采用獨(dú)立光伏供電系統(tǒng)的智能導(dǎo)航小車

【轉(zhuǎn)載】序號(hào)：編碼：

參賽作品（作品情況與作品正文）

作品名稱：采用獨(dú)立光伏供電系統(tǒng)的智能導(dǎo)航小車

類別：□

自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文□

哲學(xué)社會(huì)科學(xué)類社會(huì)調(diào)查報(bào)告和學(xué)術(shù)論文□

科技發(fā)明制作A類

科技發(fā)明制作B類B3．申報(bào)作品情況（科技發(fā)明制作）

說(shuō)明：1．必須由申報(bào)者本人填寫；2．本部分中不允許出現(xiàn)作者的所有相關(guān)基本信息3．本表必須附有研究報(bào)告，并提供圖表、曲線、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、原理結(jié)構(gòu)圖、外觀圖（照片），也可附鑒定證書和應(yīng)用證書；4．作品分類請(qǐng)按照作品發(fā)明點(diǎn)或創(chuàng)新點(diǎn)所在類別填報(bào)。作品全稱

采用獨(dú)立光伏供電系統(tǒng)的智能導(dǎo)航小車作品分類（B）A．機(jī)械與控制（包括機(jī)械、儀器儀表、自動(dòng)化控制、工程、交通、建筑等）B．信息技術(shù)（包括計(jì)算機(jī)、電信、通訊、電子等）C．?dāng)?shù)理（包括數(shù)學(xué)、物理、地球與空間科學(xué)等）D．生命科學(xué)（包括生物、農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、健康、衛(wèi)生、食品等）E．能源化工（包括能源、材料、石油、化學(xué)、化工、生態(tài)、環(huán)保等）作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路，創(chuàng)新點(diǎn)，技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)（650字以內(nèi)）一、作品設(shè)計(jì)的目的：面對(duì)能源短缺、環(huán)境污染等問(wèn)題對(duì)人類生存構(gòu)成的嚴(yán)重威脅，人們對(duì)能源提出新的要求，太陽(yáng)能等“綠色能源”日受青睞。“采用獨(dú)立光伏供電系統(tǒng)的智能導(dǎo)航小車”就是將太陽(yáng)能應(yīng)用到實(shí)際生活中去，它具有很高的參考價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。二、作品設(shè)計(jì)的基本思路：我們?cè)O(shè)計(jì)的小車主要分為電源模塊、避障模塊和驅(qū)動(dòng)模塊三大部分來(lái)研究：電源模塊通過(guò)太陽(yáng)能光電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能，為整部小車提供能源；對(duì)于避障功能的實(shí)現(xiàn)，則是利用紅外線漫反射光電開(kāi)關(guān)對(duì)障礙物進(jìn)行檢測(cè)，然后由單片機(jī)對(duì)相應(yīng)程序的處理，進(jìn)而控制小車實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止和前進(jìn)等功能；驅(qū)動(dòng)模塊，我們選用了超大扭矩的直流電機(jī)，提高小車的載重能力。三、創(chuàng)新點(diǎn)：1.整輛小車所用的全部能量?jī)H來(lái)自一塊太陽(yáng)能電池板，來(lái)源清潔、無(wú)污染，只要有一定強(qiáng)度的陽(yáng)光就能行駛，甚至可以進(jìn)一步改進(jìn)成在陰天情況下都可以行使，非常符合未來(lái)社會(huì)的價(jià)值需求以及發(fā)展需要；2.小車解決了多個(gè)技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了在有載重的情況下的穩(wěn)定行駛，這對(duì)將來(lái)社會(huì)的運(yùn)輸行業(yè)有一定的參考價(jià)值；3.在小車的導(dǎo)航方法中融入了光電技術(shù)，并利用巧妙的方法提高了系統(tǒng)的可靠性與靈敏度；4.小車可以根據(jù)路況智能導(dǎo)航，而無(wú)需個(gè)人親自操作，安全性高。四、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)：1.如何把太陽(yáng)能電池板輸出的不穩(wěn)定的電能轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的能源供給整個(gè)系統(tǒng)工作，如何保證光伏系統(tǒng)的輸出功率與效率；2.如何提高小車所用光電器件探測(cè)的靈敏性與準(zhǔn)確性，并能根據(jù)實(shí)際路況選擇最優(yōu)行駛方案；3.如何增強(qiáng)小車系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如何提高小車的速度與載重量作品的科學(xué)性先進(jìn)性（必須說(shuō)明與現(xiàn)有技術(shù)相比、該作品是否具有突出的實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)和顯著進(jìn)步。請(qǐng)?zhí)峁┘夹g(shù)性分析說(shuō)明和參考文獻(xiàn)資料）（450字以內(nèi)）一、作品的科學(xué)性和先進(jìn)性：

紅外技術(shù)已經(jīng)廣泛用于生活、軍事等領(lǐng)域，我們?cè)O(shè)計(jì)的小車通過(guò)紅外光線漫反射光電開(kāi)關(guān)對(duì)障礙物進(jìn)行探測(cè)，然后將采集到的信號(hào)送到單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)相應(yīng)程序?qū)π盘?hào)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)小車避障的功能。另外，小車采用太陽(yáng)能光電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，直接提供能源，沒(méi)有添加蓄電池等蓄電元件，這是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)突破。當(dāng)然，沒(méi)有蓄電元件會(huì)出現(xiàn)供電不穩(wěn)定等問(wèn)題，這就要求小車電路的設(shè)計(jì)要更加合理。二、參考文獻(xiàn)：1．康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）[M].高等教育出版社.20062．王慶有.光電技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社.20073．何立民.單片機(jī)高級(jí)教程[M].北京航空航天出版社.20074．杜開(kāi)珍,黃迪明.C語(yǔ)言教程[M].科學(xué)出版社.1995作品在何時(shí)、何地、何種機(jī)構(gòu)舉行的評(píng)審、鑒定、評(píng)比、展示等活動(dòng)中獲獎(jiǎng)及鑒定結(jié)果（350字以內(nèi)，不超過(guò)5個(gè)）三位小組成員在該作品的研究、討論、制作的過(guò)程中付出了大量心血，當(dāng)然也用了不少的經(jīng)費(fèi)；在時(shí)間緊、經(jīng)費(fèi)不足的情況下之，不斷嘗試各種方案，又進(jìn)行了多番改進(jìn)，到最后克服了種種障礙，解決了多個(gè)技術(shù)難題，終于做出了可行的實(shí)物模型。該作品的方案通過(guò)了“第二屆全國(guó)大學(xué)生光電設(shè)計(jì)大賽組委會(huì)”的初審（全國(guó)僅有55支隊(duì)伍獲得初審?fù)ㄟ^(guò)），并于“2010年8月7日”，參加了在吉林省“長(zhǎng)春理工大學(xué)”舉辦的第二屆全國(guó)大學(xué)生光電設(shè)計(jì)大賽“實(shí)物決賽”，最終雖未獲任何獎(jiǎng)項(xiàng)，但得到了眾多參賽隊(duì)伍的贊許與肯定。作品所處階段（A）A實(shí)驗(yàn)室階段B。中試階段C生產(chǎn)階段D（自填）技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

作品可展示的形式實(shí)物、產(chǎn)品□模型□圖紙□磁盤現(xiàn)場(chǎng)演示□圖片□錄像□樣品使用說(shuō)明及該作品的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，提供該作品的適應(yīng)范圍及推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明及市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)（450字以內(nèi)）“采用獨(dú)立光伏供電系統(tǒng)的智能導(dǎo)航小車”是利用太陽(yáng)能來(lái)為整部小車提供能源，因此，只需要將小車放置在有陽(yáng)光的地方，就可以正常地工作。我們?cè)O(shè)計(jì)的小車，在車體下放置有紅外漫反射光電開(kāi)關(guān)，可以對(duì)障礙物進(jìn)行探測(cè)，然后通過(guò)單片機(jī)相應(yīng)程序的處理，進(jìn)而控制小車左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止、前進(jìn)等，實(shí)現(xiàn)智能避障的功能。小車的優(yōu)勢(shì)在于，不需要人工操控，就能夠?qū)崿F(xiàn)躲避障礙物。這種小車，一方面，它利用了“綠色能源”，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，符合當(dāng)代人類“環(huán)保”的觀念，而且，只要太陽(yáng)存在，那么小車所需要的能源可以說(shuō)是取之不竭，用之不盡的；另外一方面，小車?yán)眉t外漫反射光電開(kāi)關(guān)和單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能避障的功能，不需要人工來(lái)控制，很適合用在那些危險(xiǎn)性比較高的搬運(yùn)工作中。進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，由于人類對(duì)大自然的過(guò)分索取，現(xiàn)在“地球村”是千瘡百孔，環(huán)境污染、能源短缺等問(wèn)題威脅著人類的生存。人們迫切地希望市場(chǎng)上能夠出現(xiàn)讓人類和自然和諧共處的產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)的小車，不會(huì)給環(huán)境帶來(lái)任何負(fù)面的影響，具有很高的實(shí)用價(jià)值和參考價(jià)值，相信如果投入到市場(chǎng)的話，一定會(huì)受到很多消費(fèi)者的青睞；另外，小車的制作成本也很低，能夠帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。專利申報(bào)情況□提出專利申報(bào)申報(bào)號(hào)申報(bào)日期年月日

□已獲專利權(quán)批準(zhǔn)批準(zhǔn)號(hào)批準(zhǔn)日期年月日

未提出專利申請(qǐng)

C.當(dāng)前國(guó)內(nèi)外同類課題研究水平概述

說(shuō)明：1.申報(bào)者可根據(jù)作品類別和情況填寫；2.填寫此欄有助于評(píng)審。

（1000字以內(nèi)）目前，汽車用的燃料仍然是汽油和柴油等，它們都是從石油中提煉出來(lái)的。然而，石油屬于不可再生能源，據(jù)科學(xué)家預(yù)計(jì)，目前世界上已探明的石油儲(chǔ)量將于2020年左右被采盡。另外一方面，燃燒石油，會(huì)產(chǎn)生氮氧化合物、二氧化硫等有害氣體，污染人類賴以生存的環(huán)境。面對(duì)能源短缺、環(huán)境污染等嚴(yán)重問(wèn)題，人類開(kāi)始尋找“綠色能源”，于是太陽(yáng)能成為了“新寵兒”。金焰四射的太陽(yáng)，其表面是一片烈焰翻騰的火海，溫度為6000℃左右。在太陽(yáng)內(nèi)部，溫度高達(dá)兩千萬(wàn)度以上。所以，太陽(yáng)能夠一刻不停地發(fā)出大量的光和熱，是取之不盡、用之不竭的能源聚寶盆。將太陽(yáng)光變成電能，是利用太陽(yáng)能的一條重要途徑。人們?cè)缭诙兰o(jì)50年代就制成了第一個(gè)光電池。將光電池裝在汽車上，用它將太陽(yáng)光不斷地變成電能，使汽車開(kāi)動(dòng)起來(lái)。這種汽車就是新興起的太陽(yáng)能汽車。太陽(yáng)能電池最常用的是硅太陽(yáng)能電池。硅太陽(yáng)能電池能把10%～15%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成電能，是一種比較理想的電源，但是其光電轉(zhuǎn)換效率較低。近年來(lái)，美國(guó)已研制成光電轉(zhuǎn)換率達(dá)35%的高性能太陽(yáng)能電池。澳大利亞用激光技術(shù)制成的太陽(yáng)能電池，其光電轉(zhuǎn)換率達(dá)24.2%，而且成本與柴油發(fā)電相當(dāng)。這些都為光電池在汽車上的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的前景。早期的太陽(yáng)能汽車是在墨西哥制成的。這種汽車，外形像一輛三輪摩托車，在車頂上架有一個(gè)裝太陽(yáng)能電池的大棚。在陽(yáng)光照射下，太陽(yáng)能電池供給汽車電能，使汽車的速度達(dá)到每小時(shí)40公里，由于這輛汽車每天所獲得的電能只能行40分鐘，所以它還不能跑遠(yuǎn)路。1984年9月，我國(guó)首次研制的“太陽(yáng)號(hào)”太陽(yáng)能汽車試驗(yàn)成功，表明了我國(guó)在研制新型汽車方面已達(dá)到世界先進(jìn)水平?，F(xiàn)在世界上很多國(guó)家都在研制太陽(yáng)能汽車，并進(jìn)行交流和比賽。1987年11月，在澳大利亞舉行了一次世界太陽(yáng)能汽車?yán)Υ筚?。?個(gè)國(guó)家的25輛太陽(yáng)能汽車參加了比賽。賽程全長(zhǎng)3200公里，幾乎縱貫整個(gè)澳大利亞國(guó)土。在這次大賽中，美國(guó)“圣雷易莎”號(hào)太陽(yáng)能賽車以44小時(shí)54分的成績(jī)跑完全程，奪得了冠軍?！笆ダ滓咨碧?hào)太陽(yáng)能賽車，雖然使用的是普通的硅太陽(yáng)能電池，但它的設(shè)計(jì)獨(dú)特新穎，采用了像飛機(jī)一樣的外形，可以利用行駛時(shí)機(jī)翼產(chǎn)生的升力來(lái)抵消車身的重量，而且安裝了最新研制成功的超導(dǎo)磁性材料制成的電機(jī)，因此使這輛賽車在大賽中創(chuàng)造了時(shí)速100公里的最高紀(jì)錄。太陽(yáng)能汽車不僅節(jié)省能源，消除了燃料廢氣的污染，而且即使在高速行駛時(shí)噪音也很小。因此，太陽(yáng)能汽車已引起人們的極大興趣，并將在今后得到迅速的發(fā)展。采用獨(dú)立光伏供電系統(tǒng)的智能導(dǎo)航小車摘要:在能源越來(lái)越短缺，環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，太陽(yáng)能作為一種“綠色能源”逐漸地受到人們的關(guān)注。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)能光電池已經(jīng)應(yīng)用到我們生活的諸多領(lǐng)域。我們此次競(jìng)賽中選取的題目是“采用獨(dú)立光伏供電系統(tǒng)的智能導(dǎo)航小車”，具有很大的挑戰(zhàn)性、創(chuàng)新性，更重要的是它具有很高的實(shí)用價(jià)值。我們?cè)O(shè)計(jì)的小車所需要的所有能源都是通過(guò)太陽(yáng)能光電池來(lái)提供，對(duì)于智能導(dǎo)航避障功能的實(shí)現(xiàn)，則是利用紅外線漫反射光電開(kāi)關(guān)對(duì)障礙物進(jìn)行檢測(cè)，然后由單片機(jī)對(duì)相應(yīng)程序的處理，進(jìn)而控制小車實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止和前進(jìn)等功能。另外，我們選用了超大扭矩的直流電機(jī)，提高小車的載重能力。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能智能導(dǎo)航避障光電開(kāi)關(guān)小車1項(xiàng)目總體結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)介1.1賽車基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)的采用獨(dú)立光伏供電系統(tǒng)的智能導(dǎo)航小車總體結(jié)構(gòu)分為三部分——電源模塊、避障模塊和驅(qū)動(dòng)模塊。電源模塊，利用太陽(yáng)能光電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，為整部小車提供能源。系統(tǒng)分開(kāi)供電，主要分別為光電開(kāi)關(guān)、單片機(jī)和直流電機(jī)供電，如下圖所示：光電開(kāi)關(guān)光電開(kāi)關(guān)STC89C52直流電機(jī)太陽(yáng)能電池圖1小車能源分配圖避障模塊，在小車車體下左中右分別放置有一個(gè)紅外線漫反射光電開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)是將光的強(qiáng)度變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。光電開(kāi)關(guān)根據(jù)是否檢測(cè)到障礙物而輸出高低電平信號(hào)。單片機(jī)芯片STC89C52為整個(gè)電路的控制中心，處理紅外漫反射光電開(kāi)關(guān)采集到的數(shù)據(jù)，然后控制直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。直流電機(jī)在單片機(jī)相應(yīng)程序的控制下，會(huì)實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)等功能，從而達(dá)到避障的目的。驅(qū)動(dòng)模塊，本設(shè)計(jì)的小車是采用前輪驅(qū)動(dòng)，前輪左右兩個(gè)輪子分別用一個(gè)直流電機(jī)來(lái)控制，而后面兩個(gè)輪子采用萬(wàn)用輪，起到支撐的作用。驅(qū)動(dòng)電路在單片機(jī)的控制下，通過(guò)輸出不同的占空比，從而來(lái)控制左右兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等功能。另外，我們選用了扭矩超大的直流電機(jī)，極大地提高了小車的載重能力。1.2賽車實(shí)物的外觀簡(jiǎn)介小車整體的寬為29厘米，長(zhǎng)為63厘米，高為12厘米左右，如下圖所示：圖2小車實(shí)物外觀2主要研究?jī)?nèi)容與采用的方法本設(shè)計(jì)的采用獨(dú)立光伏供電系統(tǒng)的智能導(dǎo)航小車通過(guò)紅外線漫反射光電開(kāi)關(guān)對(duì)障礙物進(jìn)行探測(cè)，然后將采集到的信號(hào)送到單片機(jī)相應(yīng)的程序進(jìn)行處理，單片機(jī)輸出控制信號(hào)，控制小車前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)和停止，實(shí)現(xiàn)避障的功能。主要研究的內(nèi)容有整個(gè)電路的功耗、光電開(kāi)關(guān)的探測(cè)能力、小車的避障功能、小車的載重能力等四個(gè)方面的內(nèi)容。2.1電路的功耗問(wèn)題太陽(yáng)能電池板為整個(gè)電路提供能源，因此它的功率必須能夠滿足整個(gè)電路的功耗。在實(shí)際的測(cè)量中，每個(gè)光電開(kāi)關(guān)的功耗為1.8W左右，每個(gè)電機(jī)的功耗為8W左右，所以，整個(gè)電路的功耗為20W左右。我們選用的太陽(yáng)能電池板的標(biāo)稱功率為25W，但是實(shí)際測(cè)量中，在太陽(yáng)光的照射下，太陽(yáng)能電池板的功率為23W左右，并不能達(dá)到標(biāo)稱功率，但是，這種太陽(yáng)能電池板的功率足以驅(qū)動(dòng)整部小車工作。2.2光電開(kāi)關(guān)的探測(cè)能力2.2.1工作原理避障電路采用紅外漫反射光電探測(cè)器對(duì)被探測(cè)物進(jìn)行檢測(cè)。光電開(kāi)關(guān)是將光的強(qiáng)度變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。光電開(kāi)關(guān)是集發(fā)射頭和接收頭于一體的檢測(cè)開(kāi)關(guān)，它的工作原理是傳感器紅外發(fā)射管發(fā)射出紅外光，接收管根據(jù)反射回來(lái)的紅外光強(qiáng)度大小來(lái)計(jì)數(shù)的，故被檢測(cè)的工件或物體表面必須有黑白相間的部位用于吸收和反射紅外光，這樣接收管才能有效的截止和飽和達(dá)到探測(cè)是否有障礙物的目的。當(dāng)接收頭接收到光線的時(shí)候，輸出低電平，反之，則輸出高電平。單片機(jī)根據(jù)接收頭電平的高低來(lái)做出相應(yīng)的控制，實(shí)現(xiàn)小車避障的功能。光電開(kāi)關(guān)的工作原理圖：圖3光電開(kāi)關(guān)工作原理圖2.2.2實(shí)物分析我們所選用的紅外線漫反射光電開(kāi)關(guān)的具體參數(shù)如下表所示：型號(hào)E3F3-DS50N1輸出方式NPN三線常開(kāi)外形NPN三線常開(kāi)工作電壓直流6-36VDC以內(nèi)檢測(cè)距離50厘米（CM)輸出電流300毫安(MA)檢測(cè)物體不透明體外殼材料塑料ABS表1通過(guò)以上表格的參數(shù)可以看出，光電開(kāi)關(guān)的工作電壓范圍為6~36V，范圍比較寬，可以保證其工作過(guò)程比較穩(wěn)定，提高了對(duì)障礙物檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。光電開(kāi)關(guān)的最佳檢測(cè)距離為50厘米，符合我們的要求。當(dāng)然，這個(gè)檢測(cè)距離也可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)節(jié)，我們通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在比較理想的情況下，檢測(cè)距離最遠(yuǎn)可達(dá)到120厘米。不過(guò)，如果距離太遠(yuǎn)的話，光電開(kāi)關(guān)的檢測(cè)靈敏度明顯下降了很多，而且受外界的干擾比較大。另外，對(duì)于不同反射率的不透明物體，光電開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離和靈敏度也會(huì)有所不同。總之，選擇這種光電開(kāi)關(guān)，一方面符合我們的要求，另外其性價(jià)比也比較高。2.3小車的避障功能2.3.1實(shí)現(xiàn)避障功能分析智能小車行駛的過(guò)程中，在單片機(jī)的控制下，當(dāng)檢測(cè)到左中右都有障礙物的時(shí)候，規(guī)定小車向右轉(zhuǎn)；當(dāng)檢測(cè)到左邊有障礙物的時(shí)候，小車向右轉(zhuǎn)；當(dāng)檢測(cè)到右邊有障礙物的時(shí)候，小車向左轉(zhuǎn)；當(dāng)檢測(cè)到左右兩邊沒(méi)有障礙物，而中間有的時(shí)候，規(guī)定小車向左轉(zhuǎn)。當(dāng)檢測(cè)到左中右都沒(méi)有障礙物，或者左右兩邊有障礙物，中間沒(méi)有的時(shí)候，小車前進(jìn)。綜合以上分析，小車的避障電路功能表為：避障電路功能表傳感器避障電路輸出待執(zhí)行命令左中右左轉(zhuǎn)信號(hào)右轉(zhuǎn)信號(hào)000√右轉(zhuǎn)001√右轉(zhuǎn)010前進(jìn)011√右轉(zhuǎn)100√左轉(zhuǎn)101√左轉(zhuǎn)110√左轉(zhuǎn)111前進(jìn)（注：“0”表示有障礙物，“1”表示無(wú)障礙物。）表22.3.2避障電路圖（注：“Ｐ３”表示左邊探測(cè)器，“Ｐ２”表示中間探測(cè)器，“Ｐ１”表示右邊探測(cè)器）圖4避障電路圖2.3.3傳感器工作功能表：P25P26P27電機(jī)P1電機(jī)P2電機(jī)P3001工作不工作不工作010不工作工作不工作100不工作不工作工作表32.3.4紅外檢測(cè)器工作的時(shí)候采用“時(shí)分復(fù)用”2.3.5為了使小車實(shí)現(xiàn)避障的功能，并且走“八字形”的路線，我們?cè)趫?chǎng)地適當(dāng)?shù)奈恢貌贾昧藢?dǎo)航物，場(chǎng)地布置圖如圖所示：（注：圖中紅色圓弧為所設(shè)置的導(dǎo)航物，上面設(shè)有黑白相間的條紋。）圖5場(chǎng)地布置圖2.4小車的載重能力2.4.1由于比賽要求小車要有一定的載重能力，所以對(duì)直流電機(jī)的要求比較高，我們選用了扭矩為20KG?CM2.4.2理論結(jié)算直流電機(jī)的扭矩為20KG?CM=2N?M小車輪子半徑為0.043M即

一個(gè)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力為

2/0.043=46.51N所以m=46.51/10=4.651KG即最大可承載4.651KG的重物。2.4.3在實(shí)際的測(cè)量中，電機(jī)的最大可承載物重量為4千克左右，由于各方面的原因，雖然沒(méi)有達(dá)到理論值，但是這種電機(jī)已經(jīng)符合比賽的要求了。3實(shí)物測(cè)試結(jié)果與分析3.1太陽(yáng)能電池板的測(cè)試我們根據(jù)實(shí)際情況，在不同的環(huán)境下測(cè)得了太陽(yáng)能電池板的輸出電壓，如下表所示：環(huán)境室內(nèi)室外自然光自然光太陽(yáng)光陰天電壓（V）1.411.5~1720~2517.5表4在太陽(yáng)光的照射下，我們測(cè)得太陽(yáng)能電池板的輸出電流大約為1.14A左右，也就是說(shuō)太陽(yáng)能的輸出功率大約為23W，由于小車工作時(shí)的功耗為20W左右，所以太陽(yáng)能電池足以去驅(qū)動(dòng)整部小車正常工作。3.2光電開(kāi)關(guān)的測(cè)距我們所選用的紅外漫反射光電開(kāi)關(guān)的最佳測(cè)距為50厘米左右，在實(shí)際測(cè)試中，這種光電開(kāi)關(guān)最遠(yuǎn)的測(cè)距大約為120厘米。測(cè)距稍微遠(yuǎn)一點(diǎn)，能夠給小車足夠的空間和時(shí)間轉(zhuǎn)向。3.3直流電機(jī)的載重我們選用的直流電機(jī)的扭矩為20KG?CM，通過(guò)實(shí)際的測(cè)試，這種電機(jī)的最大載重為4千克左右，符合我們比賽的要求。4研究成果與創(chuàng)新之處4.1探測(cè)障礙物的器件采用紅外漫反射光電開(kāi)關(guān)。光電開(kāi)關(guān)具有比較強(qiáng)的抗干擾和噪聲的能力，響應(yīng)速度快，實(shí)用性強(qiáng)。另外，對(duì)于紅外漫反射光電開(kāi)關(guān)，當(dāng)其工作在5V的電壓的時(shí)候，可以輸出數(shù)字信號(hào)，直接將信號(hào)輸入到單片機(jī)芯片，避免了復(fù)雜的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，易于實(shí)現(xiàn)，同時(shí)提高了整個(gè)電路的工作效率。4.2小車實(shí)現(xiàn)避障的方法有很多，比如激光導(dǎo)航、尋跡導(dǎo)航等，為了使小車能夠既實(shí)現(xiàn)避障的功能，又能夠?qū)崿F(xiàn)走八字形的路線，我們?cè)诒荣悎?chǎng)地的適當(dāng)?shù)奈恢貌贾昧藞A弧形的導(dǎo)航物，導(dǎo)航物上畫有黑白相間的條紋，提高紅外線漫反射光電開(kāi)關(guān)的探測(cè)靈敏度。4.3為了防止探測(cè)器之間信號(hào)的相互干擾，左中右三個(gè)光電開(kāi)關(guān)在工作的時(shí)候采用“時(shí)分復(fù)用”的思想。也就是說(shuō)，在每一個(gè)相同的時(shí)間間隔內(nèi)，光電開(kāi)關(guān)在單片機(jī)的控制下，有且只有一個(gè)處于工作狀態(tài)。這樣，能夠有效地避免其中一個(gè)探測(cè)器發(fā)出的紅外光，經(jīng)障礙物反射之后被其他兩個(gè)探測(cè)器接收到，而引起誤判。4.4整個(gè)系統(tǒng)分開(kāi)供電，可以有效地避免各模塊之間電信號(hào)的相互干擾，保證了各模塊電路正常工作；另外一方面，當(dāng)電路中的某個(gè)模塊出現(xiàn)故障的時(shí)候，也可以有效地防止其他模塊的電路受到損壞。4.5由于比賽的勝負(fù)是根據(jù)小車最后的載重量來(lái)衡量的，所以要求小車要有比較好的載重能力，而影響小車載重能力的關(guān)鍵因素是直流電機(jī)的扭力，因此我們選用了扭力為20KG?CM的電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)小車，通過(guò)理論的計(jì)算和實(shí)際測(cè)試，這種直流電機(jī)最大能夠承載4千克4.6直流電機(jī)通過(guò)特定的驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)驅(qū)動(dòng)，由于驅(qū)動(dòng)模塊允許的電壓范圍比較寬，所以即使太陽(yáng)能光電池的輸出電壓會(huì)隨著光照強(qiáng)度而很不穩(wěn)定，但是并不需要復(fù)雜的穩(wěn)壓電路，可以由驅(qū)動(dòng)模塊智能地控制。5存在問(wèn)題和改進(jìn)方法5.1存在的問(wèn)題5.1.1太陽(yáng)能電池板太重。由于我們所訂購(gòu)的太陽(yáng)能電池板是已經(jīng)封裝好的成品，商家為了保護(hù)太陽(yáng)能電池，在表面上封裝了一層很厚的鋼化玻璃。這樣，整部小車自身的重量將很大，嚴(yán)重地影響了小車運(yùn)載重物的能力。5.1.2我們?cè)O(shè)計(jì)的小車是采用前輪驅(qū)動(dòng)，車體的左右兩邊各有一個(gè)車輪，這樣設(shè)計(jì)的目的是為了使小車能夠在單片機(jī)的控制下，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的功能。雖然直流電機(jī)是通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)驅(qū)動(dòng)的，但是由于各方面的原因，左右兩個(gè)電機(jī)的性能參數(shù)不可能是一模一樣的，總會(huì)在一定的程度上存在著差異，這樣將嚴(yán)重地影響小車的直線行駛。5.1.3我們?cè)谲圀w的前方只設(shè)置了三個(gè)紅外漫反射光電開(kāi)關(guān)，如果光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)區(qū)域的角度太小，將會(huì)出現(xiàn)盲區(qū)，引起誤判，或者無(wú)法避開(kāi)障礙物。5.2改進(jìn)方法5.2.1對(duì)于太陽(yáng)能電池板重量太重的問(wèn)題，我們考慮過(guò)訂購(gòu)薄膜型的太陽(yáng)能電池板，重量會(huì)大大地減少，但是價(jià)格太高；另外，我們也考慮過(guò)將上面的鋼化玻璃給卸下來(lái)，但是擔(dān)心弄壞了電路；最后我們用扭矩比較大的電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。5.2.2硬件問(wèn)題是個(gè)比較麻煩的問(wèn)題，找到兩個(gè)性能完全一樣的直流電機(jī)是不現(xiàn)實(shí)的，我們只能盡量找性能最接近的，然后設(shè)法通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)盡可能的消除它們之間的差異。5.2.3對(duì)于光電開(kāi)關(guān)的選擇，我們選擇了發(fā)散角比較適中的紅外漫反射光電開(kāi)關(guān)，以避免出現(xiàn)盲區(qū)，使小車能夠順利完成避障的功能。6結(jié)論與展望我們?cè)O(shè)計(jì)的智能避障搬運(yùn)小車綜合了光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、機(jī)械等多方面的知識(shí)，是各分支學(xué)科理論知識(shí)在實(shí)際中的一次綜合應(yīng)用，同時(shí)也體現(xiàn)了我們的創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力等。小車是針對(duì)比賽環(huán)境來(lái)設(shè)計(jì)的，制作簡(jiǎn)單，成本低，性價(jià)比高，它的各種性能參數(shù)都將符合比賽的要求，能夠順利完成比賽的工作。古人有云“學(xué)以致用”，此次競(jìng)賽制作的“基于太陽(yáng)能的光電導(dǎo)航搬運(yùn)車”具有很高的實(shí)用價(jià)值。太陽(yáng)能作為一種清潔能源，而且是“取之不竭，用之不盡”的，它已經(jīng)越來(lái)越受矚目，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，相信以后的能源將會(huì)是以太陽(yáng)能為主導(dǎo)。太陽(yáng)能應(yīng)用于各種機(jī)動(dòng)車輛已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，將會(huì)有一個(gè)很好的發(fā)展前景。當(dāng)然，我們?cè)O(shè)計(jì)的搬運(yùn)車的各種性能參數(shù)是根據(jù)比賽的實(shí)際要求來(lái)設(shè)定的，并不能投入到實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，但是相信如果對(duì)小車加以改進(jìn)的話，將可以在實(shí)際生活中推廣使用。7參考文獻(xiàn)[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006[2]王慶有.光電技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007[3]何立民.單片機(jī)高級(jí)教程[M].北京：北京航空航天出版社，2007[4]杜開(kāi)珍,黃迪明.C語(yǔ)言教程[M].北京：科學(xué)出版社，19958附錄8.1單片機(jī)程序#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitSA=P0^5; //左、中、右傳感器控制sbitSB=P0^6;sbitSC=P0^7;sbitAA=P0^0; //左、中、右傳感器數(shù)據(jù)輸入sbitBB=P0^1;sbitCC=P0^2;ucharzuo,zhong,you; //左、中、右數(shù)據(jù)的狀態(tài)存儲(chǔ)sbitzuolun=P1^0;//P1^0控制左車輪sbityoulun=P1^1;//p1^1控制右車輪ucharzuoflag=0;//左轉(zhuǎn)標(biāo)志ucharyouflag=0;//右轉(zhuǎn)標(biāo)志bitq,z,y; //小車向前、向左、向右的標(biāo)志 同一時(shí)間只有一個(gè)為1ucharpercent1,percent2; //控制兩個(gè)輪的方波占空比uchartime; //定義方波控制變量voidpulse(void)interrupt1using1 /*T/C0中斷服務(wù)程序*/{ TH0=0xff; /*0.1ms--12MHz*/ TL0=0x9b; ET0=1; /*開(kāi)T/C0中斷*/ ++time; if(time==percent1)zuolun=0; /*周期為0.01秒*/ elseif(time>=100) { time=0;zuolun=1; } if(time==percent2)youlun=0; /*周期為0.01秒*/ elseif(time>=100) { time=0; youlun=1; }}voidxzuo() //控制車向左{percent1--;if(percent1==60){ percent1=80; }percent2=95;}voidxyou() //控制車向右{/*percent1=90;*/percent2--;if(percent2==60){ percent2=95; }}voidxqian()//控制車向前走{percent1=80;percent2=95;}voiddelay(uchart) //延時(shí) { uchari; while(t--) {for(i=0;i++;i<50);} }ucharyima() //傳感器輸出的信號(hào)譯碼 { ucharD;// SA=1;delay(1);zuo=AA;SA=0; //分時(shí)復(fù)用// SB=1;delay(1);zhong=BB;SB=0;// SC=1;delay(1);you=CC;SC=0;AA=1; BB=1; CC=1; delay(1); zuo=AA; zhong=BB; you=CC; D=4*zuo+2*zhong+you; return(D); }voidkongzhi() //對(duì)應(yīng)譯出的碼控制小車的動(dòng)作 { ucharD; D=yima(); if(D==7||D==6||D==4)xyou(); //右 if(D==3||D==2||D==1)xzuo(); //左 if(D==5||D==0)xqian(); //前 }voidmain(){P2=0xff; TH0=0xff;/*0.1ms--12MHz*/ TL0=0x9b; TMOD=0x11;/*T016位方式*/ TCON=0x54; /*T0運(yùn)行*/ ET0=1;/*開(kāi)T/C0中斷*/ IE=0x86; /*允許中斷ET0*/ xqian();//開(kāi)始車向前走 while(1) { kongzhi(); }}8.2小車電路圖8.3小車實(shí)物圖基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營(yíng)養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測(cè)試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀開(kāi)發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測(cè)儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開(kāi)發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測(cè)儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測(cè)量?jī)x的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號(hào)檢測(cè)儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測(cè)性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測(cè)微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測(cè)基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測(cè)量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測(cè)量?jī)x的研制基于單片機(jī)的紅外測(cè)油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測(cè)漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無(wú)功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)信號(hào)的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動(dòng)譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機(jī)的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)與Internet互聯(lián)的研究與實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機(jī)控制器的研究基于單片機(jī)γ-免疫計(jì)數(shù)器自動(dòng)換樣功能的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式以太網(wǎng)防盜報(bào)警系統(tǒng)基于51單片機(jī)的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在擠壓機(jī)上的應(yīng)用MSP430單片機(jī)在智能水表系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用HYPERLINK"/de