智能小车机械部分
从机械到电路教你做智能小车
X-SHARK 智能小车V1.0 设计参考手册西安电子科技大学测控技术与仪器教研中心2006-05-091．概述X-SHARK智能巡线小车模型是一辆完全由PCB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。
因此完全不需要机械加工，非常适合业余机器人爱好者自制。
本文简述了X-SHARK智能巡线小车的设计思路和实现过程。
包括小车的机械结构、电路、软件、控制算法、调试方法等。
可作为一般的设计参考。
小车的左右后轮分别由2只6V直流减速电机提供动力；前导向轮是一只万向轮。
430单片机的PWM发生器产生2路占空比可变的方波，经三极管扩流后分别驱动后轮左右电机。
控制2路PWM的比例，不仅可以调节小车向前运动的速度，还可通过2路PWM占空比的差异，改变小车运动方向。
10只反射式红外传感器位于小车前方，垂直探测地面的黑线。
由传感器采回的数据求出黑线偏移量，由PID算法计算出转弯量，再计算PWM发出两轮的速度差，控制小车沿轨迹行驶。
小车离意外开黑线时，传感器无数据，还有相应的错误处理和寻线程序。
2．机械结构2．1 后轮（驱动轮）两块2mm厚的PCB板通过2支沉头螺栓定为一体，构成了后轮的主体。
用小锉刀沿两板夹缝，挫一道V型槽，上一条O型橡胶圈，就构成一只轮胎。
后轮的固定采用过盈配合。
轮的中心孔为2.8mm,比电机轴略小0.2mm。
PCB板挖空2个圆孔，并用狭缝和中心孔贯通，构成一个有弹性的“卡缝”。
将电机轴用力推入轮中心孔，PCB由于弹性形变会略微扩张，弹力将轴紧紧抱死。
改进：现在的缺点是O型圈容易脱落，可用704硅橡胶固定。
另外为了固定O型圈，需要用挫加工V型槽。
可改为3块PCB构成轮子，中间一块半径略小2mm。
2．2 前轮（导向轮）前轮是决定小车能否灵活拐弯的关键部分。
这辆小车和汽车不同，不是靠前轮摆舵控制转弯，而是靠左右后轮速度差来实现转弯控制。
这样前轮实际上是从动轮。
下图中，当左轮速度高于右轮时，小车右转弯；前轮的速度可以分解为前进的速度和水平侧移的速度。
智能小车设计文档
目录一、智能小车硬件系统设计 .................... 错误!未定义书签。
1.1智能小车的车体结构选择............................................... 错误!未定义书签。
1.2智能小车控制系统方案................................................... 错误!未定义书签。
1.3电源系统设计................................................................... 错误!未定义书签。
1.4障碍物检测模块............................................................... 错误!未定义书签。
1.4.1超声波传感器......................................................... 错误!未定义书签。
1.5电机驱动模块................................................................... 错误!未定义书签。
1.5.1驱动电机的选择..................................................... 错误!未定义书签。
1.5.2转速控制方法......................................................... 错误!未定义书签。
1.5.3电机驱动模块......................................................... 错误!未定义书签。
1.6速度检测模块................................................................... 错误!未定义书签。
遥控智能小车课程设计
摘要介绍了语音遥控的电动小车的机械结构及控制部分.在机械结构上,对普通的玩具小车做了改进,使小车的转向更加灵活,并且在设计范围内可以实现任意角度转弯和任意速度移动;而在控制系统部分,则采用语音控制方式,使小车可以"听懂"人的命令,娱乐性和互动性更强.该小车各部分采用模块化设计，各个模块之间独立性强。
控制部分采用可编程微处理哭器，可以在不增加系统硬件的情况下方便地对系统进行二次开发。
本文对一辆小车进行了实验，实验结果表明，语音识别系统在低噪声环境中识别率很高，在噪声水平较高的场合，识别率有所下降。
小车反应灵敏。
关键词：语音识别单片机智能小车电机驱动目录绪论 (3)1总体方案 (4)1.1方案论证 (4)1.2总体方案图 (4)1.3系统工作原理 (4)2硬件设计 (5)2.1 语音识别模块 (5)2.2 电机驱动模块 (10)2.3 红外检测模块 (11)2.4 键盘电路 (12)2.5 主控芯片8051模块 (13)2.5.1单片机的电源设计 (13)2.5.2单片机复位电路 (14)3．软件设计 (14)3.1主程序 (14)3.2监控程序 (15)3.3 延时程序 (19)结论 (20)参考文献 (21)绪论在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。
无论是在工农业生产、交通运输、医疗卫生、办公，还是在日常生活中，都大量的使用着各种电动机。
而微处理器取代模式电路作为电动机控制的技术也日渐成熟。
单片机介于工业控制计算机和可编程控制器之间，他有较强的控制能力、低价的成本。
人们在选择电动机控制器时，常常是在先满足功能需要的同时，优先选择成本低的控制器。
语音遥控的电动小车的机械结构及控制部分有了新的改进。
在机械结构上，对普通的玩具小车做了改进，使小车的转向更加灵活，并且在设计范围内可以实现任意角度墨迹和任意速度移动；而在控制系统部分，则采用语音控制方式，使小车可以“听懂”人的命令，娱乐性和互动性更强。
语音控制的智能小车设计方案
语音控制的智能小车设计方案根据美国玩具协会的调查统计，近年来全世界玩具销量增幅与全世界平均GDP增幅大致相当而全世界玩具市场的内在结构比重却发生了重大变化：传统玩具的市场比重正在逐步缩水，高科技含量的电子玩具则蒸蒸日上美国玩具市场的高科技电子玩具的年销售额2004年较2003年增长52％，而传统玩具的年销售额仅增长3％英国玩具零售商协会选出的2001年圣诞最受欢迎的十大玩具中，有七款玩具配有电子元件从这些数字可以看出，高科技含量的电子互动式玩具已经成为玩具行业发展的主流本文设计一个具有语音识别功能的智能遥控小车该小车对传统的手动遥控小车的机械部分做了改进使之可以实现任意角度转向和以任意速度前进而不象一般的小车那样只能以固定角度转向和以固定速度前进因此更加接近真实的车辆本文还在小车的控制系统中采用语音识别系统，使控制者可以用语音对小车进行控制，产生相应的动作，而且小车和控制者还具有一定的交互功能1 智能小车总体结构框图智能小车主要由转向机构、驱动机构、转向控制模块、驱动控制模块、遥控模块和语音控制模块六大部分组成，如图1所示2 机械本体结构及工作原理小车为轮式结构，如图2所示机械部分分为转向机构(图中椭圆内的部分)和驱动机构(图中椭圆外部分)转向机构主要由转向电机、转向架和两个前轮组成驱动机构采用玩具小车常用的双电机驱动方案，包括两个减速电机和两个后轮转向机构工作原理为：转向时由控制者向小车发出转向信号，转向电机根据转向信号正向或反向旋转一定角度，电机通过齿轮、齿条系统带动转向架摆动一定角度，最终带动与转向架固定在一起的前轮偏摆一定角度小车在转向时由于内、外侧的车轮的转弯半径不同，所以内外侧车轮的转速也不相同前轮为从动轮，会根据转弯角度的大小自动调节内、外侧车轮的转速；而后轮为主动轮，其转速分别由两个电机独立驱动，不会根据转弯半径自动调节转速因此小车转弯时，控制系统在控制转向电机的同时还需要根据转向角度的大小向两个驱动电机发出控制信号，调节两个驱动电机的转速使之产生特定的转速比，从而使转弯顺利进行在这里，转弯的角度、转速比与小车的尺寸及转弯半径有关3 控制系统控制系统包括两大部分，一部分位于遥控器内，用于识别控制者的命令并将响应的控制信号发送出去；一部分位于小车上，用于接收遥控器发出的控制信号，并根据控制信号控制转向机构和驱动机构，使小车实现预期的动作3.1 遥控器遥控器主要由语音识别模块和无线发送模块(编码芯片、射频发送模块)组成，如图3所示遥控器的工作原理为：控制者通过麦克风发出控制命令，该命令经过语音识别模块识别后，根据控制信号的类型产生一个8位的控制码，语音识别模块通过其P1端口将控制码输出至无线发送模块，然后语音识别模块发出控制信号，控制无线发送模块将该控制码以无线电波形式发送出去，车载控制部分接收到后便控制小车产生预期的动作3.1.1 语音控制模块语音控制模块主要由Sensory公司的集成语音识别芯片RSC－364组成该芯片是专门为语音控制家电产品而设计的，外围辅助器件少，采用典型应用电路时只需要一个麦克风、一个晶体振荡器、一个小场声器和几个电阻、电容即可该芯片内部集成了语音识别、语音合成、语音身份识别、录音回放功能芯片内部采用的是神经网络的语音识别算法，和说话者无关的语音识别准确率可以达到97％，和说话者相关的语音识别准确率可以达到99％该芯片的功能框图如图4所示该芯片内部集成了一个八位的可编程微处理器，对外有16个可编程控制的I/O口，16位地址总线和8位数据总线及相应的控制信号，可方便地扩展外部ROM以及与外部器件通讯本文中对RSC－364的资源使用情况为：其P1口用于传输与控制命令相应的控制码，P0.7口用于启动无线发送模块发送数据3.1.2 无线发送模块为了提高无线收发的可靠性，本文采用集成的射频发送模块F05C和编码芯片PT2262组成无线编码发送模块PT2262外围电路简单，只需外接一个电阻调节载波频率PT2262的电源电压范围广，4～15V均能正常工作PT2262可以对12位二进制信号进行编码输出，足以满足本文的要求PT2262的控制也极为简单，在PT2262的TE端为0时，PT2262自动将地址引脚和数据引脚A0～A11的数据编译成适合RF电路发射的串行编码波形，然后通过DOUT 端口串行输出应用时只需将PT2262的DOUT端口连接到RF电路的数据输入端即可将数据通过无线电波发送出去本文中RF电路选用集成的射频发送模块F05C F05C采用声表谐振器稳频，SMT树脂封装，频率一致性较好，免调试F05C具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，当发射电压为3V时，发射电流约为2mA，发射功率较小；12V为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约为5～8mA；当发射电压大于l2V时直流功耗增大，有效发射功率不再明显提高F05系列采用AM方式调制以降低功耗[1]因为本文无线发送的命令的种类较少，所以不需要全部使用PT2262的12个数据引脚，鉴于RSC-363内核和AT89C51均为八位机，为了数据传输方便，只使用PT2262的低八位数据引脚传输数据，其余的四个数据引脚直接接地，其上数据没有意义3.2 车载控制部分车载控制部分主要由无线接收模块(射频接收模块、解码芯片)、车载处理器和电机控制模块(图中略)组成，如图5所示其功能就是接收遥控器发出的无线电信号并解码，送入车载处理器，经过计算产生相应的控制信号，控制三个电机工作，使小车产生预期的动作3.2.1 无线接收模块无线接收模块由射频接收模块J05C和解码芯片PT2272组成J05C是F05C的配对功能模块J05C采用超外差电路结构和温度补偿电路，具有较高的接收灵敏度及稳定性，芯片内含低噪声射频放大器、混频器、本地振荡器、中频放大器、滤波器及限幅比较器，输出为数据电平信号其功能是自动接收无线电波并对电波进行处理，输出适合解码芯片解码或单片机解码的波形PT2272是PT2262的配对芯片，其外围电气特性和PT2262相同工作时，PT2272自动对从DIN端口输入的编码波形进行解码，解码成功则将地址和数据输出到对应的地址引脚和数据引脚，同时将EN端口置为高电平，数据在各个引脚上的排列顺序和PT2262完全相同和无线发送模块相对应，这里也只使用其低八位数据引脚传输八位有效数据3.2.2 车载处理器车载处理器采用常用的MCS－51系列单片机AT89C51 AT89C51是8位单片机，其片内集成有4K的程序存储器，能够满足一般的应用单片机有8位外部数据总线和16位外部寻址地址线，支持外扩程序存储器和数据存储器片内集成两个16位的定时/计数器，两个外部中断口，32位双向I/O口[2]在本文的应用中，单片机采用中断工作方式P2口和无线接收模块的解码芯片的数据端口的低8位相连，用于接收解码的数据解码芯片的EN端口和单片机的外部中断口INT0相连，解码芯片解码成功时会自动通过EN 端口向单片机申请中断，单片机进入中断处理程序，接收解码后数据因为EN端口是高电平有效，而INT0是低电平有效，所以EN需要通过一个反向器和INT0连接单片机的P1口用来输出PWM波，控制转向电机和两个驱动电机每个电机需要两个端口进行驱动，分别用于电机的正反向选择P1口每位的具体定义为：P1.0和P1.1用来控制转向电机的正转和反转；P1.2和P1.3用来控制左后轮驱动电机的正转和反转；P1.4和P1.5用来控制右后轮驱动电机的正转和反转3.2.3 电机控制模块电机的驱动采用双向PWM脉宽调制方式控制采用这种控制方式可以方便地实现电机的正反转和转速变化[3]电机驱动电路如图6所示其工组原理为当P1.0端口为高电平、P1.1端口为低电平时，三极管Q5导通，Q5导通又导致Q3和Q2导通，则电流从电源通过Q2、直流电机和Q3构成回路；当P1.0端口为低电平、P1.1端口为高电平时，三极管Q6导通，Q6导通又导致Q4和Q1导通，则电流从电源通过Q1、直流电机和Q4构成回路，且电流方向和前面相反，即电机转向发生变化通过控制P1.0口和P1.1口电平的高低和高电平导通的时间，就可以控制电机的正、反转和转速4 实验结果本文设计的小车的长度为210mm，宽度为100mm，前后轮距为150mm，小车的最大转弯角度为45度小车可以识别的总的命令条数为16条左转和右转各4条，对应的转向角度分别为5度、15度、25度、45度；停止1条；前进5条，对应于五级不同的前进速度；后退两条，对应两级不同的后退速度小车的各级转弯角度对应的转弯半径及两个电机的转速比的关系如表1所示该小车各部分采用模块化设计各个模块之间独立性强控制部分采用可编程微处理器，可以在不增加系统硬件的情况下方便地对系统进行二次开发本文对一辆小车进行了实验，实验结果表明语音识别系统在低噪声环境中识别率很高，在噪声水平较高的场合，识别率有所下降小车反应灵敏。
智能循迹小车设计
智能循迹小车设计李伟龙【摘要】采用飞思卡尔16位微控制器MC9S12DG128B作为核心控制单元.详细地介绍了智能循迹小车控制系统的硬件设计和软件设计与实现,本循迹小车采用两排激光传感器来进行道路信息的采集和霍尔传感器采集速度信息,通过相应运算后,软件判断其有效性,结合控制算法控制随动舵机给出合理舵值,控制前轮舵机转向,单片机再给出合适的PWM波占空比以控制电机转速,并用H桥驱动电机的正反转运行.该智能小车能够较好地完成循迹任务,并且能够从较快的速度完成规定的路径,始终保持稳定运行.【期刊名称】《甘肃科技》【年(卷),期】2013(029)015【总页数】3页(P14-16)【关键词】智能小车;激光传感器;霍尔传感器;电机驱动;PWM【作者】李伟龙【作者单位】西北民族大学电气工程学院,甘肃兰州730030【正文语种】中文【中图分类】TP242.6本课题来源于“飞思卡尔”杯第七届全国大学生智能车竞赛，采用飞思卡尔16位微控制器MC9S12DG128B作为核心控制单元，自主构思控制方案及系统设计，包括传感器信号采集处理、控制算法及执行、动力电机驱动、转向舵机控制等，完成智能车的工程制作及调试。
最终完成后的智能车能够自主识别黑色导引线，巡线高速平稳行驶。
系统主要由道路识别模块、速度传感器模块、主控模块、舵机驱动模块、电机驱动模块。
框图如图1所示。
整个设计基于16位微控制器MC9S12XS128完成对采集数据的处理和各驱动的控制命令［1］，道路信息的采集为了使能够更多的采集到道路两边的赛道信息，又要避免相邻激光管互相干扰，于是采用两排各八对激光管且相邻激光管分时发光的方法来采集道路信息。
为了能快速完成赛道又使小车能够始终不偏离赛道，适应不同的赛道变化，除了调整好舵机转角，还应对速度采取闭环控制，选择霍尔传感器能够较好的完成测量任务并采用PID控制算法使小车能够在较短的时间内，快速达到设定值要求［2］。
电机模块利用4个场效应管作H桥驱动［3］。
智能小车原理
智能小车原理
智能小车是一种具有自主导航、避障、智能控制等功能的智能机器人，它可以在不需要人工干预的情况下，根据预设的路径或自主感知周围环境来进行移动和操作。
智能小车的原理涉及到多个领域的知识，包括传感器技术、控制算法、机械结构设计等。
本文将从这些方面逐一介绍智能小车的原理。
首先，智能小车的传感器技术是其实现自主导航和避障的关键。
常见的传感器包括红外线传感器、超声波传感器、摄像头等。
红外线传感器可以用来检测障碍物的距离，超声波传感器可以实现对障碍物的定位，摄像头则可以获取更加精确的环境信息。
这些传感器通过将环境信息转化为电信号，并传输给控制系统，从而使智能小车能够感知周围环境并做出相应的反应。
其次，智能小车的控制算法是实现自主导航和避障的核心。
控制算法需要根据传感器获取的环境信息，结合预设的路径或目标，来实现对小车运动的控制。
常见的控制算法包括PID控制、模糊控制、遗传算法等。
这些算法可以使小车在复杂的环境中做出快速而准确的决策，从而实现自主导航和避障。
最后，智能小车的机械结构设计也对其性能有着重要影响。
机械结构需要保证小车的稳定性、灵活性和承载能力，以适应不同的场景和任务需求。
同时，机械结构设计也需要考虑传感器的布局和安装位置，以确保传感器能够准确地感知周围环境。
综上所述，智能小车的原理涉及传感器技术、控制算法和机械结构设计等多个方面。
通过合理的传感器选择和布局、高效的控制算法设计以及稳定的机械结构，智能小车可以实现自主导航、避障等功能，从而在各种场景中发挥作用。
希望本文的介绍能够帮助读者更好地理解智能小车的原理，为相关领域的研究和应用提供参考。
简述智能小车的组成部分
智能小车是一种能够自主运行和执行任务的汽车，它通常由以下几个主要组成部分构成：1. 底盘（Chassis）：底盘是智能小车的基本框架，它支撑和承载其他组件。
底盘通常由金属或塑料制成，具有足够的强度和稳定性。
2. 电动机（Electric Motors）：电动机是智能小车的动力源，提供驱动力以实现车辆的前进、后退和转向等运动。
智能小车可能搭载一个或多个电动机，其类型可以是直流电机、步进电机或无刷电机等。
3. 传感器（Sensors）：传感器是智能小车的感知器官，用于感知周围环境的信息。
常见的传感器包括红外线传感器、超声波传感器、视觉传感器（如摄像头）、陀螺仪、加速度计等。
传感器收集的数据可以用于避障、测距、物体识别等功能。
4. 控制器（Controller）：控制器是智能小车的大脑，负责处理传感器的数据，并做出相应的决策和控制。
控制器可以是单片机、微处理器或嵌入式系统，它通过算法和逻辑来控制电动机、传感器和其他组件的操作。
5. 电源系统（Power System）：电源系统提供智能小车所需的电能。
它通常由电池组成，可以是干电池、锂电池或者其他可充电电池。
电源系统还可能包括电源管理模块，用于监测和管理电池的充电状态和供电情况。
6. 控制算法和软件（Control Algorithms and Software）：控制算法和软件是智能小车的灵魂，它们实现了小车的自主决策和行为控制。
这些算法和软件可以包括路径规划、避障、目标跟踪等功能的实现，通常由程序员编写和优化。
除了以上主要组成部分，智能小车还可以包括其他辅助设备和附件，如车灯、喇叭、蓝牙或Wi-Fi模块等，以增加其功能和交互性。
总而言之，智能小车的组成部分包括底盘、电动机、传感器、控制器、电源系统以及控制算法和软件。
这些组件协同工作，使智能小车能够感知环境、做出决策，并自主地执行各种任务。
循迹小车的组成电机
循迹小车的组成电机
循迹小车通常由多个组件组成，其中电机是其中一个重要的组成部分。
电机通常用于驱动车轮，使循迹小车能够移动和转向。
以下是关于循迹小车电机的一些方面的详细说明：
1. 类型，循迹小车通常采用直流电机或者步进电机。
直流电机通常用于提供车辆的动力，而步进电机则用于精确的转向控制。
2. 动力，电机通常由电池或者外部电源供电。
电机的功率和转速取决于所使用的电压和电流。
3. 控制，电机可以通过电子控制器进行控制，这可以是基于传统的PWM控制或者使用专门的电机驱动器来实现。
控制系统可以根据传感器读数来调整电机的速度和方向，以实现循迹功能。
4. 安装，电机通常安装在车辆的底盘上，通过齿轮或者其他传动装置连接到车轮上。
这样可以将电机的动力传递到车轮上，从而实现车辆的移动和转向。
5. 维护，电机需要定期进行维护，包括清洁、润滑和检查电气
连接。
这样可以确保电机始终处于良好的工作状态，并延长其使用寿命。
总的来说，电机是循迹小车中至关重要的组成部分，它提供了车辆的动力和转向能力，同时需要合理的控制和维护以确保车辆的正常运行。
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四连杆机构
转向原理 ---阿克曼原理
转弯时因轮距与轴距的 关系，两前轮转角不同，内 侧轮转向角比外侧转向角大， 要使车辆转向顺利，车轮在 地面纯滚动而不产生滑移， 必须使所有车轮都绕同一瞬 时转动中心滚动，两前轮转 轴延长线与后轮轮轴延长线 交与一点，这是阿克曼原理。 此时，转向的内外轮转角关 系为 ： ctgβ-ctgα=M/L
智能小车
机械部分
机械控制原理框图
单片机
直流减速电机
舵机
双摇杆机构
小车运动
小车转向
小 车 装 配 图
后轮连接部分
电机支架 后轮支架
后 轴
滚动轴承
优点：Βιβλιοθήκη 摩擦阻力小，功率消耗小， 外 圈 机械效率高，易起动。 尺寸标准化，具有互 滚动体 换性，便于安装拆卸， 内 圈 维修方便。 结构紧凑，重量轻， 轴向尺寸更为缩小。 保持架 精度高，转速高，磨损小， 使用寿命长。 适用于大批量生产，质量稳定可靠，
能满足不同类型、不同规律运动要求和动力要求； 容易制造，并能获得较高的制造精度。
旋转编码器的连接
轴套
编码器支座
收获与总结
CAD软件的使用。 零件的设计。 装配与加工。