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如何DIY一臺智能小車

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樓主
ID:160300 發表于 2017-1-5 21:28 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
最近接觸了很多機器人愛好者,很多人都對機器人技術展示出了濃厚的興趣,也在計劃如何動手制作自己的第一個機器人。但是似乎很多的人都摸不到門路,只能是站在大門外滿懷興趣的向內觀望,觀望了一陣興趣漸失只好嘆口氣走開……
很多初學者可能都是看了一些視頻或是現場的比賽,勾起了兒時的美好回憶,興起了自己動手制作機器人的念頭,很多人可能并不是嵌入式開發的業內人士,甚至沒有聽說過單片機、步進電機這些名詞,看著別人滿地亂跑的各種機器人,頗有無處下手的感覺。有的人一上來就準備做一個可以雙足行走的人形機器人,可以平穩行走,可以靠攝像頭來讀取環境信息,可以語音識別,最好還可以變形……
我的意見是:新手最好還是老老實實的從小車開始吧。人形機器人可以說是一個系統的大工程,不是一個人玩的起來的,而且資金上的投入也是不可計量的。一個人形機器人的成型產品最少要賣到幾千塊——要知道,你在開發過程中是不可能沒有錯誤投入的。機器人小車技術上門檻較低,資金投入也少,市場上的各種產品和零配件的支持也較多,雖然簡單,但可以實現的功能可一點也不少。
我在這里憑自己的經驗介紹一些自己動手制作機器人小車的基礎知識,如果你是曾經自己動手做過的高手,那么你可以繞行,我這里介紹的都是為未入門者準備的最基本的理論知識和一些動手經驗。
機器人可以分為三部分——傳感器部分、控制器部分、執行器部分。
控制器部分:接收傳感器部分傳遞過來的信號,并根據事前寫入的決策系統(軟件程序),來決定機器人對外部信號的反應,將控制信號發給執行器部分。好比人的大腦。
執行器部分:驅動機器人做出各種行為,包括發出各種信號(點亮發光二極管、發出聲音)的部分,并且可以根據控制器部分的信號調整自己的狀態。對機器人小車來說,最基本的就是輪子。這部分就好比人的四肢一樣。
傳感器部分:機器人用來讀取各種外部信號的傳感器,以及控制機器人行動的各種開關。好比人的眼睛、耳朵等感覺器官。
好的,現在我們來分析一下機器人小車的避障行為控制:機器人正在行走過程中(人在路上走),忽然接收到裝在機器人前部的傳感器發來的一個“左前方有障礙物”的信號(人眼發現左前方有一根電線桿),我們事先寫在機器人控制芯片中的程序算法要求機器人發現左前方有障礙物就往右邊轉(人發現左前方有電線桿就應該往右躲——什么,你還要繼續往前走?你牛!那我就等著聽響了,哦,原來你只是想去看上面的小廣告……),控制芯片對機器人的驅動器——或是輪子,或是雙足——發出向右轉的指令(人大腦發出向右轉的指令,通俗點說就是“拐了拐了”),此時機器人的執行器部分應該立即響應控制器的指令,改變自己的狀態,使機器人的前進方向改變,避開障礙物(恭喜你,躲開了電線桿)。
怎么樣,是不是有了點機器“人”的意思?
那么這三部分是怎么聯系起來的呢?很簡單:電!其實機器人小車就是一個電子作品,傳感器將外部的光信號、聲音信號、溫度信號等全部轉換為控制部分可以接受的電信號,控制系統發出的指令也是各種電信號,通過執行部分轉變為電機輸出的扭矩、聲音、光信號等等。
說了這么多那么作一臺智能車需要哪些部件呢?
智能車需要哪些東西呢?
1.一臺車底盤這個可以自已DIY ,建議買現成的價格不貴形狀好看:
具體的看這篇文章介紹了各種底盤
到店鋪里看小車底盤鏈接:
如果相自已DIY 可以買如下東西(注意自已DIY需要很多工具,如手鐘,美工刀等等)
自已搞一塊萬能板,亞克力,或是木板作為底盤
如果是DIY三輪小車需要購買如下東西:
電機輪子二只:
緊固件二套:
如果是DIY四輪小車需要購買如下東西:
電機輪子四只:
緊固件二套:
2.有了小車底盤那么還需一個驅動器。
驅動器是什么東西呢,小車工作電流一般是每個電機200-400MA 有些更大,如果一個小車是二個輪子,那么總的電流在400-800MA左右,這些電機輪子都是要接受單片機指令執行相應的動作,而市面有的單片機IO口一般只能提供5MA10MA的電流,驅不動電機,所以需要搞一個驅動模塊。常見的驅動模塊有用自已三極管搭的H橋電路/showcourse.asp?id=20(復制到IE
也用專用的L298NL293D驅動芯片。建議用專用芯片,我們店里也有相應的驅動模塊:
http://item.taobao.com/item.htm?id=14250684837&  L293D驅動模塊集成LDO穩壓芯片 即可以驅動驅動四個直流電機,或是二個步進電機,同時可以輸出5V 給單片機,傳感器,外設等提供電源(非常好用)
http://item.taobao.com/item.htm?id=3963607219&   L298N驅動模塊集成LDO穩壓芯片 即可以驅動驅動二個直流電機,或是一個步進電機,同時可以輸出5V 給單片機,傳感器,外設等提供電源(非常好用),與下一款升級款相比 輸出5V的電源大約只有300MA左右,
只能提供給單片機,傳感器,小舵機等外設供電.同時輸入最大電壓為,12V
http://item.taobao.com/item.htm?id=17858716605&  另一款L298N驅動模塊(升級版)集成了DC-DC  即可以驅動驅動二個直流電機,或是一個步進電機,同時可以輸出5V 給單片機,傳感器,外設等提供電源(非常好用),與老款相比 輸出5V的電源大約有2A左右,
能提供給單片機,傳感器,舵機,等等大電流外設使用。最大輸入電壓,30V..因為采用DC TO DC方式,穩壓效率非常高,高達92%
當外這些都可以自已DIY,自已到店里買芯片,用萬能板自已作。
3.小車所需的能源
可以用普通的AA5號電池,但一般采用低內阻的充電電池,充電電池套裝。
http://item.taobao.com/item.htm?id=140***5186***&  7.2V 1300MA充電電池套裝
電池是選6V的還是7.2V的呢?
我們建議三輪小車可選6V的,四輪小車選7.2V
4.控制器(小車很重要的一部分相當于大腦):
我們店里有三款控制器:當然這些都可以自已DIY,搞電子的都應會焊點東西
51單片機控制器:這款控制器主控芯片是STC89C52 屬標準的51核的單片機,也可以用增強型51單片機芯片,STC12C5A60S2 內帶PWMAD 1T運行速度(主流),集成USB轉串可以直接用USB下載程序。集成數碼管,舵機,紅外避障,128641602,無線模塊,等接口,板載輸入按鍵。控制板休積小,非常適用于小車。在不用的時候可作用學習板使用,附帶一個光盤內容豐富
AVR單片機控制器:這款控制器主控芯片是ATMEGA16 屬標準的AVR核的單片機, 內帶PWMAD EEPORMI2C。單周期運行速度(主流)。集成數碼管,舵機,紅外避障,128641602,無線模塊,等接口,板載輸入按鍵。控制板休積小,非常適用于小車。在不用的時候可作用學習板使用,附帶一個光盤內容豐富
Arduino 控制器: 此款控制器也屬AVR控制器(外國人開發的一款開發平臺,傻瓜化的編程,內帶豐富的庫函數,使用非常方便),個人認為此款控制器,適用于非電子專業的人用
這四部分都是必備的,有這四樣東西,就可以讓小車走起來了,至于要怎么走,就要看傳感器了
5.小車需要的各種傳感器:
尋跡傳感器:一般用來識別黑白線,小車沿著這條黑白線行走,就需要尋跡傳感器
原理:尋跡傳感器通常采用紅外的方式,紅外管發射出來的紅外光通過地面(白色)反射回來,在接收管里收到信號,一旦碰到黑線,那么紅外光都被吸收,接收管沒有接收到信號,從而得知傳感器是否壓線:從而調整小車運行方向
四路紅外尋跡模塊:(可以通過換探頭方式,改為避障方式)
單路尋跡模塊(RPR220):
單路尋跡模塊(TCRT5000):
RPR220 TCRT5000模塊使用方法完全一樣,RPR220靈敏度要高一些
那么單路尋跡模塊需要幾個呢,最少二個可以左右各裝一個。比較好折方案是三個,中間一個一直壓黑線,左右各一只. 最好是四個,就可以走比較復雜的線,當然這些是不限的,傳感器超多,小車走的更好。
避障傳感器:
避障傳感器有很多種,如紅外,超聲波。
紅外的1
背面圖有一個電位器可以調節障礙的檢測距離,一旦調節好電位器(如調節好的最大距離60cm)則在有效距離內(如40cm處有障礙物、10cm處有障礙物)則輸出低電平,低電平剛好給單片機識別。使用方便,但不能實時探測離前方障礙物有遠,只能探測有沒有障礙
配套支架便于安裝:
紅外的2
http://item.taobao.com/item.htm?id=13570187555&   這個可以測出前方10-80CM范圍障礙物距離,輸出的模擬電壓與距離有一個關系,通過AD采樣算出前方距離,此方案使用比較麻煩(價格也偏高)對單片機編程要求較大。
超聲波測距傳感器:
http://item.taobao.com/item.htm?id=3074089625&  探測距離:2cm-450cm 采用超聲波回波方式,使用起來很方便,可以探測出前方距離使用方便
配套支架:
http://item.taobao.com/item.htm?id=15***2835367&
很方便的把他固定到小車上面
一般超聲波需要前左右測距來判斷需往哪個方向往駛:
配套支架:
測速傳感器
當小車需要測量往駛速度,或是測量小車往駛距離時,需要用的模塊(與碼盤一起配合使用)
測速原理:碼盤上面有一格一格的“小洞”,我們碼盤一般是20格,就是把360分為20小格 即18/格。配合測速模塊就可以輸出電信號,供給單片機計數, 從而計算出速度與距離
火焰傳感器
可以檢測火焰一般用在滅火機器人小車上面:
數字火焰傳感器 檢測到火焰輸出為低電平,平時為高電平
模擬火焰傳感器 可以根據火焰強度輸出的對應的電壓(需要用AD去采樣)
通常檢測到火焰后需要作出相應支滅火動作,就需要一個滅火小風扇

金屬探測傳感器
可以探測8MM距離遠的金屬鐵片,用作探鐵,探雷的機器人
配套支架:

藍牙無線傳感器
可以用Android 智能手機控制小車運行(我們有配套的Android 軟件)
也可以用PC機控制小車:
一個插入USB,一端插入小車控制板(配合我們的PC端軟件)
無線四鍵搖控模塊(可以控制小車運動)無方向性
紅外遙控模塊(可以控制小車運動)有方向性,對準小車控制板上的紅外接收頭
以上這些傳感器都是一些常用傳感器根據自已需要來選取
制作小車還需要哪些東西呢?
如銅柱可以固定電路板(這些不貴,大大小小的都可以買些備用)
杜邦線(用于連接各個模塊)
通常20CM 30CM都備一些。
還需要一些又頭上錫的導線:

這些都是一些常用的東西,按需購買。
一些常用的工具如烙鐵,什么的我們在這里不再講述!

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