西南科技大學(xué) 熊 亮 王洪艷 王 梁 王文龍

多種信號采集的聲光智能小車研究

西南科技大學(xué) 熊 亮 王洪艷 王 梁 王文龍

基于AVR單片機為核心，進行包括循跡、避障、尋聲等多種信號采集方案的智能控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究，設(shè)計出一種集多種性能于一身的智能小車用以解決單一的信號采集方案存在的抗干擾能力差、信號不穩(wěn)定、容易產(chǎn)生誤判等一系列問 題。

AVR單片機；智能控制；多信號

隨著計算機技術(shù)、控制技術(shù)、信息技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)的生產(chǎn)和管理進入了自動化、信息化和智能化時代，智能化已經(jīng)成為時代發(fā)展的需要。在柔性自動化生產(chǎn)線、智能倉儲管理及物流配送等領(lǐng)域，當生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境惡劣時，人工不能完成的任務(wù)如物料運輸和裝卸等，可采用智能小車的循跡避障系統(tǒng)完成相應(yīng)的任務(wù)?；谏a(chǎn)現(xiàn)場和日常生活的實際需要，研究和開發(fā)智能小車系統(tǒng)具有十分重要的意義。

一、光控部分

此設(shè)計部分主要是通過調(diào)制光源或特殊光源控制小車移動，實現(xiàn)在車間環(huán)境、高速公路、建筑工地等環(huán)境內(nèi)工件、貨物等的光引導(dǎo)無軌運輸。

1.基本思路：基于脈寬調(diào)制直流電動機控制原理的機電一體化機器人設(shè)計與制作。

2.技術(shù)關(guān)鍵：經(jīng)該實驗制作出的機器人以小型數(shù)字集成電路為控制單元，以光敏電阻為傳感單元，以直線電機為動力單元，可以實現(xiàn)以光線發(fā)生器為無線引導(dǎo)裝置的二維自由運動。

3.技術(shù)分析：本項目主要是以PWM電動機控制為基礎(chǔ)，開發(fā)一種可以追隨光源的智能小車，電位器用光敏電阻(LDR)取代。照射到傳感器上的光線得總量，決定了每一個電動機的速度，以及隨后機器人的運動方向，根據(jù)傳感器安放的方式不同，小車將會追隨或者避開光源。脈寬調(diào)制電動機控制，對于控制小型DC電動機的速度和轉(zhuǎn)矩來說，是很有效的。

圖1 J1和J2動作

圖2 紅外避障電路

4.創(chuàng)新點：(1)開發(fā)出一套偏差處理算法，利用此算法只需在小車前方放置三個光敏電阻傳感器可以檢測出前方180°視野范圍內(nèi)的光源位置；(2)分析傳感器檢測到的光源信號，根據(jù)光信號的強弱判斷小車與光源的距離，并決定小車行進速度及行進方向。

二、聲控部分

此設(shè)計部分主要在小車的控制系統(tǒng)中加入語音識別系統(tǒng)，使控制者可以用語音對小車進行控制，產(chǎn)生相應(yīng)的動作，而且小車和控制者還具有一定的交互功能。

控制者通過麥克風發(fā)出控制命令，該命令經(jīng)過語音識別模塊識別后，根據(jù)控制信號的類型產(chǎn)生一個8位的控制碼，語音識別模塊通過端口將控制碼輸出至無線發(fā)送模塊，然后語音識別模塊發(fā)出控制信號，控制無線發(fā)送模塊將該控制碼以無線電波形式發(fā)送出去，車載控制部分接收到后便控制小車產(chǎn)生預(yù)期的動作。

如果由麥克風錄入的單詞與存儲器原有單詞相匹配，對應(yīng)的PA輸出口有效，并驅(qū)動斷電器器，電機運動。在本設(shè)計中，智能車主要有“前進”(J1)、“后退”(J2)、“左轉(zhuǎn)”(J3)、“右轉(zhuǎn)”(J4)“停止”等幾種動作。其中，“停止”定義為clearOutput，其他依次定義為PA1、PA2、PA3。以“前進”(J1)和“后退”(J2)為例，如圖1所示。

三、壁障部分

1.紅外壁障電路

D1發(fā)射紅外線，D2接收紅外信號。LM567第⑤、⑥腳為譯碼中心頻率設(shè)定端，一般通過調(diào)整其外接可變電阻W改變捕捉的中心頻率。紅外載波信號來自LM567的第5角，也即載波信號與捕捉中心頻率一致，能夠極大的提高抗干擾特性。當接收到的紅外載波信號和捕捉中心頻率一致時，說明不是干擾，LM567的第8角輸出低電平，如圖2所示。

2.音頻譯碼器LM567作用要領(lǐng)

(1)LM567輸出部分與普通數(shù)字IC等有所不同，其內(nèi)部是一個集電極開路的NPN型三極管，使用時，⑧腳與正電源間必須接一電阻或者其它負載，才能保證IC譯碼后輸出低電平。(2)實驗表明：LM567接通電源瞬間，⑧腳會輸出一低電平脈沖。因此，用于作遙控器譯碼控制時，應(yīng)在輸出端后加裝RC積分延時電路，以免每次斷電后，重新復(fù)電時產(chǎn)生誤動作。(3)LM567第⑤、⑥腳為譯碼中心頻率設(shè)定端，一般通過調(diào)整其外接可變電阻W改變頻率，經(jīng)筆者實驗發(fā)現(xiàn)，當W阻值變?yōu)?Ω或無限大時，⑧腳電平狀態(tài)即使無信號輸入時也會變?yōu)榈碗娖?，因此，在調(diào)整W時，不能使其短路或開路。(4)LM567的工作電壓對譯碼器的中心頻率有所影響，故最好采用穩(wěn)壓供電。(5)LM567②腳外接電容決定著鎖相環(huán)捕捉帶寬，容量越小，捕捉帶寬越寬，但使用時，不可為增大捕捉帶寬而一味減小電容容量，否則，不但會降低抗干擾能力，嚴重時還會出現(xiàn)誤觸發(fā)現(xiàn)象，降低整機的可靠性。

當D2接收到D1發(fā)射出經(jīng)反射物反射的信號，D3發(fā)光，輸出端U01(LM567)的8腳輸出低電平。

3.創(chuàng)新點

紅外線發(fā)射部分不設(shè)專門的信號發(fā)生電路，而是直接從接收部分的檢測電路U01的5腳引人信號，此信號是U01鎖相音頻譯碼器的鎖相中心頻率，這樣既簡化了線路和調(diào)試工作，又防止了周圍環(huán)境變化和元件參數(shù)變化對收發(fā)頻率造成的差異，實現(xiàn)了紅外線發(fā)射與接收工作頻率的同步自動跟蹤，使電路的穩(wěn)定性和抗干擾能力大大加強。

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[2]林志翔.肖寶森.新型多功能智能小車的設(shè)計與應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù).

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[4]王煜東.傳感器應(yīng)用技術(shù)[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2006.

注：西南科技大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新基金項目（項目編號：CX11-115）。

本文導(dǎo)師：孫濤，男，西南科技大學(xué)講師，主要研究方向：儀表技術(shù)及傳感器，人工智能控制。