基于光电导航的智能移动测量小车

基于光电导航的智能移动测量小车

1.驱动轮

前轮亦为驱动轮,其决定小车能否灵活拐弯的关键部分。这辆小车和汽车不同，不是靠摆舵来控制转弯，而是靠左右后轮速度差来实现转弯控制。小车的

两前轮是靠舵机进行驱动的。通过两路PWM波实现对其的控制。只要调整PWM

波的占空比即可控制舵机的转速。当小车左轮的速度高于右轮时，小车右转弯；反之，当小车右轮的速度高于左轮时，小车左转弯。

小车后轮属从动轮，质地较硬，其与地面磨擦力较小，与其动力相比可以

忽略不记。所以它可以自由偏移，而不影响小车的转向.

2舵机

舵机是一种位置伺服的驱动器。它接收一定的控制信号，输出一定的角度，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。在微机电系统和航模中，它是一个基本的输出执行机构。电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和

控制线路所需的能源．电压通常介于4～6V，一般取5V。注意，给舵机供电电

源应能提供足够的功率。控制线的输入是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期为20 ms(即频率为50 Hz)。当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比。

3反射式红外传感器

反射式红外传感器ST188采用高发射功率红外广电二极管和高灵敏度光电晶体管组成。检测距离可调整范围为4－15mm；采用非接触检测方式。反射式红外传感器中包含一个发射器LED和一个光探测器（光敏二极管／光敏三极管）。着两个元件被封装在同一个塑料壳体中，并且排列成适合他们工作的理想位置。LED发出的一束光被一个表面反射后又回到探测器中。

图1.4是反射式红外传感器的工作原理图。封装在矩形壳体中的是发射器LED（由左侧的白色方块表示）和探测器装置（在右侧）。虚线表示光线从发射器LED中发出并反射回探测器；探测器检测到的光强大小取决于物体表面的反射率，而这一光强就是传感器的输出值。

如图所示，选通信号（高电平）经过三极管扩流后送到传感器的K脚，如果检测到黑线，传感器C脚输出高电平；否则输出为低电平

反射式传感器在高度受控的理想环境下的工作性能更好，因为影响它输出的外界因素有很多，如环境光的变动、传感器与被探测物体之间的距离，以及被探测物体的反射率等。为了减少环境光的干扰，首先需要调整传感器的方位使环境光不能直接射到探测器。

反射式红外传感器ST188的最佳探测距离为6-14mm。所以将传感器垂直于地面并且调整传感器与地面的距离，大约在10mm左右。

4.红外一体化接收头

电视机、唱机等家电中广泛使用红外线遥控器。红外遥控器发出38KHz调制的红外线，在接收端，被一体化红外接收头接收，解调出原始键码值。因为红外遥控使用广泛、成熟、大批量，所以相关红外接收、发射元件价格很低。本方案使用通用遥控器的一体化红外接收头作为检测元件。

一体化接收头内部集成有带通滤波器，它只允许大约38 kHz 的红外信号通过。这种仅对38KHz敏感的特性，有助于消除环境光对遥控器接收的影响。如图，当红外线发射管IR LED）发出的38KHz的红外线被一体化接收头接收时，接收头输出“0”。当没有侦测到红外线，或非38KHz红外线（如日光灯干扰），输出“1”。

第三章硬件电路

(1)舵机驱动电路

此部分是整个小车的大脑，是整个小车运行的核心部件，起着控制小车所

有运行状态的作用。通常选用单片机作为小车的核心控制单元。这里选用

MSP430F425单片机. 考虑到小车必须能够前进、倒退、停止，并能灵活专性，在左右两轮各装一个舵机分别进行驱动。当左轮电机转速高于右轮电机转速时

小车向右转，反之则向左转。为了能控制车轮的转速，左右两轮的转速，可以

采取PWM调速法，即由单片机的TA1和TA2输出一系列频率固定的方波，再通

过功率放大来驱动舵机，在单片机中编程改变输出方波的占空比，从而可以改

变电机的转速。左右两轮两个电机转速的配合就可以实现小车的前进、倒退、

转弯等功能。

驱动电路如图:

需要注意的是：被二极管分流到电源两端的电力将造成主板电压的瞬变或

噪声。更严重的是当采用PWM信号控制电机时，每次关断都会产生这种影响。

如果导通三极管又重新开启，同时反向电动势电流仍然存在，结果三极管将直

接导通电源正极和地。这一现象时间的长短取决于续流二极管的关断时间。这

一电流称作过冲电流，它同样会产生噪声。因此需在离接口慢近的地方加一旁

路电容来消噪。旁路电容的作用是平滑电流脉动和电源电压的瞬变。当电压出

现尖峰时，电容将迅速地吸收这一能量，从而使电压保持恒定。当电压降低时，电容将向电路中回馈能量，从而使电压有所回升。

经试验验证，从单片机出来的PWM电压大约在3.5V左右，加到舵机两边最多只有3V，这远远低于其耐压，因此转速也很慢，稍有摩擦就转不动了。因此需要再增加两个三极管来进行扩流，还可以起保护单片机的作用。

(2)计树木棵树，循迹，隧道长度测量

用的是颜色的ST188，如果检测到有反射的光线就计数加一。隧道测量：如果

进入隧道，我们可以用光敏电阻的感光性能调节阻值的大小从而输出高低电平，从电平开始改变就计时，电平再次改变就结束计时。通过驱动轮的转速以及车

轮半径就可以计算出隧道长度。地面的白线是导引线，位置读取和计算的准确度、稳定性将直接影响小车的控制和运行。下图是实际运行中出现的情况，白

块表示感应到白线的传感器。传感器的排列比较密，可能1~2个传感器都能踩到白线；转弯处车身倾斜甚至2～3个传感器都能踩到黑线。应该求白线的中心位置作为结果。