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基于 WIFI 的多传感器小车控制系统设计
发布日期:2018-01-27  来源:控制工程   浏览次数:26
核心提示:欢迎投稿《控制工程》
随着科技的不断发展,人工智能的研究越来越受到瞩目,机器人在当今的各个
领域都有广泛的应用前景,它们可以代替人类完成繁重的体力劳动、危险的操
作以及生命救援等工作[3]。机器人小车也称为移动式或轮式机器人,通常具有
自动寻迹、避障、速度调节、测距、自身参数检测等功能。本文对基于 WIFI 的
多功能机器人小车控制系统进行了设计研究, 整个系统结构简单,可扩展性强,
具有广泛的应用价值。
1 系统总体结构
智能小车控制系统主要由微控制器电路、电源电路、四轮驱动电路、循迹
模块、红外避障模块、超声测距模块、WIFI 路由以及单片机外围常用电
路包括按键、蜂鸣器、数码管显示构成[4]。上位机 PC 机要求具有 WIFI 功
能或者外接独立的 WIFI 通信模块。系统总体结构框如图 1。
图 1 系统总体结构框图
2 下位机硬件电路
2.1 微控制器电路
微控制器是智能小车的核心,控制和协调各部分功能模块。本设计中微控
制器采用 STC89C52 单片机,它是 STC 公司的一款低功耗、高性价比的
CMOS 控制器[1],具有 8K 可编程 FLASH,512 字节的 RAM,32 位 I/O
口线,看门狗定时器,3 个 16 位定时器/计数器,四个外部中断,全双工
串行口,价格低廉,性能可靠,完全可以满足智能小车控制系统的设计要
求。STC 单片机 UART 通用串口兼顾下载程序的功能,程序下载电路如图
2 所示。
图 2 程序下载电路图
如 图 芯 片 CH340 将 USB 电 平 转 换 为 单 片 机 串 口 的 TTL 电 平 ,
STC89C52 的 UART 串行通信口 P3.0、P3.1 分别连接到 CH340 的
TXD-2、RXD 管脚,图中的二极管 D6 用于防止 CH340 芯片一侧的电源
进入单片机,使得单片机不能彻底复位,导致下载程序失败。程序下载与
串口通信不能同时使用,当进行程序下载时要拔掉上位机与单片机进行通
信的串口连接线。
2.2 电源电路与四轮驱动电路
机器人小车可随意行走的特点使得它必须采用电池供电,四轮驱动需
要电流较大,因此采用 2 节可充电电池作为小车电源,电池电压 7.2V 经
7805 降压后为主控板和 wifi 路由器提供 5V 电源。7.2V 电压同时作为电
机驱动电压。
四轮驱动的小车车身动力分布比较均匀,超控性好,不会出现甩尾现
象,也减少了车身打滑。该设计中电机驱动芯片采用 L293D 内含两个 H
桥的高电压大电流全桥式驱动器,可以同时驱动两台直流电机。左侧两个
车 轮 的 驱 动 电 路 如 图 3 所 示 , 图 中 OUT1 、 OUT2 连 接 左 前 电 机 ,
OUT3 、 OUT4 连 接 左 后 电 机 , IN1 、 IN2 分 别 连 接 单 片 机 的
P1.0、P1.1,当 IN1=0,IN2=1 时左侧车轮正转,当 IN2=1,IN1=0
时,左侧车轮反转,EN1 连接单片机的 P1.2 管脚,用于小车调速。右侧
车轮同理。
图 3 电机驱动电路
2.3 不怕光避障
寻迹传感器采用红外发射接收对管[2],安装在车底部距离地面很近,受
自然光的影响小,而避障传感器不同,安装在小车车头的两侧,如果采用普
通的红外对管作为避障传感器,有强光照射时,性能发生很大的改变,抗干
扰性大大下降。该设计中避障传感器发射端采用发射固定频率红外信号,接
收端采用一体化红外接收器,这样将不受日光的影响,提高了抗干扰性。避
障检测电路如图 4 所示, 74HC00 为集成的四与非门,构成周期性多谐震荡
电路,震荡周期为 T=2.2∗C 21∗(R31+R33) ,调整滑动变阻器 R31,将震
荡周期调节为 26ms 左右,即震荡频率 38KHZ。上电后,发射电路不断的发
射 38KHZ 的频率的红外光,前方有障碍物返回,一体化红外接收管
HC0038 接收到反射回来的红外波,输出低电平送给单片机,如果前方没有
障碍物,红外光无法返回,接收管输出高电平。单片机通过查询 OUT 输出端
的电平检测是否有障碍物,并及时的做出反应。
 
 
 
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