（终稿）智能清障小车设计（全套完整有CAD）

整个过程只是通过机械手夹住障碍物，而不是仅仅通过机械手就达到清障目的，故设计中的机械手只起到夹持物体作用，对其要求只有夹持器范围，夹持力并无要求，只要夹住便可，设计模型使用的机械手见图。

机械手控制电路介绍本课题设计的机械手通过个舵机驱动，控制电路如图红圈中所示，所使用的单片机先接上拉电阻，然后直接与舵机的信号线连接即可。

由于单片机口提供的电流有限，无法驱动机械手使用的舵机，所以通过上拉电阻，为舵机提供足够大的驱动电流。

图舵机控制电路舵机电路虽然简单，但编程还是比较复杂的。

舵机必须通过信号控制，具体的数据如图所示，舵机的控制信号是周期的脉宽调制信号，其中脉冲宽度为，相对应舵盘的位置为度，呈线性变化，也就是说，给它提供定的脉宽，它的输出轴就会保持在个相对应的角度上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供另外个宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的位置上，详细参见表。

值得注意的是舵机的响应时间对于控制非常重要，方面可以通过修改周期获得，另方面也可以通过机械方式，利用舵机的输出转距余量，将角度进行放大，加快舵机响应速度。

图舵机工作信号表舵机角度控制表.单片机最小系统介绍单片机最小系统由复位电路时钟电路组成，单片机最小系统电路如图所示。

复位是单片机的初始化操作，其主要功能是使单片机从单元开始执行程序，除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为使单片机正常工作，也可以通过复位以重新启动。

复位操作有上电自动复位按键电平复位外部脉冲复位和自动复位四种方式，该最小系统采用上电自动复位方式，使复位端经电容与电源接通而实现。

时钟电路相当于“心脏”，为单片机提供时钟电平，所需晶振为。

图单片机最小系统单片机简介是美国公司生产的低功耗高性能位单片机。

器件采用公司的高密度非易失性存储技术生产，兼容标准指令系统及引脚。

它集程序存储器既可在线编程也可用传统方法进行编程。

光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的种阻值随入射光强弱而改变的电阻器，入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

在本课题中，当光线照射到白线上面时，光线发生强烈反射，光线照射到黑线上面时，光线反射较弱，利用光敏电阻在白线和黑线上的不同阻值，通过比较器将阻值转变成电信号反馈给单片机就能实现寻迹功能。

此方案的优点是光敏电阻价格低廉，技术成熟。

但光敏电阻受外界光照影响很大，不能稳定的工作，电路框图如所示。

图光敏电阻电路框图方案二用红外发射管和接收管制作的光电传感器。

红外对管是红外线发射管与红外线接收管配合在起使用时候的总称。

红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的红外线则表示是白线，若接收不到发射管发出的红外线则表示是黑线，通过比较器转换信号，继而向单片机反馈高低电平。

这样的传感器基本能满足要求，但其工作不稳定，容易受外界光线的影响，因此每次工作前必须根据传感器的反馈电压来调整比较器的比较电压范围，电路框图如所示。

图红外对管电路框图方案三采用型光电对管。

是种体化反射型光电探测器，其发射器是个砷化镓红外发光二极管，而接收器是个高灵敏度，硅平面光电三极管。

主要应用在游戏机复印机和办公自动化等设备中。

其优点是体积小结构紧凑较高灵敏度。

其缺点是测距有限，只有。

电路框图如图所示，该方案使用电路简单，编程也容易。

综合比较三种方案，根据制作的难以程度等因素，我们最终采用方案三。

.系统最终方案经过反复论证，我们最终确定了如下方案车体用购买的金属材料四轮驱动小车。

电动机械手作为清障工具。

采用点触开关监测路面障碍。

采用单片机作为主控制器。

以上所有模块中只有四个直流电机及驱动模块需电压，其它均为电压，必须注意的是舵机在工作时，电路中的电流会产生较大波动，对单片机可能产生影响。

方案采用单电源供电。

通过单电源对整个系统进行供电，即稳压直流电源部分对四个直流电机及驱动供电，另部分经过降压，对其它模块供电。

此方案的优点是减少机身的重量，操作简单，但当系统中个模块同时工作时，可能产生过电流太大，从而烧坏电压转换芯片，甚至烧坏单片机，且较大的电流波动影响单片机的稳定性。

方案二采用双电源供电。

通过两个独立电源对整个系统供电，即稳压直流电源部分对四个直流电机及驱动模块供电，另部分经过降压，对除舵机以外的其它模块供电，另电源单独对舵机供电，两电源共地连接。

此方案的优点是减少电路中电流波动，单片机具有更佳稳定性。

唯的缺点就是会增加小车的重量。

综合上述两方案的的优缺点，考虑单片机稳定性等要求，决定采用第二种方案。

障碍物识别单元方案论证方案采用超声波探测器。

超声波探测器利用超声波特有的指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远等特点，常用于距离的测量。

其工作原理是声波发射器向方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。

对于本课题，可以先设定时间，旦提前收到反射波，表明前方有障碍物，这样就能实现监测障碍物的功能。

超声波测距电路如图所示，其优点是测距远可靠性高，但是电路复杂，编程繁碎。

图超声波接收和发射电路图方案二采用型光电对管。

是种体化反射型光电探测器，其发射器是个砷化镓红外发光二极管，而接收器是个高灵敏度，硅平面光电三极管。

主要应用在游戏机复印机和办公自动化等设备中。

其优点是体积小结构紧凑较案论证机械部分主要是车体和机械手控制方式的选择电气部分主要有主控制器的选择，供电模块的设计，循迹传感器的选择，障碍物监测传感器的选择。

主要构成如图的系统，单片机最小系统作为整个系统的控制核心，寻迹电路模块反馈信号给单片机，通过控制直流电机驱动模块，从而实现电机的正反转，使小车按要求运动，障碍物监测模块实时监测黑线上是否有障碍物，旦触发，单片机控制清障单元模块清除障碍物。

图系统总体框图.系统方案论证车体方案论证方案自己制作车体。

自己制作的车体，般采用左右两轮驱动，后万向轮转向的方案。

即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流电机进行驱动，车体头部装个万向轮，当两个直流电机转向相反同时转速相同就可以实现车体的旋转。

但是制作车体的工具和材料有限，制作后的结构并不定能按设计尺寸进行，同时材料的局限性可能使得车体比较笨重。

方案二购买玩具车体。

购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮电机驱动电路等，其美观方便，只要制作所需电路板就可以方便的固定在车体上，能够稳定的实现小车运动，这种车体般都是四轮驱动，左侧两轮和右侧两轮分别为组，通过侧电机正转，侧电机反转实现小车转向，但电机般为玩具直流电机，力矩小，负载性能差，不能适应原地转向。

综合分析上述两方案，考虑到本设计制作的仅是模型，为了方便美观，所以选择方案二。

小车结构方案论证方案履带式小车。

履带式小车能适应各种复杂地形，其抓地力大，行驶速度稳定。

常用于工业领域，如履带式起重机履带式装载机履带式推土机等。

但是采用履带式的车体行驶速度慢，只能通过两侧履带轮同速反向转动实现转向，同时对电机要求也比较高，般玩具车电机负载能力小，不适用履带传动。

方案二轮式小车。

轮式传动化滑动为滚动，大大减少了摩擦阻力，行驶速度远大于履带式小车，常用于对行驶速度要求较高的领域中。

对于地形复杂的道路，通过加重车体，增加车底离地高度，轮式车辆也能在这些道路行驶，但其稳定性远不如履带式车体。

由于本课题所使用路面平整，采用直流电机驱动，对车速要求为.。

测装置，其顶部的桅杆式结构上装有全景照相机及具有红外探测能力的微型热辐射分光计。

火星车能够在火星上自主行驶，当火星车发现值得探测的目标，它会驱动六个轮子向目标行驶在检测到前进方向上的障碍后，火星车会去寻找可能的最佳路径。

类似火星车，以轮子作为移动机构，能够实现自主行驶的机器人，我们称之为智能小车，又称轮式机器人。

智能小车是个集环境感知规划决策，自动行驶等功能于体的智能轮式机器人，它集中地运用了计算机传感信息通信导航及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。

智能小车作为现代高科技的产物，是世纪的科技亮点之。

智能小车技术的发展，应该说它是科学技术发展的个综合性结果。

同时，它为社会经济发展产生了门有着重大影响的科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战后各国加强了经济的投入，而对轮式机器人的研究成果又提高了本国的经济的发展水平。

比如说日本战后开始进行汽车工业，这时候由于它人力的缺乏，它迫切需要种机器人来进行大批量的制造，提高生产效率降低劳动成本，这是社会发展本身的个需求。

另方面它也是生产力发展的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，人类在不断探讨自然认识自然改造自然过程中，需求种能够解放人的自动化装置。

那么这种自动化装置就是代替人们能够从事复杂和繁重的体力劳动，实现人们对不可达到的世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的个客观需要。

但另方面，尽管人们有各种各样好的想法，它也归功于电子技术，计算机技术及制造技术等相关技术的发展提供额强大技术保证。

目前，许多国家已经把智能小车方面的比赛作为创新教育的战略性手段。

智能小车涉及到多个学科，如电工机械自动控制人工智能传感技术等，是众多领域中的高科技。

智能小车比赛是种高科技对抗活动，各国专家学者通过这项竞赛，不断推进了轮式机器人方面的研究，通过不断改进轮式机器人寻址速度和算法研究，试图让轮式机器人更接近智能化，它集高科技娱乐和竞赛于体，引起了各国的广泛关注和极大兴趣，从而推动了轮式机器人的研究热潮。

智能化小车在国内研究现状我国智能化小车研究主要有以单片机为控制核心，结合多种传感器实现寻迹测速避障清障等功能基于的智能小车系统，即本地计算机通过接入小车实现对远端工作现场危险环境地段等特殊环境进行智能，清障，小车，设计，毕业设计，全套，图纸摘要智能小车在自动化生产线仓库管理机器人服务环境监测航空航天等领域有广泛的应用。

本文介绍了款集自动寻迹障碍物监测障碍物清除等功能于体的智能小车。

智能小车采用单片机为系统控制核心，利用反射式光电传感器检测识别黑线，通过比较器反馈高低电平信号给单片机，从而控制直流电机的运动，实现寻迹功能。

安装于车体前端的点触开关实时监测黑线上的障碍物，旦触发开关，拉低所接单片机口，触发外部中断，从而控制机械手夹持障碍物，配合小车运动，达到清除障碍物的目的。

本课题研制的智能小车样机实验证明了本文叙述的技术方案的有效性和正确性，可以为今后全国及省内电子大赛提供宝贵的经验。