一种基于AVR单片机的太阳能自动避障光电导航小车

一种基于AVR单片机的太阳能自动避障光电导航小车 一种基于AVR单片机的太阳能自动避障光 电导航小车 高新技术SC}ENCE&丁ECHNOLOGY,一2011NO.01墨圆 一 种基于AVR单片机的太阳能自动避障光电导航小车 夏学凝李丽娟王智儒 (长春理工大学光电工程学院长春130022) 摘要:本文介绍了一种r~AVR单片杌为核心的自动避障小车,充分利用单片杌上的ADc,PwM等各种功能模块使整个电路大为简化,并 辅以太阳能电池供电和光电导航技术使之实现规定范围内的自动避障功能.文中重点介绍了导航,避障以及太阳能电池供电的##. 关键词:光电导航ATmegal6太阳能电池板传患器自动避障 中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1672--3791(2011)01(a)一000l一01 近年来,光伏产业发展迅速,国内外对 太阳能交通工具的研究方兴未艾.与传统的 交通工具相比,太阳能汽车具有环保,清洁 和可持续发展等优点,可以说是真正”零排 放的交通工具.本文以小车为例,介绍一种 以太阳能给小车供电并由多种光电器件共 同实现自动导航避障的自动控制系统. 1车体结构 全车采用正四面体框架模块化设计,并 选用铝制材料.这样做的优点是大大降低了 车体的重量,可以更灵活的行进.动力方面, 以两台直流电机带动两个主动轮,主动轮处 于车体前端,车尾后置一万向从动轮.通过 分别控制两个电机的转速从而分别控制两 个车体前进的方向.从动轮跟着前轮运动, 从而达到转弯的目地.外型如图1所示. 前 进 方 向 图1车体整体框架 1.主动轮2.探测制导与控制机构3.框 架4.太阳阵电池板5.万向从动轮 2各模块设计 2.1电源模块与电机的选择 小车供电系统的关键是太阳能电池和 电机之间合理的配置.本装置中采用的太 阳能电池板型号为无锡尚德太阳能有限公 司的产品Cb单晶STPO20B—l2/CEA8个太 阳能电池板串联成一组,然后两组并联.开 路电压达到21.7V,最优操作电压为17.6V, 最大操作电流1.14A,STC最大功率25w. 电动汽车使用的电动机有很多种类,而 直流电动机启动速度快,控制简单,很适合 小车的需要,所以选用了直流电动机.该直 流电动机最大功率为lOw,额定电压为10V. 通过测算实验,电机与电池配置合理可行. 2.2导航模块设计 系统完成导航任务的设备包括大口径 激光发射器X2,其中场中轴处前后端各放 置一具,均为绿光;车载激光探测器X2,置 于车体前端.激光探测器选用keyencelv- 2lA.在探测器头部加了滤光片,探测器尾 端加了反射镜.探测器经光电转换后的电 信号经滞回比较器滤波再被放大后送入控 制系统,作为电机控制的依据. 导航原理:当导航激光束照射在左右 探测器中间时小车做直线运动,当激光束 偏向其中一个探测器时,小车向另外一个 方向行驶.这样不是在绝对的直线情况下 光电探测模块}.——,l电机驱动模块光电开关组}主控模块与软件模 块l 主控芯片 7围<I逻辑模块>ATmegal6L 光电导航模块 图2控制系统 图3软件流程图 运动却可以保证在不遇到障碍的前提下始 终是向中轴的方向行驶. 2.3避障模块设计 使用三只E3F—DS30C4光电开关,分别探 测正前方,前右侧,前左侧障碍物信息.E3F— DS30C4光电开关平均有效探测距离0,30cm 可调,且抗外界背景光干扰能力强,可在日光 下正常工作.遇障碍物后,车载主动激光发射 激光信号被障碍反射,探测器接收反射信号, 进行避障动作.主动激光遇障碍反射,被避障 探测器接收(避障探测器要求有一定的避障距 离响应),小车接受信号后进行左侧转向,信号 消失(可加延迟)后右侧转向(单片机控制),单 片机一次0,当遇到下一个障碍,小车右 转向,信号消失后左转向,单片机记录一次l, 如此循环即可.为保证小车避障后能重新回 到导航状态下,需要在单片机软件里控制每 次避障车头转过的幅度. 3控制系统 选用Megal6作为核心控制器,控制系 统示意图如图2所示.使用Mega16自带PWM 模块功能的两个引脚PD4与PD3接电机驱 动芯片L298N的INl—IN4,实现对电机驱动 芯片的控制,并通过占空比的分配进而控 制电机的转动速度,使小车可以转向.PD0 引脚接L298N使能端.使用Megal6的PB0- PB2与经过电平转换的探测器信号线相接, 实现对障碍物信息的采集.避障信息由光 电开关组产生,由3个三极管作为选通开 关,经逻辑运算后接入单片机.使用PAO- PA3引脚按导航模块,用来接收导航信号. 4软件流程 在软件设计上采用实时扫描并嵌套中断 的总体思路.在执行导航程序同时对避障信 号进行实时扫描监视,一旦发现避障信号,程 序进入中断处理控制电机转过一定的角度, 而后再继续执行导航程序.程序流程如图3. 5结语 本设计在硬件上采用多种光电探测器与 传感器,对于有限范围内的无接触定位导航理 论在实际中的应用有着一定的指导意义.其中 太阳能供电方法与电机的匹配为小型自动控 制的太阳能供电提供了有效的理论依据. 参考文献 [1】高月华.基于红外光电传感器的智能车 自动寻迹系统设计【J】.光电技术应用, 2009,30(1). 【2】李任清,施卫红,连细建.智能搬运车 [J】.湖北师范大学,2009(9). 科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION