专利名称：一种基于超声波的模型车跟踪行驶控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及模型车智能化控制领域，尤其涉及一种基于超声波的模型车跟踪行驶控制装置。
背景技术：
随着近年来高集成度与高速数字技术的快速发展，控制技术取得不断进步，再加上更先进的制造工艺的不断产生与完善，从而使得模型车智能化控制领域发生了翻天覆地的变化。同时电子技术，信息技术在模型车方面的大量应用，使得模型车在自动控制方面有了深远的进步，进一步推动了模型车的技术朝着自动化，智能化的方向发展。而模型车的自动跟踪行驶功能的实现，又将是智能车朝着自动化及智能化发展的又一大进步。虽然市场上现有各类自动行驶以及人工控制的模型车，但自动跟踪行驶的产品市场上寥寥无几。自动跟踪行驶功能不仅能够应用在模型车领域，同时也可以应用于当前城市交通下的实际车辆。
发明内容针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提供一种基于超声波的模型车跟踪行驶的控制装置，该装置可解决模型车自动跟踪行驶的控制问题。为了实现上述任务，本实用新型采用以下的技术解决方案予以实现一种基于超声波的模型车跟踪行驶控制装置，包括模型车，其特征在于，在模型车的前端设置有超声波发射换能器，模型车的车架上设置有单片机，在单片机上连接有转向舵机和车速控制器，超声波发射换能器与单片机相连接。本实用新型的其它特点是所述超声波发射换能器采用HY-SRF05超声波换能器。所述的单片机采用Atmel公司生产的ATMEGA16单片机。其能实时的接收超声波单元所传送过来的信息，并对这些信息进行快速准确的处理，然后向驱动电路输出处理后的控制信号。所述车速控制单元由H桥单元与电机驱动单元组成，其能实时的接收自动控制单元所输出的控制信号，然后根据控制信号来控制模型车的速度。本实用新型的模型车自动跟踪行驶的控制装置，通过超声波传感器采集的到前车的位置与距后车的距离，把信息传递至自动控制单元。数据由自动控制单元处理后，通过 H桥控制电机，和舵机转向，对后车的行驶速度与行驶方向进行调节，以实现后车的顺利跟踪。这种控制方法具有制作方便，电路简单，响应快速，控制准确，成本低等特点。
图I为本实用新型的结构示意图。图2为超声波模块的安装位置图；[0013]图3为超声波模块与AVR单片机连接示意图；[0014]图4为超声波发射原理图；[0015]图5为超声波接收原理图；[0016]图6为自动控制单元的引脚接线原理图；[0017]图7为H电路的电路原理图。[0018]
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
具体实施方式
[0019]参见图I所示，为本实施例给出的一种基于超声波的模型车跟踪行驶控制装置。
包括模型车，HY-SRF05超声波发射换能器(包括超声波发射，超声波回波信号接收)， ATMEGA16单片机，转向舵机和车速控制器。参见图2所示，HY-SRF05超声波换能器有三个超声波传感器，分别设置在车前端左、中、右处。HY-SRF05超声波换能器的感应角度为15.6°，探测距离为2cm 450cm，精度高达0. 2cm,盲区仅为2cm。设置在车前端的三个超声波传感器分别为I号、2号和3号传感器，三个传感器所覆盖的区域为I号区域，2号区域和3号区域。当前车直行时，车上的三个超声波传感器都可以接收到信号；当前车左转时，后车的I号和2号，或者只有I号传感器可以接收到信号； 当前车右转时，后车的2号和3号，或者只有3号传感器可以接收到信号。当I 3号传感器都可接收到信号时，ATMEGA16单片机控制转向舵机保持不打舵状态；当I号和2号，或者只有I号传感器可以接收到信号时，单片机控制转向舵机向左打舵；当2号和3号，或者只有3号传感器可以接收到信号时，ATMEGA16单片机控制转向舵机向右打舵。与此同时根据超声波传感器传至ATMEGA16单片机的信息，对H桥电路进行控制， 以控制后车车速。自动控制单元采用Atmel公司生产的ATMEGA16单片机，其包含高性能、低功耗的 8位微处理器，512字节的EEPROM可擦写10，000次，四通道PWM，8路10位ADC.参见图3所示，为超声波传感器与ATMEGA16单片机连接示意图。超声波传感器共有5个引脚，分别为VCC、TIRG、ECHO、OUT、GND。其中VCC端为电源输入端，GND端接地。 TIRG端连接ATMEGA16单片机PB5、ECHO端连接ATMEGA16单片机PA3，OUT端架空。整个系统由单片机ATMEGA16控制，超声波传感器采用收发分体式，分别是一支超声波发射换能器TCT40-16T和一支超声波接收换能器TCT40-16R。超声波信号通过超声波发射换能器发射至空气中，遇被测物反射后回波被超声波接收换能器接收。参见图4所示，为超声波发射部分。超声波发射部分是为了让超声波发射换能器 TCT40-16T能向外界发出40kHz左右的方波脉冲信号。本实施例选用的超声波传感器为开放式探头，发射电路主要由反相器74LS04构成。由ATMEGA16单片机的I/O 口 PB5 口输出 40KHz方波信号，一路经一级反向器后送到超声波发射探头的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波发射探头的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波发射探头的两端，产生超声波。电路中采用两个反向器并联以提高驱动能力。上拉电阻Rl、R2—方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声波发射探头的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。[0027]参见图5所示，为超声波接收原理图。超声波接收电路采用了集成芯片CX20106A， 这是一款红外线检波接收的专用芯片，内部含有信号放大、带通滤波、检波等电路。超声波传感器接收的信号至输入端I引脚；2引脚与GND之间连接RC串联网络，改变RC的数值能改变前置放大器的增益和频率特性；3引脚与GND之间连接检波电容；4引脚接地；5引脚用以设置带通滤波器的中心频率f0，通过电阻R接电源，阻值越大，中心频率越低；6引脚与 GND之间接积分电容；7引脚输出端，平时为高电平，接收到回波信号时下降成低电平，把它作为ATMEGA16单片机的外部中断请求信号；8引脚接电源。CX20106A作为超声波回波信号的检测芯片，电路结构简单，且有很高的灵敏度和抗干扰能力，满足了接收电路的要求。参见图6所示，ATMEGA16单片机的引脚接线原理图。把ATMEGA16单片机的10号管脚与电源正极相连，31号管脚与电源负极相连，PBl端口为舵机左转信号端，PB3为舵机右转信号端。PB5为超声波传感器信号输出端,PA3 PA5为超声波传感器信号输入端。PD4 为电机正转信号端，PD5为电机反转信号段。参见图7所示，为H桥电路的电路原理图。11，了2为8050三极管，了3，了4，为9013 三极管，T5，T6为8550三极管，Tl的基极1，接收极2和发射极3分别与T3的发射极3，T5 的发射极3，地相连接；T2的基极1，接收极2和发射极3分别与T4的发射极3，T6的发射极3，地相连接；T3的基极1，接收极2和发射极3分别与ATMEGA16单片机的PBl 口，T6的基极1，Tl的基极I相连接；T4的基极1，接收极2和发射极3分别与ATMEGA16单片机的 PB3 口，T5的基极1，T2的基极I相连接；T5的基极1，接收极2和发射极3分别与T4的接收极2，+5V, Tl的接收极2相连接；T6的基极1，接收极2和发射极3分别与T3的接收极 2，+5V, T2的接收极2相连接；直流电机的正极与Tl的接收极和T5的发射极相连接，负极与T2的接收极和T6的发射极相连接。当ATMEGA16单片机信号端PB3 口输出高电平信号时，三极管T4、T5、T2导通，使得舵机中经过的电流方向为从左到右。相反，当ATMEGA16单片机信号端口 PBl输出高电平信号时，三极管T3、TI、T6导通，使得转向舵机中经过的电流方向为从右到左。
权利要求1.一种基于超声波的模型车跟踪行驶控制装置，包括模型车，其特征在于，在模型车的车前端设置有超声波发射换能器，模型车的车架上设置有单片机，在单片机上连接有转向舵机和车速控制器，超声波发射换能器与单片机相连接。
2.如权利要求I所述的模型车跟踪行驶控制装置，其特征在于，所述的超声波发射换能器采用HY-SRF05超声波换能器。
3.如权利要求I所述的模型车跟踪行驶控制装置，其特征在于，所述的单片机为 ATMEGA16单片机。
4.如权利要求I所述的模型车跟踪行驶控制装置，其特征在于，所述的车速控制器由H 桥单元与电机驱动单元组成。
专利摘要本实用新型公开了一种基于超声波的模型车跟踪行驶控制装置，包括模型车，在模型车的车前端设置有超声波发射换能器，模型车的车架上设置有单片机，在单片机上连接有转向舵机和车速控制器，超声波发射换能器与单片机相连接。其能通过超声波传感器采集的到前车的位置与车的距离，自动控制单元接收到超声波单元所传送过来的信息，信息由自动控制单元对这些信息进行快速准确的处理，然后向驱动电路输出处理后的控制信号，由车速控制单元和转向舵机对后车的行驶速度与方向进行调节，以实现后车的顺利跟踪。这种控制方法具有制作方便，电路简单，响应快速，控制准确，成本低等特点。
文档编号G05D1/02GK202351706SQ20112043008
公开日2012年7月25日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者刘凯, 房宏威, 李亭, 谢昊原, 高冰妍 申请人:长安大学