無(wú)人駕駛快遞車(chē)總體方案設(shè)計(jì)案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u7320無(wú)人駕駛快遞車(chē)總體方案設(shè)計(jì)案例概述 1206841.1快遞車(chē)的研究方向 1296201.2快遞車(chē)的部件 329151.2.1單片機(jī) 3180011.2.2快遞車(chē)的行駛 4179281.2.3快遞車(chē)的障礙物檢測(cè)模塊 8210121.2.3快遞車(chē)的電源供能模塊 9302831.3快遞車(chē)整體模型 101.1快遞車(chē)的研究方向?qū)τ跓o(wú)人駕駛快遞投遞小車(chē)，我們需要它能夠按照規(guī)定的路徑進(jìn)行行駛，直行以及彎道行駛，同時(shí)，也希望它能夠具備一定的避障功能，功能流程圖（圖2-1）如下。圖2-1快遞車(chē)功能流程圖同時(shí)，作為一輛用來(lái)配送快遞的無(wú)人車(chē)，除了能夠做到自動(dòng)駕駛的功能，對(duì)于配送快遞來(lái)說(shuō)也是有一定的要求，所以小車(chē)增加了定點(diǎn)起停的功能。如功能圖（圖2-2）所示，快遞車(chē)在檢測(cè)到快遞點(diǎn)時(shí)，會(huì)先停止一段時(shí)間，供人取完快遞后繼續(xù)行駛。根據(jù)上面所說(shuō)的快遞車(chē)功能，在快遞車(chē)上除了裝配的stm32單片機(jī)主控板，電源，舵機(jī)驅(qū)動(dòng)，按鍵控制等基礎(chǔ)模塊外，還增加了紅外循跡，紅外避障這兩個(gè)重要模塊。從硬件系統(tǒng)框圖（圖2-3）上可以看出，這些硬件都由單片機(jī)進(jìn)行統(tǒng)籌。圖2-2快遞車(chē)配送快遞功能圖圖2-3快遞車(chē)硬件系統(tǒng)框圖1.2快遞車(chē)的部件1.2.1單片機(jī)單片機(jī)也可以叫做單片微控制器，是一種集成電路芯片。CPU（運(yùn)算和控制）、RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）、ROM（程序存儲(chǔ)）、I/O設(shè)備（串行端口、并行端口等）和中斷系統(tǒng)集成在一塊芯片上，形成了一個(gè)小型但完整的微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?，F(xiàn)今人們使用最多的應(yīng)該是51單片機(jī)或stm32單片機(jī)。51單片機(jī)是與Intel8031命令系統(tǒng)兼容的所有單片微控制器的統(tǒng)稱(chēng)。這一系列單片微控制器的祖先是Intel8031單片機(jī)。此后，由于閃存ROM技術(shù)的發(fā)展，8031單片機(jī)發(fā)展得越來(lái)越強(qiáng)大，逐漸成為了最廣泛使用的8位單片機(jī)之一。ATMEL公司的AT89系列是他的代表性產(chǎn)品。STM32單片機(jī)是意法半導(dǎo)體公司制造的32位系列單片微控制器。其內(nèi)部資源如寄存器和外設(shè)功能，比8051、AVR和PIC更多，與計(jì)算機(jī)的CPU功能相似。這些功能都可以在手機(jī)、路由器等電子產(chǎn)品上運(yùn)用。入門(mén)最簡(jiǎn)單的就是51單片機(jī)了，學(xué)習(xí)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，比較少的功能決定了其便于控制。但是，相對(duì)而言速度和功能比32單片機(jī)差了很多。但相對(duì)于51單片機(jī)，32單片機(jī)更難入門(mén)。51單片機(jī)很大一部分都是馮諾曼結(jié)構(gòu)的，STM32單片機(jī)則是哈弗結(jié)構(gòu)的，數(shù)據(jù)處理速度非常快。本次設(shè)計(jì)采用的是STM32單片機(jī)。stm32系列單片機(jī)的核心是ARMCortex-M3內(nèi)核，其主要應(yīng)用于高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。按內(nèi)核架構(gòu)分為不同產(chǎn)品，其中stm32F系列大致可以分為三個(gè)類(lèi)型——增強(qiáng)型、基本型以及互聯(lián)型。增強(qiáng)型主要是stm32F103系列，基本型主要是stm32F101系列，而互聯(lián)型則有兩個(gè)系列，分別為stm32F105系列以及stm32F107系列。stm32F103系列作為增強(qiáng)型有著別的系列所沒(méi)有的的長(zhǎng)處，它的時(shí)鐘頻率最高可以達(dá)到72MHz；stm32F101系列作為基本型是32位產(chǎn)品用戶(hù)的最佳選擇，頻率為36MHz，它雖然具備著較高的輸出功耗，但僅僅只是16位系列產(chǎn)品的最低價(jià)格。32k一直到128k的最大閃存容量是兩個(gè)系列產(chǎn)品的相同點(diǎn)，當(dāng)然不同點(diǎn)也是有的，它們的差別體現(xiàn)在而在SRAM的最大容量與外設(shè)接口的組合上面。本文選用增強(qiáng)型32單片機(jī)來(lái)進(jìn)行無(wú)人駕駛快遞投遞車(chē)的設(shè)計(jì)。1.2.2快遞車(chē)的行駛快遞車(chē)的行駛主要分為兩個(gè)部分，一是驅(qū)動(dòng)，二是循跡。驅(qū)動(dòng)方面采用的是360度電動(dòng)舵機(jī)（圖2-4），可以給無(wú)人駕駛快遞投遞小車(chē)提供圖2-4舵機(jī)行駛的動(dòng)力，舵機(jī)部分電路圖如圖所示（圖2-5）。舵機(jī)通常作為一個(gè)執(zhí)行元件使用在飛機(jī)的舵面(操作臺(tái))轉(zhuǎn)動(dòng)的操作上。常見(jiàn)的舵機(jī)類(lèi)型主要有三種，即電動(dòng)舵機(jī)，液壓舵機(jī)及電動(dòng)液壓舵機(jī)。它采用了一種可以根據(jù)需求進(jìn)行角度變化的伺服驅(qū)動(dòng)器。其控制信號(hào)其實(shí)就是一個(gè)脈沖寬度的調(diào)制(pwm)信號(hào)。同時(shí)配備一個(gè)萬(wàn)向輪（圖2-6），無(wú)人駕駛快遞投遞小車(chē)即可做出前進(jìn)，轉(zhuǎn)彎等各類(lèi)運(yùn)行行為。圖2-5舵機(jī)模塊電路圖圖2-6萬(wàn)向輪循跡方面采用TCRT5000L循跡紅外傳感器（圖2-7）來(lái)使無(wú)人駕駛快遞投遞小車(chē)按照規(guī)定的路線進(jìn)行行駛。TCRT5000L傳感器的紅外發(fā)光二極管連續(xù)發(fā)射紅外線。當(dāng)圖2-7循跡紅外傳感器a）圖2-7循跡紅外傳感器b）發(fā)射出的紅外光線不被反射或其反射強(qiáng)度沒(méi)有足夠高時(shí)，模塊的輸出端必然是處于高電平，此時(shí)紅外接收管總是保持在斷開(kāi)的狀態(tài)，此時(shí)紅燈是亮的。當(dāng)有物體出現(xiàn)在檢測(cè)范圍中時(shí)，接收器就會(huì)接收到高強(qiáng)度紅外線，此時(shí)，模塊的輸出端處于低電平，指示二極管導(dǎo)通，此時(shí)紅燈熄滅。由圖中可以看到這個(gè)傳感器有五組指示燈，每組指示燈會(huì)根據(jù)檢測(cè)到的情況點(diǎn)亮指示燈，循跡部分電路圖如圖所示（圖2-8）。圖2-8循跡紅外傳感器電路圖a）圖2-8循跡紅外傳感器電路圖b）圖2-8循跡紅外傳感器電路圖c）1.2.3快遞車(chē)的障礙物檢測(cè)模塊在障礙物檢測(cè)模塊中選擇紅外線障礙物傳感器模塊（圖2-9）。這個(gè)傳感器模塊本身就是一種光敏元件，對(duì)周?chē)墓饩哂泻軓?qiáng)的適應(yīng)能力。它有一對(duì)紅外發(fā)射管和紅外接收管(受光導(dǎo)波管)。發(fā)射管是以某種頻率發(fā)送紅外線。在檢測(cè)到的方向上如果有障礙物(反射表面)，則紅外線將被其反射回來(lái)，由接收管進(jìn)行接受。由比較器電路進(jìn)行處理后，綠色指示器燈被點(diǎn)亮，然后再輸出一個(gè)低電平數(shù)字信號(hào)。檢測(cè)距離可以通過(guò)電位計(jì)旋鈕進(jìn)行調(diào)整，在2～30cm之間都是可以檢測(cè)到的。工作電壓為3.3V～5V，完全可以使用單片機(jī)上的電源輸出部分供電，障礙檢測(cè)部分電路圖如圖所示（圖2-10）。圖2-9障礙物檢測(cè)傳感器圖2-10障礙物檢測(cè)傳感器電路圖1.2.3快遞車(chē)的電源供能模塊此次選用四節(jié)五號(hào)電池作為電源輸出，配合上單片機(jī)上的電源輸入模塊（圖2-11），就可以給予行駛模塊足夠的電能。圖2-11電源輸入模塊電路圖1.3快遞車(chē)整體模型無(wú)人駕駛快遞投遞小車(chē)整體結(jié)構(gòu)（圖2-12）就是在一塊車(chē)架上將32單片機(jī)、行駛模塊、障礙物檢測(cè)模塊以及電源模塊進(jìn)行組裝，以32單片機(jī)作為主控原件，對(duì)其它模塊進(jìn)行控制，使其形成一個(gè)整體，能夠完成循跡、障礙檢測(cè)以及隨時(shí)啟停等功能。圖2-12快遞車(chē)a）圖2-12快遞車(chē)b）由圖中可以看到，兩個(gè)舵機(jī)安裝在快