智能无人轮式检测识别装置的制作方法

本实用新型属智能检测装置领域，尤其涉及一种智能无人轮式检测识别装置。

背景技术：

智能车辆是一个集环境感知、路径规划、辅助驾驶等功能于一体的综合控制系统智能车辆是一个集环境感知、路径规划、辅助驾驶等功能于一体的综合控制系统。从google智能城市汽车到总装地面无人平台，智能车辆正广泛地应用于军事、科研、家庭等方方面面，并以前所未有的速度改变着人们的生活。特定目标检测识别作为智能车辆自主导航中的一项关键技术，始终是国内外相关人员研究的热点。目前，智能车辆的检测识别手段普遍单一，易受到周围环境的干扰，因此大多需要进行人工干预，很难实现系统的智能化、无人化。

技术实现要素：

本实用新型旨在克服现有技术的不足之处而提供一种可靠性高，可移植性强，受周围环境干扰小，可实现自主循迹及避障的智能无人轮式检测识别装置。

为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的：

智能无人轮式检测识别装置，包括支撑架、主动行走轮及从动行走轮；在所述支撑架的中部上方固定设有主控模块；在所述支撑架的后部固定设有电源模块；在所述支撑架的前部固定设有电机驱动模块；在所述支撑架的前部固定设有红外线检测模块；在所述支撑架前部上方设有超声波测距模块；所述电机驱动模块、红外线检测模块及超声波测距模块的信号传输端口分别与主控模块的信号传输端口相接；所述电机驱动模块的信号传输端口与支撑架上直流电机的信号传输端口相接；所述直流电机的动力输出端与主动行走轮的动力输入端相接。

作为一种优选方案，本实用新型所述主控模块采用arduinouno控制板。

进一步地，本实用新型所述电机驱动模块采用l293d电机驱动芯片。

进一步地，本实用新型所述红外线检测模块采用rpr220及lm324芯片。

进一步地，本实用新型所述超声波测距模块采用hc-sr04传感器；所述超声波测距模块提供2～400cm的非接触式距离感测功能，测距精度为3mm。

进一步地，本实用新型在所述超声波测距模块的底部设有舵机；所述舵机的信号传输端口与主控模块的信号传输端口相接。

本实用新型针对智能车辆普遍存在的检测手段单一、易受人工干预等问题，设计了一种智能无人轮式检测识别装置。该装置以arduinouno控制板为主控单元，利用红外线及超声波的物理特性设计出相关功能模块，可实现对预设黑线的自主循迹及障碍物智能避障。试验结果表明，该装置具有较强的自适应性及鲁棒性，可应用于特殊环境下探测及物流仓储等诸多领域，也可为无人驾驶技术提供参考，具有一定的实用价值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。本实用新型的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型系统电路原理框图；

图3为本实用新型l293d内部等效电路图；

图4为本实用新型电机驱动模块原理图；

图5为本实用新型电源模块原理图；

图6为本实用新型红外线检测模块电路原理图；

图7为本实用新型超声波模块工作时序图；

图8为本实用新型控制部分电路原理图。

图中：1、支撑架；2、主动行走轮；3、从动行走轮；4、主控模块；5、电源模块；6、红外线检测模块；7、超声波测距模块；8、舵机；9、铜柱；10、电机驱动模块；11、直流电机。

具体实施方式

如图所示，智能无人轮式检测识别装置，包括支撑架1、主动行走轮2及从动行走轮3；在所述支撑架1的中部上方固定设有主控模块4；在所述支撑架1的后部固定设有电源模块5；在所述支撑架1的前部固定设有电机驱动模块；在所述支撑架1的前部固定设有红外线检测模块6；在所述支撑架1前部上方设有超声波测距模块7；所述电机驱动模块、红外线检测模块6及超声波测距模块7的信号传输端口分别与主控模块的信号传输端口相接；所述电机驱动模块10的信号传输端口与支撑架1上直流电机11的信号传输端口相接；所述直流电机11的动力输出端与主动行走轮2的动力输入端相接。直流电机11输出动力传至主动行走轮2从而实现智能无人轮式检测识别装置与转向。

本实用新型所述主控模块采用arduinouno控制板。本实用新型所述电机驱动模块采用l293d电机驱动芯片。本实用新型所述红外线检测模块采用rpr220及lm324芯片。本实用新型所述超声波测距模块采用hc-sr04传感器；所述超声波测距模块提供2～400cm的非接触式距离感测功能，测距精度为3mm。本实用新型在所述超声波测距模块7的底部设有舵机8；所述舵机8的信号传输端口与主控模块4的信号传输端口相接。

硬件系统设计

1、主控模块

主控模块选用arduinouno控制板，arduino是一款源于意大利的开源硬件开发平台，能够通过搭载相应的传感器来感知外部环境。控制板包含1个usb接口、1个isp下载口、1个9vdc输入、1个5vdc输出、1个3.3vdc输出、14个数字i/o口和6个模拟i/o口，核心是一片16mhz的atmega328单片机。

2、电机驱动模块

电机驱动模块通过控制底盘上两个直流电机(带动主动行走轮2转动)的转速来实现轮式系统的直行及转向。直流电机是大功率器件，需要较大的电流才能驱动，而单片机上i/o口输出的电流仅为40ma，故需外加电机驱动模块(电机驱动芯片)才能使电机正常运行。选用l293d电机驱动芯片，l293d是一种内含双h桥的高电压大电流全桥式驱动器，可用来驱动直流电机、步进电机、继电器等感性负载。其内部等效电路如图3所示，通过使能与非门、三极管等电路的通断来控制直流电机的转动方向。如当三极管t2、t3导通时电机正转，t1、t4导通时电机反转。电机驱动模块电路如图4所示，单片机通过输出pwm(脉宽调制信号)来控制电机的转速，占空比不同使得车轮之间形成差速，从而实现轮式系统的转向。

3、电源模块

电源模块用来把电池电压稳定的转换为系统各个模块所需要的电压，选用7805芯片。7805是一种三端稳压集成电路，其内部包含过流、过热及调整管保护电路，使用起来可靠、方便。经7805稳压、滤波调理后可将12v蓄电池电压转换为单片机所需要的5v电压。电源模块电路如图5所示。

4、红外线检测模块

红外线检测模块用来识别当前路面上预设黑线的位置，选用rpr220及lm324芯片。rpr220芯片是一种一体化反射性光电探测器，利用检测到的反射光强度进行工作，中心波长800nm，由一个发光二极管和一个光敏三极管组成。lm324芯片则是带有真差动输入的四运算放大器，内部包含两个独立的、高增益频率补偿运放，适合于单/双电源工作模式，常用作模拟电压比较器。红外检测原理：上电后rpr220向外发射红外光，光敏三极管接收经路面反射回来的光线，并依照光线强弱进行相应开关动作。rpr220接收端经电阻分压后，将节点处电压值与lm324运放上基准电压相比较，若其值大于基准电压则输出高电平，小于基准电压则输出低电平。单片机根据lm324输出端电平情况，判断此时黑线的位置。红外线检测模块电路如图6所示。

5、超声波测距模块

超声波具有比较好的传播方向性，能够沿直线传播且穿透力较强，故常通过检测被物体反射、散射回来的信号，来判断前方是否存在障碍物。超声波测距模块选用hc-sr04传感器，可提供2cm～400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达到3mm。测距原理：单片机先给触发端一个10us以上的高电平，启动超声波模块。模块循环发出8个40khz的脉冲方波并自动检测是否有信号返回。若有信号返回，则回声端输出高电平并开启定时器。高电平持续的时间即为超声波从发射到接收的时间间隔。超声波模块工作时序如图7所示。

超声波测距原理如式(1)所示：

s＝(t1-t2)*c/2………………………………(1)

其中，s表示发射点到障碍物的实际距离，t1-t2表示定时器计时时间，c为超声波在空气中的传播速度。

本实用新型主要由主控模块、电机驱动模块、电源模块、红外线检测模块、超声波测距模块等五大部分组成。其中主控模块利用几个铜柱作支撑架设在底盘中部的上方，通过杜邦线连接到各个模块及部件；电源模块位于底盘的后部，设于底盘的电池组通过一系列稳压滤波电路，为各个模块提供所需电压；电机驱动模块位于底盘的前部，通过电机驱动芯片与轮子两侧的马达相连，用来控制车辆的行进；红外线检测模块位于底盘的前部，通过红外线检测模块中的红外发射接收装置与主控模块相连，用来沿着预设的轨道循迹；超声波测距模块利用几个铜柱作支撑架设在底盘前部的上方，通过舵机与主控模块相连，可在0°～180°间进行旋转，用来感知前方道路上的障碍物。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。