陳 奎 黃虹錦 周 翔 楊宇航 陳俞州

1.重慶科技學院 機械與動力工程學院 重慶 401331；2.重慶科技學院 智能技術與工程學院 重慶 401331

0 前言

隨著科學技術的迅猛發(fā)展,智能家居、機器人等逐漸進入了人們的生活。最常見的智能機器人便是可移動的智能小車[1],智能小車的應用非常廣泛,在軍事勘測、智能救援、消防、掃地、運貨等方面,都能看到智能小車的使用[2]。同時現(xiàn)有的陸地升降車大多都以液壓式為動力系統(tǒng),現(xiàn)有液壓升降車的車身較窄、重心高,在行駛過程中車輛的行駛平穩(wěn)性和操縱穩(wěn)定性較低,容易發(fā)生側翻等安全生產(chǎn)事故[3]。本次設計通過Kenblock NEO-328P單片機和啃蘿卜編程平臺設計了一種智能陸地升降車,升降車通過2.4G 轉串口模塊可實現(xiàn)由人對升降車的智能控制,并對升降車的機械結構進行了完整的設計,保證了升降車的穩(wěn)定性和操作靈活性,實現(xiàn)了對陸地升降車的智能化設計與創(chuàng)新。

1 總體方案設計

本次設計通過Kenblock NEO-328P單片機與2.4G 轉串口模塊和操作手柄的使用,實現(xiàn)了由人對升降車夾取和運動的控制。2.4G 轉串口模塊與操作手柄的藍牙連接配對,來接收操作手柄發(fā)送過來的藍牙無線信號,再將該信號傳遞給單片機,通過單片機來分析傳遞過來的信號來跳轉不同的程序來控制電機的驅(qū)動、物塊的夾取,實現(xiàn)小車各種功能[4]。其系統(tǒng)設計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設計框圖

2 硬件設計

整個系統(tǒng)的硬件設計共有4部分組成:單片機控制模塊、電源模塊、電機驅(qū)動模塊以及2.4G 轉串口模塊[4]。

2.1 單片機控制模塊 單片機控制模塊是整個升降車控制的核心,本次采用Kenblock NEO-328P 單片機實現(xiàn)對小車的控制。同時通過Kenblock NEO-328P單片機實現(xiàn)對2.4G 轉串口模塊的數(shù)據(jù)進行收集與處理,以實現(xiàn)對操作手柄和升降車運動和動作的控制。

2.2 電機驅(qū)動模塊 L298N 是一種常用的電機驅(qū)動芯片,它具有高電壓,大電流的特點。該芯片內(nèi)的兩個全橋式驅(qū)動器,可以用來驅(qū)動直流電機和步進電機。由于L298N 的輸出電流較大,一般需要安裝 散熱片。ISENA、ISENB是反饋端,一般接地,將這兩端與小系 統(tǒng)板的接地端接在一起。IN1、IN2、IN3、IN4四個輸入端,接單片機端口,通過編程來控制小車的運動。OUT1、OUT2、OUT3、OUT4 與IN 對應的輸出端接電機；ENA 為使能端,高電平有效,控制OUT1、OUT2；ENB為使能端,高電平有效,控制OUT3、OUT4[5]。由L298N 作為驅(qū)動芯片的驅(qū)動電路圖如圖2所示。

2.3 電源模塊 本次設計的電源模塊采用11.1V、3s、2200mah的航模鋰電池進行電源供電,可保證對Kenblock NEO-328P 單片機的正常、安全的供電,同時該型號航模鋰電池工作溫度范圍較大,可保證電源的使用壽命和減少環(huán)境因素的影響。

2.4 2.4G 轉串口模塊 2.4G 轉串口模塊是一種通訊模塊,通訊頻段為公共頻段2.4G,兩個2.4G 模塊通過設置相同的組網(wǎng)ID 和通訊信道,可以互相通訊,在Kenblock中2.4G 轉串口模塊用于與無線手柄相互通訊,以做各種案例的遙控器使用。

圖2 驅(qū)動電路圖

3 機械結構設計

機械結構的設計是本次設計最為重要的部分,本次設計通過對升降車重心位置的驗證和實驗確保了升降車行駛的穩(wěn)定性,同時設計了限位機構解決了以往升降車后退時所出現(xiàn)的劇烈晃動的現(xiàn)象,并選用萬向輪作為升降車的前驅(qū)部分確保了升降車轉彎和移動的靈活性。

3.1 整體設計 本次升降車的整體框架的機械設計按照傳統(tǒng)升降車的機械結構進行設計,可實現(xiàn)機械爪的靈活移動和夾取,車身前部分為鋰電池與單片機,后部分為梁結構搭建的框架,使得重心得到了合理的分配,在合理完成工作任務的同時保證了升降車的穩(wěn)定。升降車的實物圖如圖3所示。

圖3 升降車實物圖

3.2 限位機構 限位機構是本次設計的創(chuàng)新點,在升降車后部左右兩邊分別各增加一個滑輪,并距離地面大約2cm 左右,通過增加此限位機構,小車在前進過程中可以更加靈活和平穩(wěn),同時解決了傳統(tǒng)液壓升降車后退時車身劇烈抖動的現(xiàn)象保證了其穩(wěn)定性。

4 軟件設計

主程序是在單片機的控制下完成的,通過對2.4G 轉串口模塊輸入的指令信息進行分析處理,來控制電機驅(qū)動,進而達到控制小車運行的目的。其軟件流程圖如圖4所示[4]。

5 系統(tǒng)調(diào)試

在完成升降車的整體設計和組裝過后,我們通過啃蘿卜平臺編譯環(huán)境對升降車進行了整體性調(diào)試和局部調(diào)試。

圖4 軟件流程圖

5.1 局部調(diào)試 本次局部調(diào)試首先將操作手柄與2.4G 轉串口模塊進行配對,經(jīng)實際調(diào)試過后發(fā)現(xiàn),操作手柄與2.4G 轉串口模塊建立了正常的通訊聯(lián)系,人們可以通過操作手柄對升降車進行運動控制和對物塊的抓取。實驗表明操作手柄可以對機械爪進行正常的操作控制。

5.2 整體調(diào)試 在局部調(diào)試成功的前提下,對升降車的整體進行了功能調(diào)試,在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn),通過操作手柄和2.4G 轉串口模塊的正常通訊并由單片機對其信號進行處理后,升降車可以正常的按照人們的控制對其進行控制,滿足了人們對工程上和生活上的要求。

6 結束語

本設計通過采用Kenblock NEO-328P單片機與2.4G 轉串口模塊及操作手柄的結合使用,實現(xiàn)一種可以由人們控制使用的陸地升降車,這對于以后智能小車的發(fā)展和自我實踐能力的發(fā)展具有一定的促進作用。