基于嵌入式的智能小车设计

张晓明

（广东一鼎科技有限公司，佛山 528061）

基于嵌入式的智能小车设计

张晓明

（广东一鼎科技有限公司，佛山 528061）

本文介绍应用机器人技术的智能小车。它属于移动机器人，其硬件系统和软件系统要进行分步调试以及统一调试，控制中心采用嵌入式的方式，并能利用Android手机和蓝牙实现和智能小车的数据信息交流。笔者主要分析该智能小车的软件设计、硬件设计等方面的内容。

嵌入式云计算智能小车Android系统软件硬件

机器人技术在一定意义上代表了智能技术的发展水平，机器人智能小车能完成很多人类无法做到的精密工作，而且还能胜任许多危险性高、难以控制的工作，如拆弹等操作。另外，许多工作会对人体健康产生危害，此时机器人智能小车的使用就能将人解放出来。因此，加强对机器人智能小车的研究十分必要。

1智能小车的软件设计

智能小车各个软件程序通过云计算技术组合在一起，并分工合作，共同实现对智能小车的控制。云计算系统中应用了很多技术，其中包括虚拟化、云计算平台管理、数据管理、编程、数据存储，而虚拟化技术是其中的重中之重。由于云计算技术的应用，智能小车真正实现了“小”这一特点。它将软件控制系统移步于云计算平台，大大减小了智能小车的体积和硬件的复杂程度，也实现了对智能小车行为的远程控制。

1.1 Android系统设计

Android系统的应用程序内有很多组件，事实上这些组件都是API框架中的一类—Java类［1］。通过继承该类，并对其功能进行改进，就能实现用户应用程序的创建。Android系统的应用程序主要包括服务、提供内容、广播接收以及活动4种。在此选用32bit的 Windows7系统进行Android系统的安装，其流程为下载安装 JDK、下载Eslipse、下载安装Android系统的SDK、下载安装ATD、创建Android系统的模拟器［2］。

1.2智能小车各个功能软件的设计

（1）超声波部分程序的设计。通过了解超声波传感器测距的方法和原理，同时分析该传感器的硬件设计，可以知道，要想顺利实现超声波测距功能的发挥，就必须对这一模块进行初始化操作，利用I/O端口将持续时间超过10微秒的触发脉冲输出，进而将设备打开，然后再测定超声波模块上的ECHO端口是否输出高电平，通过计算高电平持续的时间，测定出障碍物与智能小车的距离。

（2）电机驱动部分的设计。通常，在对这一模块进行设计时会先制定设计方案，主要是对智能小车的控制处理器进行设计，经常使用PWM驱动控制电机。初始化这一驱动模块后，自行定义电机的频率、输入设备的接口和输出设备的接口，然后再打开驱动程序的文件。驱动电机的运转状态能够随着电机内运转控制的逻辑电平变化而发生改变。驱动程序设计的关键在于怎样才能通过延时函数的计算，将引脚设置成高低电平，从而实现智能小车的运动。

图1通信电路设计分布图

2　智能小车硬件设计

2.1电机驱动的设计

机器人智能小车的驱动电机经常采用电机驱动为直流电机或者步进电机。通过对两者的性能、价格、使用寿命等方面进行比较，发现直流电机更适合应用在智能小车的设计中。

开关型驱动方式是直流电机最常用的驱动方式，其中因为PWM操作起来比较简单而被广泛应用在智能小车中。开关型驱动方式能够更改PWM信号占空比，从而控制直流电机的运行速度。为方便系统安装，同时提高系统稳定性，所以会将L298N集成芯片应用其中。这一芯片能够承受较高的电流和电压，工作时能够接受的最高电压不会超过46V，瞬间电流的峰值能够到达4A。

2.2通信系统的设计

对于基于嵌入式的智能小车来说，它开发、研究和调试的基础就是串口。处理器的软件和硬件都能轻易实现串口协议，且很大一部分计算机和控制器会自带串口，从而为各种设备之间的数据传输提供便利。将串口应用在智能小车和上位机之间方便其通信，能够有效提高智能小车内系统调试开发的效率，并且在发现系统程序故障方面也有很高的准确性。在实际的设计中，通常会使用S3C6410处理器。它有3个不同功能的串口，分别为USB接口串口、存储串口、JTAG串口［3］，通信电路设计分布如图1所示。

2.3传感模块的设计

基于嵌入式的智能小车传感器可选择的类型很多，以下笔者介绍几种智能小车经常使用的传感器。

（1）超声波传感器设计。超声波传感器利用超声波的直线传递特性进行测定。它发射的超声波频率通常在40kHz～50kHz之间。将它安装在智能小车上，不是为了利用超声波自身的性能进行检测，而是将其作为工具，利用它的反射性来测定周围环境中具体物件的距离和方位。当前，使用最多的超声波传感器为HC-SR04传感器。它包括控制电路、发射器、接收器3个部分，能够实现不接触物件的情况下测定其大小的目标，其测量的准确度能够降到3mm。

（2）温度传感器设计。温度传感器主要利用对温度比较敏感的材料制成。这些材料的物理性质能够随着温度的改变而产生变化，进而传感器内的信号传递系统将温度变化的信号转化为电信号，并传递给控制系统。在将温度传感器安装在智能小车上进行测量时，必须选择适宜的位置。和其他型号的温度传感器相比，DS18B20传感器的性能更加优良。因此，在实际设计制作时应用比较广泛。它主要通过一个单线的端口，就能实现数据信号的传输工作，具有体积小、样式多、使用方便等优点。采用的电源电压为5V，准确测定温度的范围在负50～120℃［4］。

（3）速度传感器设计。要想增强智能小车的伺服性能，必须尽可能提高智能小车的运动速度。其中，能够有效提高其速度的传感器包括霍尔传感器和光电编码器。通过比较发现，光电编码器的环境适应性较差，如果没有将其密封好，就会影响其性能的发挥。因此，设计时的首选是霍尔传感器。霍尔传感器主要是通过霍尔效用的运用制作而成的有源磁电变换器件。当利用该传感器测定智能小车的运动速度时，通常将霍尔开关检测装置安置在车轮位置的发出铁磁脉冲信号的位置上。在实际设计时，通常会选择CS3120霍尔传感器。它能适应范围较广的电源电压，而且反应灵敏准确，具有很强的耐高温性能，能够直接与MOS、TTL逻辑电路相连接。

（4）电路设计。能够保证机器人智能小车能够可靠安全运行的关键是稳压电路。它的主要功能是为外围设施和控制中心提供足够的能源，同时也为小车的电机提供充足动力。经过多次试验发现，交流转直流的电流不能和机器人智能小车完全匹配。因为电路中的电机驱动的电源电压为10V，而其他电源能够通过变化电压得到10V电压。在设计智能小车的电源时，经常会使用容量为5000mAh、输出电压为9V的充电锂电池为整个控制系统的电源。它的外围器件的电源所需电压为5V，可以利用7805芯片获得［5］。该芯片为三端稳压的集成电路，使用的外围元件较少，功能包括保护电路、集成过流、集成过热以及调整电路，性价比较高。稳压电路输出电压的最大值为36V。通常情况下，它的输入电压为10V～12V［6］。

3　结束语

科技的发展给人们的生活方式和工作方式带来很大变化。嵌入式智能小车的广泛应用，也在很大程度上促进了我国工业内部小型变革的发生。机器人智能小车能够节省大量劳动力，大幅度提高工业生产的精确性，提高工业产品的质量。本文笔者详细介绍基于嵌入式的智能小车硬件设计和软件设计，希望能够促进智能小车设计制作水平的提高。

［1］彭超.基于嵌入式的智能小车的研究和设计［D］.武汉：武汉理工大学，2013.

［2］梁明亮，孙逸洁.嵌入式智能小车的设计与实现［J］.制造业自动化，2012，（22）：87-89，94.

［3］孙青.基于嵌入式控制系统的自动导引小车设计与实现［D］.南京：南京理工大学，2010.

［4］石亿.嵌入式智能小车运动控制系统的研制［D］.湘潭：湘潭大学，2012.

［5］孙楠.嵌入式智能寻迹小车的设计与实现［D］.大连：辽宁师范大学，2009.

［6］张耀辰.基于嵌入式的多功能智能小车的设计与实现［J］.才智，2015，（3）：340，342.

Intelligent Vehicle Based on Embedded Design

ZHANG xiaoming
（Guangdong EDING Industrial Co.，Ltd.Foshan 528061）

This article describes the application of the smart car robot technology，it belongs to the robot，its hardware and software systems to be unified division commissioning and commissioning，the control center embedded manner，and can take advantage of Android phonesandBluetoothandachievesmartcardataexchangeof information.The author analyzes the contents of the smart car is the software design，hardware design and other aspects.

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