專利名稱：一種基于超聲波的模型車跟蹤行駛控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及模型車智能化控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于超聲波的模型車跟蹤行駛控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著近年來高集成度與高速數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展，控制技術(shù)取得不斷進(jìn)步，再加上更先進(jìn)的制造工藝的不斷產(chǎn)生與完善，從而使得模型車智能化控制領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地的變化。同時(shí)電子技術(shù)，信息技術(shù)在模型車方面的大量應(yīng)用，使得模型車在自動控制方面有了深遠(yuǎn)的進(jìn)步，進(jìn)一步推動了模型車的技術(shù)朝著自動化，智能化的方向發(fā)展。而模型車的自動跟蹤行駛功能的實(shí)現(xiàn)，又將是智能車朝著自動化及智能化發(fā)展的又一大進(jìn)步。雖然市場上現(xiàn)有各類自動行駛以及人工控制的模型車，但自動跟蹤行駛的產(chǎn)品市場上寥寥無幾。自動跟蹤行駛功能不僅能夠應(yīng)用在模型車領(lǐng)域，同時(shí)也可以應(yīng)用于當(dāng)前城市交通下的實(shí)際車輛。
發(fā)明內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種基于超聲波的模型車跟蹤行駛的控制裝置，該裝置可解決模型車自動跟蹤行駛的控制問題。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采用以下的技術(shù)解決方案予以實(shí)現(xiàn)一種基于超聲波的模型車跟蹤行駛控制裝置，包括模型車，其特征在于，在模型車的前端設(shè)置有超聲波發(fā)射換能器，模型車的車架上設(shè)置有單片機(jī)，在單片機(jī)上連接有轉(zhuǎn)向舵機(jī)和車速控制器，超聲波發(fā)射換能器與單片機(jī)相連接。本實(shí)用新型的其它特點(diǎn)是所述超聲波發(fā)射換能器采用HY-SRF05超聲波換能器。所述的單片機(jī)采用Atmel公司生產(chǎn)的ATMEGA16單片機(jī)。其能實(shí)時(shí)的接收超聲波單元所傳送過來的信息，并對這些信息進(jìn)行快速準(zhǔn)確的處理，然后向驅(qū)動電路輸出處理后的控制信號。所述車速控制單元由H橋單元與電機(jī)驅(qū)動單元組成，其能實(shí)時(shí)的接收自動控制單元所輸出的控制信號，然后根據(jù)控制信號來控制模型車的速度。本實(shí)用新型的模型車自動跟蹤行駛的控制裝置，通過超聲波傳感器采集的到前車的位置與距后車的距離，把信息傳遞至自動控制單元。數(shù)據(jù)由自動控制單元處理后，通過 H橋控制電機(jī)，和舵機(jī)轉(zhuǎn)向，對后車的行駛速度與行駛方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)后車的順利跟蹤。這種控制方法具有制作方便，電路簡單，響應(yīng)快速，控制準(zhǔn)確，成本低等特點(diǎn)。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為超聲波模塊的安裝位置圖；[0013]圖3為超聲波模塊與AVR單片機(jī)連接示意圖；[0014]圖4為超聲波發(fā)射原理圖；[0015]圖5為超聲波接收原理圖；[0016]圖6為自動控制單元的引腳接線原理圖；[0017]圖7為H電路的電路原理圖。[0018]
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
[0019]參見圖I所示，為本實(shí)施例給出的一種基于超聲波的模型車跟蹤行駛控制裝置。
包括模型車，HY-SRF05超聲波發(fā)射換能器(包括超聲波發(fā)射，超聲波回波信號接收)， ATMEGA16單片機(jī)，轉(zhuǎn)向舵機(jī)和車速控制器。參見圖2所示，HY-SRF05超聲波換能器有三個(gè)超聲波傳感器，分別設(shè)置在車前端左、中、右處。HY-SRF05超聲波換能器的感應(yīng)角度為15.6°，探測距離為2cm 450cm，精度高達(dá)0. 2cm,盲區(qū)僅為2cm。設(shè)置在車前端的三個(gè)超聲波傳感器分別為I號、2號和3號傳感器，三個(gè)傳感器所覆蓋的區(qū)域?yàn)镮號區(qū)域，2號區(qū)域和3號區(qū)域。當(dāng)前車直行時(shí)，車上的三個(gè)超聲波傳感器都可以接收到信號；當(dāng)前車左轉(zhuǎn)時(shí)，后車的I號和2號，或者只有I號傳感器可以接收到信號； 當(dāng)前車右轉(zhuǎn)時(shí)，后車的2號和3號，或者只有3號傳感器可以接收到信號。當(dāng)I 3號傳感器都可接收到信號時(shí)，ATMEGA16單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向舵機(jī)保持不打舵狀態(tài)；當(dāng)I號和2號，或者只有I號傳感器可以接收到信號時(shí)，單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向舵機(jī)向左打舵；當(dāng)2號和3號，或者只有3號傳感器可以接收到信號時(shí)，ATMEGA16單片機(jī)控制轉(zhuǎn)向舵機(jī)向右打舵。與此同時(shí)根據(jù)超聲波傳感器傳至ATMEGA16單片機(jī)的信息，對H橋電路進(jìn)行控制， 以控制后車車速。自動控制單元采用Atmel公司生產(chǎn)的ATMEGA16單片機(jī)，其包含高性能、低功耗的 8位微處理器，512字節(jié)的EEPROM可擦寫10，000次，四通道PWM，8路10位ADC.參見圖3所示，為超聲波傳感器與ATMEGA16單片機(jī)連接示意圖。超聲波傳感器共有5個(gè)引腳，分別為VCC、TIRG、ECHO、OUT、GND。其中VCC端為電源輸入端，GND端接地。 TIRG端連接ATMEGA16單片機(jī)PB5、ECHO端連接ATMEGA16單片機(jī)PA3，OUT端架空。整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī)ATMEGA16控制，超聲波傳感器采用收發(fā)分體式，分別是一支超聲波發(fā)射換能器TCT40-16T和一支超聲波接收換能器TCT40-16R。超聲波信號通過超聲波發(fā)射換能器發(fā)射至空氣中，遇被測物反射后回波被超聲波接收換能器接收。參見圖4所示，為超聲波發(fā)射部分。超聲波發(fā)射部分是為了讓超聲波發(fā)射換能器 TCT40-16T能向外界發(fā)出40kHz左右的方波脈沖信號。本實(shí)施例選用的超聲波傳感器為開放式探頭，發(fā)射電路主要由反相器74LS04構(gòu)成。由ATMEGA16單片機(jī)的I/O 口 PB5 口輸出 40KHz方波信號，一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波發(fā)射探頭的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波發(fā)射探頭的另一個(gè)電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波發(fā)射探頭的兩端，產(chǎn)生超聲波。電路中采用兩個(gè)反向器并聯(lián)以提高驅(qū)動能力。上拉電阻Rl、R2—方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波發(fā)射探頭的阻尼效果，縮短其自由振蕩時(shí)間。[0027]參見圖5所示，為超聲波接收原理圖。超聲波接收電路采用了集成芯片CX20106A， 這是一款紅外線檢波接收的專用芯片，內(nèi)部含有信號放大、帶通濾波、檢波等電路。超聲波傳感器接收的信號至輸入端I引腳；2引腳與GND之間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，改變RC的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性；3引腳與GND之間連接檢波電容；4引腳接地；5引腳用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率f0，通過電阻R接電源，阻值越大，中心頻率越低；6引腳與 GND之間接積分電容；7引腳輸出端，平時(shí)為高電平，接收到回波信號時(shí)下降成低電平，把它作為ATMEGA16單片機(jī)的外部中斷請求信號；8引腳接電源。CX20106A作為超聲波回波信號的檢測芯片，電路結(jié)構(gòu)簡單，且有很高的靈敏度和抗干擾能力，滿足了接收電路的要求。參見圖6所示，ATMEGA16單片機(jī)的引腳接線原理圖。把ATMEGA16單片機(jī)的10號管腳與電源正極相連，31號管腳與電源負(fù)極相連，PBl端口為舵機(jī)左轉(zhuǎn)信號端，PB3為舵機(jī)右轉(zhuǎn)信號端。PB5為超聲波傳感器信號輸出端,PA3 PA5為超聲波傳感器信號輸入端。PD4 為電機(jī)正轉(zhuǎn)信號端，PD5為電機(jī)反轉(zhuǎn)信號段。參見圖7所示，為H橋電路的電路原理圖。11，了2為8050三極管，了3，了4，為9013 三極管，T5，T6為8550三極管，Tl的基極1，接收極2和發(fā)射極3分別與T3的發(fā)射極3，T5 的發(fā)射極3，地相連接；T2的基極1，接收極2和發(fā)射極3分別與T4的發(fā)射極3，T6的發(fā)射極3，地相連接；T3的基極1，接收極2和發(fā)射極3分別與ATMEGA16單片機(jī)的PBl 口，T6的基極1，Tl的基極I相連接；T4的基極1，接收極2和發(fā)射極3分別與ATMEGA16單片機(jī)的 PB3 口，T5的基極1，T2的基極I相連接；T5的基極1，接收極2和發(fā)射極3分別與T4的接收極2，+5V, Tl的接收極2相連接；T6的基極1，接收極2和發(fā)射極3分別與T3的接收極 2，+5V, T2的接收極2相連接；直流電機(jī)的正極與Tl的接收極和T5的發(fā)射極相連接，負(fù)極與T2的接收極和T6的發(fā)射極相連接。當(dāng)ATMEGA16單片機(jī)信號端PB3 口輸出高電平信號時(shí)，三極管T4、T5、T2導(dǎo)通，使得舵機(jī)中經(jīng)過的電流方向?yàn)閺淖蟮接?。相反，?dāng)ATMEGA16單片機(jī)信號端口 PBl輸出高電平信號時(shí)，三極管T3、TI、T6導(dǎo)通，使得轉(zhuǎn)向舵機(jī)中經(jīng)過的電流方向?yàn)閺挠业阶蟆?br> 權(quán)利要求1.一種基于超聲波的模型車跟蹤行駛控制裝置，包括模型車，其特征在于，在模型車的車前端設(shè)置有超聲波發(fā)射換能器，模型車的車架上設(shè)置有單片機(jī)，在單片機(jī)上連接有轉(zhuǎn)向舵機(jī)和車速控制器，超聲波發(fā)射換能器與單片機(jī)相連接。
2.如權(quán)利要求I所述的模型車跟蹤行駛控制裝置，其特征在于，所述的超聲波發(fā)射換能器采用HY-SRF05超聲波換能器。
3.如權(quán)利要求I所述的模型車跟蹤行駛控制裝置，其特征在于，所述的單片機(jī)為 ATMEGA16單片機(jī)。
4.如權(quán)利要求I所述的模型車跟蹤行駛控制裝置，其特征在于，所述的車速控制器由H 橋單元與電機(jī)驅(qū)動單元組成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于超聲波的模型車跟蹤行駛控制裝置，包括模型車，在模型車的車前端設(shè)置有超聲波發(fā)射換能器，模型車的車架上設(shè)置有單片機(jī)，在單片機(jī)上連接有轉(zhuǎn)向舵機(jī)和車速控制器，超聲波發(fā)射換能器與單片機(jī)相連接。其能通過超聲波傳感器采集的到前車的位置與車的距離，自動控制單元接收到超聲波單元所傳送過來的信息，信息由自動控制單元對這些信息進(jìn)行快速準(zhǔn)確的處理，然后向驅(qū)動電路輸出處理后的控制信號，由車速控制單元和轉(zhuǎn)向舵機(jī)對后車的行駛速度與方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)后車的順利跟蹤。這種控制方法具有制作方便，電路簡單，響應(yīng)快速，控制準(zhǔn)確，成本低等特點(diǎn)。
文檔編號G05D1/02GK202351706SQ20112043008
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者劉凱, 房宏威, 李亭, 謝昊原, 高冰妍 申請人:長安大學(xué)