简易智能电动车系统设计

摘要
     本设计基于计算机控制技术、单片机技术、传感器技术、智能控制技术、机电一体化技术及机器人学研制了一个能自动寻线、识别并测量铁片、避障、自主规划路径的智能电动小车。论文分析了小车本体、主控系统、信息感知单元、驱动单元等模块的理论论证、设计与调试过程，并结合实际调试过程的分析，详细阐述了小车整个行驶过程中的运动参数的规划与实现。本设计在特色部分论文分析了以Mega8芯片为主基于概率分析的避障单元的设计与实现，串行扫描方式实现的人机接口，寻光雷达，小车位姿控制等内容。
     本设计的理论设计方案、调试方法、测试数据分析方法及设计中的特色与创新点等对自动运输机器人、家用清洁机器人、灭火机器人等自主及半自主机器人的设计与实现有一定的参考意义。
     关键词：两轮小车 光电寻线  PWM调速  寻光雷达  路径规划  自适应  位姿控制
Abstract
　　Based on the computer control theory, MPU technology, sensing technology, intelligent control theory, mechatronics and Robotics, we have designed a little intelligent electro-drive car which can trace black lines automatically, identify iron and then measure its size. This little car also have the ability of obstacle avoidance, route planning, distance measuring etc .
In our thesis, we give the details of the theoretic formulating, designing, debugging of our car's main body, it's main control system, it's information perceiving unit, driving unit and it's motion strategy. With the analysis of our debugging process, we give the planning of the car's motion parameters which must be considered during the car's whole task.
In Part 3, we show our innovative points: Probability analysis based obstacle avoidance unit, human-machine interface based on serial scanning method, light-seeking radar, and self-adaptive position control.
Finally, we think our work could have a profound influence on the design and implementation of fully-autonomy or semi-autonomy robot such as autonomic transport robot, fire-fighting robot, home clearing robot, etc.  
Keywords: 2-wheel vehicle, PWM, light seeking radar, route planning, self-adaptive
    
1 方案设计与论证
     根据题目的设计要求，小车要能自动寻线、检测金属物、避障、寻光、测距离以及在不同的区域控制自己的速度与行驶角度。我们把设计分为五个相对独立的部分，这样降低了设计的复杂度，使得整体条理更为清晰。这五个部分是：小车本体、主控单元、信息感知单元、驱动单元。
1.1 小车本体
　　小车行走机构的方案分析与选择：
    方案一  履带式行走机构：运行平稳、可靠，走直线效果很好；但结构较复杂、移动速度较慢，转弯过程的控制性能较差。
    方案二  腿式行走机构：可以走出多种复杂的路线，但结构复杂、运动中的平衡性和稳定性差、移动速度较慢。
    方案三  两轮式行走机构：结构简单、运动平稳、移动速度快、转弯性能好，且易于控制，适用于小功率的行走驱动。
    方案四  四轮式行走机构：结构简单、运动平稳、移动速度快、易于控制，但原地转弯性能不够好。
     通过对比赛中小车要完成的任务的研究以及对四种方案的对比，我们最终选择了两轮式行走机构。
    车体框架，基于设计要，我们以对称结构为基础设计。

基本要求
（1）电动车从起跑线出发（车体不得超过起跑线），沿引导线到达B点。在"直道区"铺设的白纸下沿引导线埋有1~3块宽度为15cm、长度不等的薄铁片。电动车检测到薄铁片时需立即发出声光指示信息，并实时存储、显示在"直道区"检测到的薄铁片数目。
（2）电动车到达B点以后进入"弯道区"，沿圆弧引导线到达C点（也可脱离圆弧引导线到达C点）。C点下埋有边长为15cm的正方形薄铁片，要求电动车到达C点检测到薄铁片后在C点处停车5秒，停车期间发出断续的声光信息。
（3）电动车在光源的引导下，通过障碍区进入停车区并到达车库。电动车必须在两个障碍物之间通过且不得与其接触。
（4）电动车完成上述任务后应立即停车，但全程行驶时间不能大于90秒，行驶时间达到90秒时必须立即自动停车。
2、发挥部分
（1）电动车在"直道区"行驶过程中，存储并显示每个薄铁片（中心线）至起跑线间的距离。

（2）电动车进入停车区域后，能进一步准确驶入车库中，要求电动车的车身完全进入车库。
　（3）停车后，能准确显示电动车全程行驶时间。
　（4）其它。

目录 2
简易智能电动车设计要求 3
一、任务 3
二、要求 3
三、评分标准 4
四、说明 4
简易智能电动车设计论文 5
摘要 5
Abstract 5
1 方案设计与论证 6
1.1 小车本体 6
1.2 主控单元 6
1.3 信息感知单元 7
1.4 驱动单元 8
1.5 人机接口单元 8
1.6策略的选择 8
2 理论设计 10
2.1 小车本体设计 10
2.2 小车主控系统设计 11
2.3 信息感知单元的设计 13
2.4 电机驱动单元 19
3 特色与创新 20
3.1 串行扫描实现的人机接口 20
3.2 避障单元的设计 20
3.3 寻光雷达及小车位姿控制 20
4 调试过程及测试数据分析 21
4.1 调试仪器仪表 21
4.2 调试数据及分析 21
参考文献 23