摘 要：文章介紹了一種利用重力感應技術來控制動作的智能遙控小車，并賦予了小車一定的對不同路況進行智能感知并采取簡單應對措施的能力。本設計主要利用ADXL345傳感器實現智能感知，通過脈寬調制（PWM）方式對電機轉速進行調節(jié)，從而實現對小車的動作控制。我們通過改變遙控器的姿態(tài)，即可實現小車的前進、后退、左轉、右轉。

關鍵詞：重力感應；ADXL345傳感器；智能感知

引言

重力感應技術在我們的日常生活中得到了越來越廣泛的應用，例如，工業(yè)機器人、定點設備、醫(yī)療器械、智能電動車、手機和平板電腦都用到了該技術。其獨有的三維姿態(tài)變化控制方式，能夠帶給操作者更加直觀的感受。文章所介紹的智能車不僅能通過手中的遙控器控制小車，還能讓小車在一定程度上對不同平整度地形進行感知，實現自身對轉速的控制。

1 總體硬件

硬件系統(tǒng)確定包括：

（1）手持遙控設備。手持遙控設備由ADXL345三軸加速度傳感器、STM32單片機、無線模塊、LCD屏組成。ADXL345傳感器為重力感應單元，STM32作為控制單元，NRF24L01作為通信單元用于遙控器和小車之間的數據傳遞，TFTLCD實時顯示遙控器姿態(tài)變化相對應的加速度、角度等參數。

（2）被控對象。被控對象由小車底盤、直流電機、L298N驅動模塊、STM32最小系統(tǒng)、NRF24L01無線模塊以及ADXL345三軸加速度模塊組成。小車采用8節(jié)5號可充電鎳氫電池（共9.6V電源）供電，STM32最小系統(tǒng)板接入L298N驅動板上的5V電源和GND接口，與9.6V供電電路共地。在小車車架左側的水平位置處固定好ADXL345三軸加速度傳感器模塊。

圖1 智能小車控制系統(tǒng)示意圖

由圖1可知，手持遙控器的姿態(tài)變化可以通過固定在遙控器上面的ADXL345三軸加速度傳感器檢測出來。單片機通過IIC模擬接口讀取姿態(tài)參數（轉角），在LCD屏上實時顯示出來，并把相關指令傳遞到NRF24L01無線模塊，由該無線模塊發(fā)送給小車接收端，以實現對小車的動作控制。固定在小車上的另一個ADXL345加速度傳感器也可以在小車行駛過程中感知z向加速度的變化，用于對不同地形、不同路面的平整度進行感知與檢測，以實現對小車行駛速度的控制。

2 軟件設計

控制系統(tǒng)的軟件設計主要是利用MDK5開發(fā)軟件進行STM32單片機的程序編寫。手持遙控器部分的相關程序包括：姿態(tài)檢測子程序、姿態(tài)參數處理子程序、NRF24L01無線模塊通信子程序。被控小車部分的相關程序包括：路面檢測子程序、小車運動方式控制子程序。

2.1 姿態(tài)檢測子程序

手持遙控設備的傾斜方向由ADXL345傳感器來檢測，手控器向不同方向的傾斜角度可通過重力加速度在檢測坐標軸上的三個分量求得。

2.2 姿態(tài)參數處理子程序

STM32單片機對數據進行讀取并解析，轉換為角度變化，對各軸所對應的數據進行判斷，根據不同的角度范圍，通過無線模塊向小車發(fā)送不同的控制指令，與此同時將角度值實時顯示在LCD屏上，如表1所示。

2.3 路面檢測子程序

小車上的ADXL345傳感器能夠在運動過程中靈敏檢測各軸方向上的加速度變化。由于小車在不同平整度的路面上行駛z軸方向上的加速度變化最明顯。通過對z軸加速度變化情況的獲取，即可判斷出加速度的變化。試驗中，我們分別選擇了平滑水泥路面、普通磚塊路面、鵝卵石路面作不同平整度的比較，實時檢測z軸加速度的變化情況。在實驗中發(fā)現，平整路面上，z軸加速度維持在440mg左右；在磚塊路面上，約在430-510mg的范圍內波動；在鵝卵石路面上，加速度變化范圍更大，最大已超過了600mg，最小達到320mg。

2.4 小車動作控制子程序

STM32單片機定時器2和定時器3的四個通道可輸出8路PWM波，通過調節(jié)輸出的占空比，來控制電機的正反轉以及調速，進而實現遙控器對小車的運動控制：前進、后退、左轉、右轉、停止、加速、減速等。單片機根據小車對不同地形的智能感知，在平整路面（Az在440mg左右）上輸出占空比為80%的PWM波，430-510mg的范圍內輸出60%的PWM波，600mg及以上輸出占空比為40%的PWM波。

3 功能實現

我們對本次設計進行了相關試驗，基本功能都能夠得以實現。遙控器前傾，小車前進，而且將前傾角度分為三個區(qū)間，對應小車的三種前進速度。隨角度增大，小車加速；隨傾角減小，小車減速。遙控器左傾，小車左轉，同樣將左傾角度分為三個區(qū)間，三個區(qū)間對應小車的三種轉彎半徑：50cm，20cm，原地轉彎，如表2所示?？筛鶕诃h(huán)境的空間大小自行選擇不同的轉彎方式。并且在惡劣路況下可實現適當的減速，可提高小車環(huán)境能力。

參考文獻

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