無(wú)線遙控紅外避障小車的制作

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1、科技信息 無(wú)線遙控紅外避障小車的制作 煙臺(tái)南山學(xué)院電子工程學(xué)院 孟凡新 劉曉明 侯憲倫 ［摘 要］無(wú)線遙控紅外避障小車由紅外避障系統(tǒng)、無(wú)線遙控發(fā)射與接收系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和電動(dòng)小車五部分構(gòu)成。 小車在運(yùn)行過(guò)程中，可以用遙控器對(duì)小車進(jìn)行任意控制：前進(jìn)、倒退、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎等，若遇到障礙物，小車還會(huì)自動(dòng)避開(kāi)。［關(guān)鍵詞］無(wú)線遙控 紅外避障 智能車 電子制作 1.紅外避障系統(tǒng) 飽和導(dǎo)通，電源VCC 經(jīng)R1、R8 對(duì)電容C1 充電，但由于充電時(shí)間常數(shù)大， 在車前方，安裝了紅外發(fā)射與紅外接收電路，在車前進(jìn)的過(guò)程中， 充電很慢，在下一個(gè)低電平到來(lái)時(shí)，VT2

2、又飽和導(dǎo)通，C1上充得的少量 若遇到障礙物，紅外線被反射，經(jīng)紅外接收電路，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信 電荷又被迅速放掉，與門1 腳還是低電位[4]，總之，遇到障礙物時(shí)，接收 號(hào)，使小車一側(cè)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，而另一側(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，從而改變運(yùn)行 頭1腳輸出的方波信號(hào)將與門關(guān)閉，來(lái)自車載接收模塊的D3信號(hào)封鎖， 方向，達(dá)到避障的目的。 使小車一側(cè)的電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，但另一側(cè)電動(dòng)機(jī)不受影響，繼續(xù)正轉(zhuǎn)，從而 1.1紅外發(fā)射電路 改變行進(jìn)方向，達(dá)到避障的目的。 圖1.1 紅外發(fā)射電路原理圖 R4、C2 和兩個(gè)非門構(gòu)成了一個(gè)多諧振蕩器

3、，R3 為隔離電阻，它產(chǎn)生的方波頻率為38KHz，如圖1.2（a）所示，它從與門9 腳輸入；R12、C3 和其他兩個(gè)非門也構(gòu)成了一個(gè)多諧振蕩器，R11 為隔離電阻，它產(chǎn)生一個(gè)低頻方波信號(hào)[1]，如圖1.2（b）所示，它從與門10腳輸入，利用與門的開(kāi)關(guān)特性，低頻方波信號(hào)對(duì)38KHz高頻方波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字振幅調(diào)制，即振幅鍵控[2]，從3腳輸出已調(diào)波信號(hào)，如圖1.2（c）所示。已調(diào)波經(jīng)限流電阻R6注入三極管Q1的基極，被放大后驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外線，即將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成光信號(hào)發(fā)射出去，R2為集電極負(fù)載，改變其阻值可以改變紅外發(fā)光二極管的發(fā)光功率，從而能改變小車避障的靈敏度。

4、 圖1.2 數(shù)字振幅調(diào)制 CD4069是一個(gè)六非門集成電路，可用它搭建多諧振蕩器電路。也可用 CD4011，它是一個(gè)四與非門電路，若把兩個(gè)輸入端接在一起，CD4011就變成了四非門集成電路。74LS08是一個(gè)四與門電路，可用它搭建振幅鍵控電路和下文避障信號(hào)控制電路。 1.2紅外接收電路 紅外線接收采用HS0038B 紅外一體化接收頭[3]，1 腳為解調(diào)信號(hào)輸出端，2 腳接地，3 腳接電源；當(dāng)遇到障礙物時(shí)，光敏二極管將接收到的紅外線轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，通過(guò)輸入電路送入放大電路，解調(diào)電路把調(diào)制到 38KHz 高頻載波上的低頻方波信號(hào)取出，經(jīng)三極管放大后由集電

5、極輸出，即1 腳輸出。沒(méi)有遇到障礙物時(shí)，接收頭接收不到紅外線，解調(diào)電路無(wú)輸出，三極管VT處于截止?fàn)顟B(tài)，從1腳輸出高電平。 紅外信號(hào)接收放大電路如圖1.4 所示，在沒(méi)有遇到障礙物時(shí)，紅外一體化接收頭1腳為高電位，Q2 飽和導(dǎo)通，Q3 截止，電源VCC經(jīng)R1、R8 對(duì)電容C1 充電，在電容上充得電源電壓，與門2 腳為高電位，使與門處于打開(kāi)狀態(tài)，來(lái)自車載接收模塊的D3 信號(hào)能順利通過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的無(wú)線控制。當(dāng)遇到障礙時(shí)，紅外一體化接收頭1腳輸出方波，低電平到來(lái)時(shí)，Q2 截止，Q3 飽和導(dǎo)通，電容C1 經(jīng)二極管D2、三極管 Q3 迅速放電，與門2 腳變?yōu)榈碗娖?，將與門封鎖；高電平到來(lái)時(shí)，雖然

6、Q2 截止，Q3  圖 1.3 紅外信號(hào)的接收、放大電路 2.無(wú)線遙控系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用由2262/2272集成電路組成的無(wú)線遙控系統(tǒng)，分為手持 發(fā)射模塊和車載接收模塊。 2.1手持發(fā)射模塊 圖 2.1 為手持發(fā)射模塊的外形，其內(nèi)部以編碼芯片2262 為核心；當(dāng)沒(méi)有按鍵按下時(shí)，不接通電源，無(wú)高頻信號(hào)發(fā)射出去，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，高頻發(fā)射電路起振，發(fā)射出等幅高頻信號(hào)。 圖2.1 手持發(fā)射模塊 圖2.2 車載接收模塊 2.2車載接收

7、模塊 圖 2.2 為車載接收模塊，以解碼芯片SC2272 為核心，該模塊共有7個(gè)引腳與外電路相連。它把接收到的高頻信號(hào)進(jìn)行放大、解調(diào)，獲得數(shù)據(jù)信號(hào)，從該模塊的D0、D1、D2、D3 四個(gè)引腳輸出，其余三個(gè)引腳分別是電源VCC（5V）、地線GND 和解碼有效確認(rèn)輸出端VT，當(dāng)解碼有效時(shí)，VT引腳變?yōu)楦唠娖?，使外接的LED閃爍。 2.3工作方式 手持發(fā)射模塊按鍵A、B、C、D與車載接收模塊四個(gè)數(shù)據(jù)輸出端D0、D1、D2、D3的關(guān)系如表2.1所示。 該模塊有鎖存/點(diǎn)動(dòng)兩種輸出方式，本電路采用鎖存工作方式，即按一下A 鍵，D2 引腳輸出高電平，再按一下A 鍵，D2 引腳輸出低電

8、平，再按一下A 鍵，D2 引腳又輸出高電平，周而復(fù)始；其他三個(gè)鍵也是這 樣，并且他們之間互不影響。（下轉(zhuǎn)第513頁(yè)） —512 — 科技信息 Bernstein 型算子與數(shù)據(jù)擬合問(wèn)題 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)遼陽(yáng)校區(qū)基礎(chǔ)部 于 巍 許爽爽 ［摘 要］本文應(yīng)用Bernstein 算子對(duì)任意一組觀察數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,并得到加權(quán)的算子以取得更好的逼近效果。 ［關(guān)鍵詞］Bernstein 算子 數(shù)據(jù)擬合 1.引言 多項(xiàng)式逼近是數(shù)值逼近中最重要的方法之一。在1802 年，Weier-strass 就證明了閉區(qū)間上的連續(xù)函數(shù)必可以被一個(gè)多項(xiàng)式函數(shù)列一

9、致地逼近[1]。1912 年，Bernstein 給出了一種構(gòu)造上述多項(xiàng)式列的方法[2]。 n v 設(shè) f (x) 在[0,1] 上有定義，則 Bn( f,x) = ∑ f ( )Bv,n(x) i = 0 n 其中，Bv,n(x) = nv xv(1 - x)n - v ?,??v = 0,1,?,n 為 Bernstein 基函 數(shù)，稱 Bn:C[0,1] → C[0,1]?,n ∈ ? 為Bernstein 算子。 2.Bernstein 型算子與數(shù)據(jù)擬合問(wèn)題 我們應(yīng)用Bernstein 型算子(以Bernstein

10、基函數(shù)的線性組合表示)對(duì)一組觀察數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。即采用最小二乘法是可行的。 假定給出m + 1 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，為方便計(jì)，將這些點(diǎn)放到平面直角坐標(biāo)系中。記它們的橫坐標(biāo)分別為 t0,t1,?,tm ，相應(yīng)的縱坐標(biāo)分別為 y0,y1,?,ym ；欲找一個(gè)恰當(dāng)?shù)腂ernstein 型算子來(lái)擬合這些數(shù)據(jù)點(diǎn)。 n 這里采用 n 次 Bernstein 型算子，記為 F(t) ，F(xiàn)(t) = ∑ai Bi,n(t) ， i = 0 ai(i = 0,?,n) 是系數(shù)，通常 m > n 。于是有，Ax = b ，其中， B0,n(t0) ? Bn,n(t0) A

11、 = ? ? B0,n(tm) ? Bn,n(tm)(m + 1) (n + 1) x =(a0,?,an)T,b =(y0,?,ym)T, = min A - b , 于是，問(wèn)題轉(zhuǎn)化為確定 x ∈ ?n + 1 ，使得 b - Ax 2 y ∈ ∈ ?n + 1 y 2 即最小二乘問(wèn)題。 求此超定方程最小二乘解的方法基本上有三種: (1) 正則方程法得解 x =(AT A)-1 AT b , (2)

12、廣義逆法得解 x = A+b , (3) 用矩陣除法得解 x = A/b 。 注：解法一出現(xiàn)在許多教材中。這種表達(dá)形式比較容易理解，但數(shù) 值精度差。該法帶有較大的示例性。解法二建立在奇異值分解基礎(chǔ)上，所得解可靠，即便A 發(fā)生列秩虧損，它也能給出最小二乘解。解法三建立在對(duì)原超定方程直接進(jìn)行Householder 變換的基礎(chǔ)上。其可靠性稍遜于奇異值分解，但速度較快。A 發(fā)生列秩虧損時(shí)，它所給出的最  小二乘解具有最少非零元素。 眾所周知，在實(shí)際中，三次Bernstein 算子有較廣泛的應(yīng)用，下面舉例說(shuō)明采用Bernstein 型算子對(duì)一組給定數(shù)據(jù)的擬合問(wèn)題。

13、 給出九個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(0; 1); (1=2; 3=2); (1=3; 2); (2; 3); (5=3; 7=2); (3; 4); (4; 9=2);(6; 6); (7; 5): 3 設(shè)所求的Bernstein 算子為 F(t) = ∑ai Bi,3(t) ,于是得到Ax = b; 其 中 i = 0 1 0 0 0 1 8 3 8 3 8 1 8 8 27 4 9 2 9 1 27 -1 6 -12 8 A = -8/27 20 9 -50/

14、9 125 27 -8 36 -54 27 -27 108 -144 64 -125 450 -540 216 -216 756 -882 343 x =(a0,?,a3)T,b =(1,3/2,2,3,7/2,4,9/2,6,5)T, 采用上述方法求出最小二乘解為： x =(-0.0400,1.0558,1.8513,2.4333)T 。 然而，對(duì)于相同的數(shù)據(jù)點(diǎn)，在不同的情況下需要重視的程度也會(huì)有 所差別，這就需要對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)所承擔(dān)的權(quán)重進(jìn)行修改。事實(shí)上，引入 權(quán)

15、因子 Ω = {ωi}n 即可。從而得到加權(quán)后的擬合算子 i = 0 Fω(t) = ∑a nωi Bi,n(t) n i = 0 ∑ωi Bi,n(t) i = 0 通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)權(quán)因子的大小，可以得到更理想的擬合效果。 參考文獻(xiàn) ［1］王仁宏. 數(shù)值逼近［M］.北京：高等教育出版社，2003 年. ［2］S. Bernstein. Demonstration du theorμeme de Weierstrass fondee sur le calculdes probabilities［J］.Comm. Soc. Math. K

16、harkov(2) 13 (1912)1-2. （上接第512頁(yè)） 表2.1 按鍵與數(shù)據(jù)輸出的關(guān)系 5.總體電路圖 A B C D D2 D0 D3 D1 圖5.1 總體電路圖 圖3.1 集成芯片 6.結(jié)束語(yǔ) 3.電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 該車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，很適合初學(xué)者制作，在制作的過(guò)程中同 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用集成芯片L293，內(nèi)部主要由四個(gè)三態(tài)門構(gòu)成，如 學(xué)們不僅能夠加深對(duì)理論知識(shí)的理解，更重要的是提高同學(xué)們

17、的動(dòng)手 圖 3.1所示，三態(tài)門①、②共用一個(gè)使能端1，當(dāng)使能端接高電平時(shí)，兩個(gè) 能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，增強(qiáng)實(shí)戰(zhàn)信心。三態(tài)門被打開(kāi)，信號(hào)可雙向傳輸，使電動(dòng)機(jī)能夠正、反轉(zhuǎn)，3、6 引腳外接 小車驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1，三態(tài)門③、④及電機(jī)M2 的工作原理與三態(tài)門①、② 參考文獻(xiàn) 相同。車載接收模塊解碼輸出的信號(hào)D0、D1、D2分別與7、2、15引腳直 ［1］王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)［M］.北京：高等教育出版社，2008 接相連。 ［2］胡宴如，耿蘇燕.高頻電子線路［M］.北京：高等教育出版社， 4.供電系統(tǒng) 2009 用9V電池做小車的電源，需用三端穩(wěn)壓器7805穩(wěn)壓后再供電。為 ［3］林鋼.常用電子元器件［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.09 避免驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)遙控電路有影響，給電動(dòng)機(jī)另設(shè)一個(gè)7805 穩(wěn)壓器，專 ［4］童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版 門給電動(dòng)機(jī)供電，即輸出端直接L293的8腳。 社，2006 — 513 —