基于视觉的危险环境探测小车与设计_田凯_摘要版研究报告.doc

基于视觉的危险环境探测小车研究与设计 1 绪论 机器人作为人类20世纪最伟大的发明之一，在短短的40年内发生了日新月异的变化。 本文介绍了，并进行了核心器件的选择。对各功能模块进行了设计与实现，如完成。2基于视觉的危险环境探测小车的总体设计 2.1系统体设计 其控制系统结构如图2-1。 2.1.1系统硬件设计 本设计采用自顶向下的设计方法，将本系统的功能进行了合理的划分，使其每一部分分别完成较小的任务，形成应用系统常用的结构形式积木式结构框架有利于功能的扩大和更换，增加了系统的灵活性。MC9S12XS128单片机作为主控芯片。系统主机硬件框图如图2-2所示，被控小车硬件框图如图2-3所示。 图2-1 系统结构图 图2- 基于视觉的危险环境探测小车主机硬件框图 图2-硬件框图 2.1.2系统软件设计 软件流程框图如图2-所示  图2- 图2-  本系统中，主控制器主要用于向被控小车发送控制命令，并接收小车传回来的危险环境温湿度、空气质量、小车电池电量、小车速度、小车周围障碍物等数据。主控制器接收到数据处理后并在液晶屏上显示出来。系统的主控制器采用ATmega16作为主控芯片。 3 系统硬件功能模块的设计与实现 3.1功能模块 电源功能模块设计与实现 LM2596S开关电压调节器LM2596S是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性固定输出版本有3.3V、5V、12V，可调版本可以输出小于37V的各种电压。 图3-1 电源电路图 3.功能模块设计与实现 1.输入功能模块 在，其电路原理图如图3-所示。 图3-电路图 2输出功能模块 本中，选用金鹏电子的LCD128*64汉字液晶作为输出显示界面。它能显示字母、数字符号、中文字型及图形，足以满足本设计需要。LCD128*64液晶屏的电路原理图如图3-所示。电路  图3- LCD128*64接口电路图 图3- 通话指示灯电路图3.1.3蜂鸣器报警模块设计与实现 模块 图3-电路图 3.2功能模块 3.2度功能模块设计 由于系统既要对湿度进行测量，又要对温度进行测量，为了降低硬件和软件复杂度，节约成本，本设计采用DHT11温湿度传感器。 硬件电路如图3-6所示。 图3- 3.2.2 空气质量检测功能模块设计 本文采用MQ-2作为危险气体检测功能模块的主元件。特点 1)在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度 2)对液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高 3)长寿命、低成本 4)简单的驱动电路即可 其结构图如图3-。 图3-MQ-2结构图 2 危险气体检电路工作原理 图3- MQ-2可燃气体检电路原理图 3.2.3 障碍物检测功能模块设计与实现 因为在小车的前后都要加路障检测传感器，考虑成本，在本设计中选用红外线光电传感器。以透射式为例，接收光电管在没收到红外光信号时，光电管阻值较大，通过电阻分压连接到比较器的反向输入端，低于正向输入端的电压，比较器输出端为高电平，发光二极管；二极管亮。 图3- 红外线发射接收 3.2.4 测速模块设计与实现 通过速度检测，。 后轮的周长为20.9cm，轮子每转动圈，个脉冲发送给单片机的内部计数器。如果想知道当前机器人的行驶速度，只要看在程序规定的时间内检测到的脉冲数即可求得。 在实际程序设计中，设定的采集速度时间为10ms，而不是1s，因为1s的时间来采集当前速度周期太长，不能及时有效的对机器人行驶速度速进行控制。 3.2.5 小车电池电量检测模块设计与实现 在小车运行过程中，控制者必须实时监测小车电池电量，防止小车电池耗尽而无法从危险环境中回来。电量检测电路如图3-10所示。 图3- 3.3驱动功能模块 本设计中驱动模块包括前轮舵机驱动和后轮电机驱动两部分。 本设计使用的驱动电机型号为RS-380，工作电压7.2V，空载电流为0.5A，转速为16200r/min。在工作电流为3.3A，转速达到1460r/min时，工作效率最大采用BTS7960B作为机器人电机驱动芯片。其驱动电路如图3-1所示。 图3-1驱动电路 2.舵机驱动 舵机工作原理如下：减速齿轮组由电机驱动，其输出轴带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角线性地转换为电压并反馈给控制线路板，然后控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动电机正向或反向转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，从而达到使伺服马达精确定位的目的 图3-12舵机控制框图 图3- 舵机插头 如图3-13，当机器人转向时，微控制器向舵机的信号线发出PWM波，对其进行控制。 为使小车的转向更加灵敏，迅速。本设计对舵机进行了以下系列的机械结构改进。 (1) 舵机柄的长度加长到约为原来三倍。这样舵机轮转过相同的角度与没加长之前相比只需