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简易智能电动车

  • 简介:(字数:5001 页数:11)摘 要: 本设计是以Cygnal公司的高速MCU作为实现简易智能电动车的检测和控制核心。以尽可能少的使用硬件,充分利用软件资源来实现题目要求为设计宗旨。利用红外对管侦测跑道上的黑色轨迹,以及记录车轮转过的圈数。利用接近开关实现...
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(字数:5001 页数:11)摘 要: 本设计是以Cygnal公司的高速MCU作为实现简易智能电动车的检测和控制核心。以尽可能少的使用硬件,充分利用软件资源来实现题目要求为设计宗旨。利用红外对管侦测跑道上的黑色轨迹,以及记录车轮转过的圈数。利用接近开关实现了对金属的探测。为了能准确的找到光源并到达车库,根据仿生学原理利用人眼判别光强弱的方法将多个硅光电池组成了视角接近270度的电子眼。在动力方面通过四臂电桥来进行PWM控制,以此实现了双向的无级调速和电子刹车。通过一套精确的软件算法,实现了小车的跟踪轨迹,探测金属物体,躲避障碍物等一系列的动作。并通过液晶屏显示了金属数目,位置,行驶时间等状态信息。为了克服直流电机电刷所带来火花干扰,设计中使用了可靠的滤波方法。并使用了两套电池组,将动力电源和控制电源分开,确保了控制部分的稳定工作。

一.方案分析与论证:
根据题目的要求,初步分析完成本题目需要以下几个模块:
检验识别模块(包括引导线判别模块,电磁检测模块,光源敏感模块),单片机控制模块,动力和转向模块,声光显示模块,过程显示模块。
1.1 检验识别模块
1.1.1.引导线识别模块:
方案 1 应用红外线传感器,通过红外
敏感端对不同颜色的感光能力的不同,
可以很容易的辨别白纸上的黑色引导线,
电路容易实现且原理简单,并可以通过
调节感光端三极管的限流电阻来调节感
光距离,以此来避免不必要的干扰。 图一
方案 2 通过普通发光二极管和光敏二极管(三极管)来实现,但受自然光影响严重,且方向感不强,很容易造成判断误差。
在开始的设计中使用了三个红外线传感器,但在后来的实践中发现用两个传感器同样能实现题目要求,根据硬件最简的原则,在本设计中选择方案1。
1.1.2电磁检验模块
方案 1 应用涡流式传感器,该传感器通过金属对涡流磁场磁力线的切割产生感应电流,达到探侧金属的目的。它的精度高且应用范围广,但因为涡流电场产生在线圈里所以一般的涡流传感器的探测范围很小。
方案 2 霍尔传感器,它利用在闭合回路中金属切割磁力线产生的感应电流来识别地上的金属。但在未知金属形状及切割磁力线的方式时,很难判断感应电流的大小,就无法有效的设置域值,使它的抗干扰能力较差,并且它的精度也不高。
经过论证方案1为最终方案
1.2 动力和转向模块
方案 1 动力方面在单片机外围构建一个电阻网络,通过电阻的分压作用,对小车的速度进行控制。转向方面靠单刀双掷的继电器控制。如若这样做,动力和转向电路和原理简单,实施方便,但动力电路精度太差并且外电阻对电动机的分流作用使电源利用率太低。转向电路控制时时性太差,不能时时监控,也不稳定。
方案 2 动力方面采用PWM电路,通过单片机对全桥换流电路和占空比的调制来实现速度大小和前后控制,转向方面单片机也是通过桥臂电路控制,这样精度高并且稳定,可行性好,而且通过编程能实现人机分离,利于调试。
方案3 动力方面通过模型假设--模型建立--模型求解--模型分析--模型检验--模型应用的数学建模方法,对周边的环境进行测试然后单片机依靠D/A输出的模拟量对小车的速度控制,转向方面采用桥臂电路。本方案特点精确可靠稳定但电路过于复杂,并且数学建模需要对环境进行精确,多次的测量不利于大赛的时间。
综合以上分析采用方案2为本模块的最终方案。

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