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項(xiàng)目簡(jiǎn)介：
自動(dòng)跟隨小車(chē)系統(tǒng)由兩部分組成：跟隨小車(chē)和移動(dòng)目標(biāo)攜帶裝置。
工作原理：
跟隨小車(chē)系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線通信模塊發(fā)送尋找信號(hào)，同時(shí)超聲波接收器開(kāi)始計(jì)時(shí)，如果移動(dòng)目標(biāo)接收到無(wú)線尋找信號(hào)，則立即發(fā)送超聲波信號(hào)。這樣小車(chē)的三角超聲波接收器陸續(xù)收到超聲波信號(hào)，CPU通過(guò)每個(gè)超聲波模塊接收到的時(shí)間，計(jì)算出移動(dòng)目標(biāo)到3個(gè)超聲波接收點(diǎn)的距離，通過(guò)三邊定位算法即可確定移動(dòng)目標(biāo)的位置。如果計(jì)算出來(lái)的距離大于設(shè)定距離，則控制電機(jī)向目標(biāo)方向移動(dòng)，如果計(jì)算出來(lái)的距離小于設(shè)定距離，則控制電機(jī)停止，從而實(shí)現(xiàn)小車(chē)的自動(dòng)跟隨功能。
硬件說(shuō)明：
小車(chē)硬件設(shè)計(jì)：
自動(dòng)跟隨小車(chē)硬件模塊包括控制器模塊、無(wú)線收發(fā)模塊、超聲波接收模塊、電機(jī)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、報(bào)警模塊、電源模塊組成，下面對(duì)每個(gè)模塊做具體介紹。
由于跟隨小車(chē)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)目標(biāo)位置定位計(jì)算、無(wú)線信號(hào)收發(fā)處理、電機(jī)管理、電源管理等任務(wù) ，采用普通單片機(jī)其資源及速度難以滿足使用要求，需要高性能DSP處理器才能夠完成，因此選擇STM32F103RCT6作為控制器。
無(wú)線收發(fā)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)同步，當(dāng)小車(chē)發(fā)射無(wú)線信號(hào)，同時(shí)人手?jǐn)y帶裝置接收到無(wú)線信號(hào)時(shí)，人手?jǐn)y帶裝置發(fā)射超聲波。所以本次設(shè)計(jì)選用NRF2401做為無(wú)線收發(fā)模塊。
NRF2401各引腳功能為：
（1）CSN：芯片的片選線，CSN為低電平工作。
（2）SCK：芯片控制的時(shí)鐘線（SPI時(shí)鐘）。
（3）MISO：芯片控制數(shù)據(jù)線 。
（4）IRQ：中斷信號(hào)，無(wú)線通信過(guò)程中MCU主要是通過(guò)IRQ與NRF2401通信。
（5）CE：芯片的模式控制線。
（6）MOSI：芯片控制數(shù)據(jù)線。
超聲波接收模塊是采用具有單獨(dú)接收功能的模塊，如圖所示。其中接收模塊核心部分是由專(zhuān)用超聲波接收集成電路TL852構(gòu)成的超聲波信號(hào)檢測(cè)電路，這部分主要完成的是回波的檢測(cè)和放大。
直流電機(jī)的控制很簡(jiǎn)單，性能出眾，直流電源也容易實(shí)現(xiàn)。這種直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)及控制需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，采用L298N電源模塊。
系統(tǒng)電源采用7.4V可充電鋰電池。7.4V鋰電池組屬于多串并鋰電池組。
目標(biāo)攜帶裝置硬件設(shè)計(jì)：
由于跟隨小車(chē)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)目標(biāo)位置定位計(jì)算、無(wú)線信號(hào)收發(fā)處理、電機(jī)管理、電源管理等任務(wù) ，采用普通單片機(jī)其資源及速度難以滿足使用要求，需要高性能DSP處理器才能夠完成，因此選擇STM32F103RCT6作為控制器。
無(wú)線收發(fā)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)同步，當(dāng)小車(chē)發(fā)射無(wú)線信號(hào)，同時(shí)人手?jǐn)y帶裝置接收到無(wú)線信號(hào)時(shí)，人手?jǐn)y帶裝置發(fā)射超聲波。所以本次設(shè)計(jì)選用NRF2401做為無(wú)線收發(fā)模塊。
超聲波發(fā)射模塊是采用具有單獨(dú)發(fā)射功能的模塊，如圖所示。其中發(fā)射模塊中的P1 、R4、R5。因?yàn)槔昧?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E5%8F%98%E5%8E%8B%E5%99%A8/">變壓器和發(fā)射頭的諧振，好處是能得到近似正弦波。但附帶的問(wèn)題是：在驅(qū)動(dòng)信號(hào)停止后，由于諧振的原因，發(fā)射頭還會(huì)持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間發(fā)射，直至能量在變壓器的次級(jí)線包直流電阻上消耗完，這樣就導(dǎo)致在近距離測(cè)量時(shí)，回波都到了，余波還未結(jié)束，導(dǎo)致測(cè)量失敗。所以設(shè)計(jì)了一個(gè)余波抑制電路，將變壓器初級(jí)構(gòu)成回路，利用初級(jí)較小的電阻快速消耗掉次級(jí)的能量。為此，要多占一個(gè)MCU的I/O口。而且，由于驅(qū)動(dòng)電壓的原因，必須使用OC（或者開(kāi)漏）驅(qū)動(dòng)，否則會(huì)無(wú)法可靠關(guān)斷P1，導(dǎo)致正常發(fā)射不正常。如果測(cè)量的距離較遠(yuǎn)，或者覺(jué)得余波不影響測(cè)量，則不必接這個(gè)信號(hào)。如若使用，一定要注意和發(fā)射驅(qū)動(dòng)信號(hào)的配合，不要兩個(gè)同時(shí)有效，導(dǎo)致發(fā)射效率大減。從原理圖上看，如果要提高驅(qū)動(dòng)能量，可以適當(dāng)提高驅(qū)動(dòng)電壓，但要要注意MOS管的耐壓只有20V，發(fā)射頭的最高電壓是80V。
目標(biāo)攜帶裝置電路連接圖：
小車(chē)硬件電路連接圖：
軟件說(shuō)明見(jiàn)附件！
小車(chē)整機(jī)展示：
目標(biāo)攜帶裝置展示：
整機(jī)測(cè)試圖：
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