智能小车的设计.docx

摘要当今世界，随着计算机技术、控制技术、信息技术的快速发展，工业的生产和管理也都向着自动化、信息化、智能化方向发展。如今，人们对于智能化的产品的理解越来越深入，对于智能产品的需求越来越大2。可以说今后相当长的一个时期都是智能化产品的发展黄金期。近几年，各地的创客教育、机粉人教育如雨后春外样迸发出来,这些教育都是困绕着智能化产品，智能化开发技术为教育核心的3。为了让小孩/能够更加直观的了解到智能化产品、机器人的有关工作原理，我设计r该智能玩具小车。为了能够体现当今智能化产品的发展趋势，本智能玩具车是结合当下工业自动化中常用的，也是最为核心的有关技术。他们包括单片机技术、语音识别技术、光电口迹技术以及自动避隙技术等等。通过该型玩具可以让小孩子了解到当先较为先进与普遍运用的自动化技术，开发孩子的智力、拓展孩子的见识6.关键词：控制;信息:自动化：单片机：语音识别AbstractInt<1.ay'swor1.d.wi1.htherapiddeve1.opmentofcomputertechno1.ogy.contro1.techno1.ogyandinformationtechno1.ogy,industria1.productionandmanagementarea1.sodeve1.opingtowardsautomation.informatizationandintc1.1.igcncc.Nowadays.peop1.e'sunderstandingofinte1.1.igentproductsisgettingdeeperanddeeper,andthedemandforinte1.1.igentproductsisgrowing.Itcanbesaidthatafair1.y1.ongpcri<iin(hefuturewi1.1.bethego1.denperiodforthedeve1.opmentOfitne1.1.igentProdUCis.Inrecentyears,creativeeducationandroboticeducationhavesprungupa1.1.overthecountry.Theseeducationarccenteredaroundinte1.1.igentproducts.andinte1.1.igentdeve1.opmenttechno1.ogyisthecoreofeducation.Inordertoenab1.echi1.drentounderstandmoreintuitive1.ythere1.atedworkingprincip1.esOfinte1.1.igcntproductsandrobots.!designedtheinte1.1.igenttoycarInordertoreI1.ectIhCdeve1.opmenttrendoftoday'sintd1.igen1.PnK1.UCISJhiSinte1.1.igenttoycarisacombinationofcurrentindustria1.automationcommon1.yused,buta1.sothemostcoretechno1.ogy.T1.ieyinc1.udemicrocontro1.1.ertechno1.ogy,speechrecognitiontechno1.ogy,photoe1.ectrictrackingtechno1.ogyandautomaticobstac1.eavoidancetechno1.ogy.Thrghthistoy,chi1.drencan1.earnmoreadvancedandwide1.yusedautomationtechno1.ogy,deve1.optheirinte1.1.igenceandexpandtheirknow1.edge.Keywords:coniro1.,iiifonnatioii.auKHnation.microconIniIIer1Speechrecognion1触1.1智能小车的概述随若嵌入式技术、单片机技术、以及移动通信技术和语音识别技术的逐渐发展，实现一个智能化小车的设计已经不再是梦想也不再是一件卜分困难的是的事了。纵观国内外各种有关电子、嵌入式的大赛都有智能车项目，例如全国电子设计大赛、恩智浦智能车大赛等等都具有相关项目5。我们国家的各大工科院校在此方向也都十分的积极。在社会上不断涌现出的创客教育也是偏向于此。根据本论文题目，本设计是一款智能化的玩具小车，设计定位紧跟当今技术前沿，面对人群是儿童以及从事或者智能化设计行业的青年学生。智能玩具车是在普通小车车平台上加装语音识别模块、寻迹模块、超声测距模块以及测速码盘等模块，进而可以实现玩具车的一些新功能。下面就有关功能做如下分析：(1)光电寻迹；光电寻迹顾名思义就是可以控制小车沿着预定的轨道进行运动。(2)语音控制：语音控制功能是近几年才发展起来的新技术，目前国内做语音识别技术服务的主要由百度和科大讯飞两大厂家，该两家科技公司提供的技术服务的语音识别正确率高达百分之98以上。进两年市场上开始出现语音识别模块，使用该模块我们既可以离线地开发语音识别有关技术功能。语音识别技术用于此就是采用人的语言来控制小车的动作产°(3)智能避障功能：智能避障技术就是在小车遇到较大障碍或者在即将遇到较大障局时能够及时的停车或苕转向而避免碰撞.(4)遥控功能：该功能就是实现小车的远程操控。12智能小车的意义和作用首先本次设计的智能小车的定位为一款智能化玩具或者一个开放的技术平台.其作用是为广大热爱科技的青少年提供一款可以自己搭建的科技学习实践平台。通过该平台可以有助于我们学习有关智能化系统的技术，有利于青少年提高自身的动手能力以及搭建智能化系统的能力IO1.该智能化玩具小车是一款集成了当今社会中可以常见的智能化产品的有关核心技术，属于一个完整的自动控制系统。相对于传统的玩具，他具有更加有针对性的教白意义，而相对于市场上的智能化开发板更具有一定的趣味性、可操控性。该智能小车成本低，涉及的知识面广，易于拓展。对于培养青少年的实践能力都有一重要的意义11。13智能小车的发展现状随着传感测控技术、微型计匏机技术、人工智能技术等学科的迅速发展，玩具机器人正向智能化方向发展。智能玩具机器人控制系统包括计外机技术、自动控制技术、传感器技术和人工智能技术等。目前，开发模块化、功能强大、价格低廉的智能语音互动玩具已成为全国智能玩具的发屣趋势，而智能语音互动玩具在国内外市场占有巨大的市场。在全球，智能玩具领域几乎被美国、日本等国家垄断“在中国,智能玩具是一个新兴的领域，语音控制玩具将为玩具市场注入新的活力九1.4智能小车的发展方向智能小车作为一个智能化技术的开发、学习平台其本身的定位就是教育型、益智型的玩具。所以其发展方向就是紧跟当今技术的潮流，将有关的智能化技术模块化集成到小车当中，进而行利于人们学习、开发和推广13。2总体方案设计各功能模块分析选型2.1 主控系统主控系统是整个设计的核心，是整个玩具车的数据输入输出的中枢网络.一般主控系统都采用的可编程控制器。目前布场可以见到的主控模块分为如下三大方向，接卜.来一一论述。(I)P1.C可编程控制器；P1.C是可编程逻辑控制器的缩写，最初P1.C的诞生是来自于工业生产线的需要，早在上个世纪，人们就发现在生产线中使用大量的继电设备来实现生产线的有关控制逻辑是十分困难的，其困难主要体现在牛产线一旦安装调试完毕就很难在短时间被改动，这就影响生产线对于产品改动的需求，为了瞒足以上需求，工程师就研发出了P1.e来代杵维电设备来对生产线进行控制。共实P1.C可编程控制器内部的逻辑控制单元还是由单片机来完成的，单片机作为控制的核心，为了保证P1.C能够在较为恶劣的工业环境中稳定运行，一般P1.C内部都任用耐高温、防电磁、以及CPU冗余技术来完成整个运算控制系统的保护的。由于采用了以上技术，所以P1.C的工作状态是十分稳定的，当然其价格也是十分高的。(2)高端ARM芯片：高端ARM芯片墀于可安装操作系统的芯片，一般多用于于机、平板电脑等消费类电子产品.由于这类芯片的性能较高，其运行主屏可以达到一到两GHZ所以这类芯片大多都运行嵌入式1.inUX操作系统或者安卓操作系统.，由于该类芯片的性能较高，所以一般价格较高。(3)单片机；单片机属于控制器级别的芯片，单片机的性能比高端ARM芯片低，但是其搭建成本要低的多.单片机多采用C语言进行编程，使用起来十分的方便。雎片机的处理性能从几十兆赭兹到几百兆赫兹不等，常见的单片机型号有5】单片机、STM32单片机等。消费电子以及智能家电产品中多应川单片机。由于本设计的智能玩具车的控制系统较为简单，需要处理的数据不多，所以对控制器的要求不高。综合考虑本设计采用51系列单片机作为整个智能小车的主控芯片。其选用型号为STCI5F2K60S2。2.2电机驱动系统由于雉片机输出的电流十分的微弱，所以我们不能使用单片机直接驱动电机进而驰动小车的行走。一般电机的浜动方式主要分为如下两种。一种是采用继电器控制，即将电动机的电源端与继电器相连接，然后通过单片机控制维电器衔铁的通断进而控制电路的通断.采用维电器控制有两大优点，一是实现成本较低，实现起来I分的方便，另一个有优点就是可以实现较大功率的电流驱动。共缺点也是卜分明显的，那就是通断的响应速度较低，难以实现稳定的速度调节。另一种是采用可控硅或者集成驱动芯片。这种驱动方式可以实现较为稳定的速度调节。综合以上考虑，为了保证玩具车的运动平卷且可以实现PWM调速，这里设计采用1.298集成驱动芯片。1.298集成驱动芯片的接口电路如图27所示。通过1.298集成驱动芯片我们就可以将单片的IO口所输出的微弱的电信号放大为可以驱动小马达的电流了。图2-11.298接口电路2.3寻迹模块寻迹功能也是目前我们在智能化产品中能够常见到的，例如汽车的自动入库系统、自动送餐机器人以及工业生产线中常见的自动搬运机器人等。自动寻迹就是使机器乍按照某种预先规划好的然路进行移动，该运动方式在封闭的工业化环境中取得了良好的应效果。所以为了让使用人员能修更好的了解该技术这里将该智能车进行相关集成。智能寻迹技术主要有如下三大解决方案：(1)电磁才迹：电磁寻迹是以电磁传感器作为小车的寻迹模块，小车通过电磁传感器识别铺设于地面上的通有交变电流的引导线，通过采集信号并将信号转换为单片机可识别的数字信号来实现寻迹功能。(2)摄像头寻迹：摄像头寻迹的方法是采用线性CCD摄像头传感器采集铺石路面上的黑色的引导线，进而实现寻迹的。采用该寻迹方法实现寻迹具有较大的优点，其一是它识别的是简单的黑线，寸迹线较容易实现。再一个就是可以实现较远的寻迹距离，即机瑞可以提前发现、识别路线并提前做出决策。(3)光电寻迹：光电寻迹是采用光电传感器对路径中心引导线(即黑线)的有关信息进行检测，通过对车体两侧电机的转速进行有效控制，使其能够实现稔定、流畅的循迹功能。采用光电传感器进行寻迹是一种十分常见的寻迹方法，其实现的成本低廉，深受广大单片机爱好人员的喜爱。综合以上考虑，本设计决定采用光电传感器作为寻迹的功能模块。2. 4避障模块智能车的避障模块就是指当车接近障碍物或者撞到障碍物的时候车子能够自动的进行刹车或者进行换向。目前，自动避障功能被广泛的应用于自动扫地机器人中，汽车的主动制动系统等等。主动避障技术的解决方案H前主要如下两大方案：(1)超声波雷达测距系统：该方案简单说就是采用超声雷达进行测距，当检测到前方障碍物距离车身达到一定的距离是就好减速或者刹车，进而保证车免受碰撞伤害。该解决方案的成本价格较高，但是检测灵敏度高，可以