参赛 自动跟随小车系统设计包含跟随小车和移动目标携带装置 电路方案

项目简介: 自动跟随小车系统由两部分组成:跟随小车和移动目标携带装置。 工作原理: 跟随小车系统通过无线通信模块发送寻找信号,同时超声波接收器开始计时,如果移动目标接收到无线寻找信号,则立即发送超声波信号。这样小车的三角超声波接收器陆续收到超声波信号,CPU通过每个超声波模块接收到的时间,计算出移动目标到3个超声波接收点的距离,通过三边定位算法即可确定移动目标的位置。如果计算出来的距离大于设定距离,则控制电机向目标方向移动,如果计算出来的距离小于设定距离,则控制电机停止,从而实现小车的自动跟随功能。 硬件说明: 小车硬件设计: 自动跟随小车硬件模块包括控制器模块、无线收发模块、超声波接收模块、电机及电机驱动模块、报警模块、电源模块组成,下面对每个模块做具体介绍。 由于跟随小车需要进行实时目标位置定位计算、无线信号收发处理、电机管理、电源管理等任务 ,采用普通单片机其资源及速度难以满足使用要求,需要高性能DSP处理器才能够完成,因此选择STM32F103RCT6作为控制器。 无线收发是用来实现同步,当小车发射无线信号,同时人手携带装置接收到无线信号时,人手携带装置发射超声波。所以本次设计选用NRF2401做为无线收发模块。 NRF2401各引脚功能为: (1)CSN:芯片的片选线,CSN为低电平工作。 (2)SCK:芯片控制的时钟线(SPI时钟)。 (3)MISO:芯片控制数据线 。 (4)IRQ:中断信号,无线通信过程中MCU主要是通过IRQ与NRF2401通信。 (5)CE:芯片的模式控制线。 (6)MOSI:芯片控制数据线。 超声波接收模块是采用具有单独接收功能的模块,如图所示。其中接收模块核心部分是由专用超声波接收集成电路TL852构成的超声波信号检测电路,这部分主要完成的是回波的检测和放大。 直流电机的控制很简单,性能出众,直流电源也容易实现。这种直流电机的驱动及控制需要电机驱动模块进行驱动,采用L298N电源模块。 系统电源采用7.4V可充电锂电池。7.4V锂电池组属于多串并锂电池组。 目标携带装置硬件设计: 由于跟随小车需要进行实时目标位置定位计算、无线信号收发处理、电机管理、电源管理等任务 ,采用普通单片机其资源及速度难以满足使用要求,需要高性能DSP处理器才能够完成,因此选择STM32F103RCT6作为控制器。 无线收发是用来实现同步,当小车发射无线信号,同时人手携带装置接收到无线信号时,人手携带装置发射超声波。所以本次设计选用NRF2401做为无线收发模块。 超声波发射模块是采用具有单独发射功能的模块,如图所示。其中发射模块中的P1 、R4、R5。因为利用了变压器和发射头的谐振,好处是能得到近似正弦波。但附带的问题是:在驱动信号停止后,由于谐振的原因,发射头还会持续较长时间发射,直至能量在变压器的次级线包直流电阻上消耗完,这样就导致在近距离测量时,回波都到了,余波还未结束,导致测量失败。所以设计了一个余波抑制电路,将变压器初级构成回路,利用初级较小的电阻快速消耗掉次级的能量。为此,要多占一个MCU的I/O口。而且,由于驱动电压的原因,必须使用OC(或者开漏)驱动,否则会无法可靠关断P1,导致正常发射不正常。如果测量的距离较远,或者觉得余波不影响测量,则不必接这个信号。如若使用,一定要注意和发射驱动信号的配合,不要两个同时有效,导致发射效率大减。从原理图上看,如果要提高驱动能量,可以适当提高驱动电压,但要要注意MOS管的耐压只有20V,发射头的最高电压是80V。 目标携带装置电路连接图: 小车硬件电路连接图: 软件说明见附件! 小车整机展示: 目标携带装置展示: 整机测试图: 【转载自电子发烧友】