一种智能导航小车

摘要

本发明公开了一种智能导航小车，属于嵌入式计算机领域。小车以LPC2136处理器为核心，包括环境感知模块、控制驱动模块、信息采集模块和导航控制模块四个部分。小车设计有4个超声波传感器，位于车体外接圆前部切线方向，彼此中垂线夹角为30度，探测前方130度角范围内障碍物的距离；采用三轴数字加速度计、电子罗盘和3个陀螺仪感知自身姿态，采用码盘记录行驶距离，通过计算方向角θ、位置角γ和目标距离s来实现导航；采用键盘和液晶显示器设定目的地位置；采用电机驱动芯片实现履带驱动；采用温湿度传感器和光亮度传感器采集目的地温度、湿度和光照强度，并将数据保存于SD卡。本发明可作为娱乐、军事、工业领域的原型系统使用。

主权项

一种智能导航小车，以基于ARM7的LPC2136处理器为控制核心，包括环境感知模块、控制驱动模块、信息采集模块和导航控制模块，其特征在于：环境感知模块包括距离感知、方位感知、姿态感知和里程计算四个子模块；距离感知子模块采用四个超声波传感器，传感器顺序摆放于小车外接圆前部的切线方向，中垂线相交于小车外接圆的圆心处，相邻两个传感器中垂线夹角为30度，4个传感器在小车前方形成130度探测范围；方位感知子模块采用一片电子罗盘芯片，通过感应地球磁分量，转换得到小车当前行进路径的方位角；姿态感知子模块采用一片三轴数字加速度传感器芯片，测量小车的倾斜角度，补偿电子罗盘在非水平位置放置时产生的误差；里程计算子模块由两组反射光耦和码盘组成，当车轮转动时，带动码盘转动，由反射光耦产生特定频率脉冲，统计脉冲数目得到小车的实际行进距离；控制驱动模块由人机接口子模块和电机驱动子模块两部分组成；人机接口子模块包括一个小键盘和一个液晶显示器；小键盘有6个按键，按键定义分别为计数增加、计数减小、左移位、右移位、确定和取消；液晶显示器负责显示输入坐标信息和目的地的温度、湿度和光照强度；电机驱动子模块采用一片L298N芯片实现电机转速控制；信息采集模块包括数字温湿度传感器、光亮度传感器和一块2GB容量的SD卡，实现对测量地点温度、湿度和光照强度的测量，并在液晶显示器上显示测量值，同时将测量值存储在SD卡中；导航控制模块主要包含2个层：驱动层和决策层；驱动层提供各种传感器以及电机控制芯片L298N的驱动程序函数库，提供传感器数据读取接口和电机控制接口；决策层包含避障算法和导航算法，前者通过超声波传感器探测小车与障碍物的距离，当距离小于3cm时，小车停止运动，通过向左右方转向来寻找新的行进路径；后者通过对传感器数据的处理和分析，实时计算出小车运行时的方向角θ、位置角γ，以及小车的目标距离s，并以θ≈γ和s≈0为目标函数，生成对电机控制芯片的驱动信号，传递给控制层，采用闭环逻辑，控制小车向目的地移动，完成导航决策任务；其中方向角θ是以小车初始前进方向作为起始方向，顺时针旋转到当前行进方向所转过的角度，位置角γ是以小车初始前进方向为起始方向，顺时针旋转到目的地方向时所转过的角度，上述两个角度的取值范围均为[0,2π]。