管时刻准备接收信号。 两对对着地的红外管发射红外信号,信 号在白色的地面上反射回接收管,通过接 收管把信号送回单片机进行处理,完成相 应的动作。 假如在黑色的地面上,信号被地面吸收 ,就无信号返回,单片机检测到无信号, 根据程序也会做出相应的动作。
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3.1.2 避障电路原理
接收管的阻值会很大,从而输出一个高电 平(约5V)给比较芯片的3脚,这样经过比较 芯片的比较,在比较芯片的2脚输出一个高电 平给单片机P3.7引脚。单片机根据接收到的电 平就可以判别前方有无障碍。当前方有障碍时 V2的阻值会很小,输出低电平给比较芯片的3 脚,比较芯片从而输出低电平给单片机P3.7。
1.1.3 直流电机H桥驱动电路 从图中可以看出,其形状类似于字母 “H”,而作为负载的直流电机是像“桥” 一样架在上面的,所以称之为“ H 桥驱动 ”。4个开关所在位置就称为“桥臂”。 从电路中不难看出,假设开关A、D接 通,电机为正向转动,则开关B、C接通时 ,直流电机将反向转动。从而实现了电机 的正反向驱动。借助这4个开关还可以产生 电机的另外2个工作状态:
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1、引脚功能说明
引脚功能如下表所示:
表1—1 L293D引脚功能说明
引脚名称 2、7、10、15 3、6、11、14 4、5、12、13 1、9 16 8 引脚功能 信号输入引脚 信号输出引脚 散热器和接地 信号使能控制脚,输入1,电机全速旋转;0,停止 电源电压 电机驱动电压,用于调速
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1.1.3 直流电机H桥驱动电路 本设计中直流电机H桥驱动电路由上述 所介绍的驱动芯片L293D完成,在L293D内 部形成一个H桥型的驱动驱动电路,类似如 图1.5所示。
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1.1.3 直流电机H桥驱动电路
1.5 H桥驱动电机电路
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3.1 避障电路
3.1.1 避障原理图
3.1 避障电路原理图
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3.1.2 避障电路原理
避障电路由单片机、比较芯片L393、红外 发射对管等元器件构成。电路工作过程如下: 首先,比较芯片的2脚为比较基准电压输入, 该引脚通过电源串联分压,取得一个大约2.5V 基准电压作为比较电压。比较芯片的3脚为比 较电压的输入端,该电压取之反馈回来的红外 信号。当小车前进过程中,前方无障碍,则红 外
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4.1 显示电路设计
4.1.1 数码管内部结构及封装图
g f gnd a b 7 6 a f e d 1 2 3 e d gnd g c h 4 5 c h b a b 10 9 8 c d e f g h a b c d e f g h
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2、内部结构图
1.3 L293D内部结构图
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3、逻辑图
1.4 L293D逻辑图
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4、真值表
表1—2 L293D真值表 输入 A EN 输出 Y
H
L X
H
H L
H
L Z
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5、 功能描述 L293D四倍高电流H桥驱动程序。 L293 是提供双向驱动电流高达1 A,电压是从 4.5 V至36 V的;L293D提供双向驱动电流 高达600毫安,电压是从4.5 V至36 V的。 两个设备是专为驱动等感性负载继电器, 电磁阀,直流双极步进和马达,也可以给 其他高电流/高电压提供电源负载。兼容所 有的TTL输入。每个输出都是推拉式驱动 电路,与达林顿三极管和伪达林源。
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5、 功能描述
启用1,2 EN驱动器和3,4 EN驱动器。 当使能输入为高电平时,相关联的驱动器 被启用和他们的输出处于活动状态,并在 其输入端的同相。当使能输入为低,这些 驱动器被禁用其输出关闭,在高阻抗状态 1,2EN为1和2的使能端(高电平使能); 3,4EN同理。用适当的数据输入端,每对 驱动程序的形式一个完整的H桥可逆驱动器 适用于电磁阀或电机应用。
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1.1.3 直流电机H桥驱动电路 细分下来,晶体管有双极性和MOS管 之分,而集成电路(例如L293D)只是将 它们集成而已,其实质还是这两种晶体管 ,只是为了设计、使用方便、可靠而做成 了一块电路。 实际使用的时候,用分立元件制作H桥 是很麻烦的,现在市面上有很多封装好的H 桥集成电路,接上电源、电机和控制信号 就可以使用了,在额定的电压和电流内使 用非常方便可靠。比如常用的L293D、 湖南信息职业技术 L298N、TA7257P、SN754410等。 学院信息工程系
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1.1.3 直流电机H桥驱动电路 (1) 刹车 —— 将B 、D开关(或A、C) 接通,则电机惯性转动产生的电势将被短 路,形成阻碍运动的反电势,形成“刹车 ”作用。 (2) 惰行 —— 4个开关全部断开,则电机 惯性所产生的电势将无法形成电路,从而 也就不会产生阻碍运动的反电势,电机将 惯性转动较长时间。
LED彩灯控制电路设计
系统整体电路设计 系统整体原理介绍 Proteus软件使用介绍
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1.1 电机控制电路
1.1.1 电机控制原理电路
1.1 电机控制原理电路
湖南信息职业技术 学院信息工程系
1.1.2 驱动芯片L293D工作原理 1、引脚功能说明
1.2 L293D封装及引脚排列
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