基于传动齿轮的智能模型车测速装置设计

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1、基于传动齿轮的智能模型车测速装置设计//.paper.edu.cn-1-中国科技论文在线基于传动齿轮的智能模型车测速装置设计刘伟，朱敏长安大学汽车学院，西安（710064）E-mail:liuwei323kk@1634>>摘要：设计了一种应用于“飞思卡尔”杯智能车比赛的测速装置。该测速装置巧妙的利用了光电传感器发射和采集光信号的特性，结合传动齿轮的物理特征，准确高效的采集信号，并将信号处理转化为计数脉冲，从而测得模型车速度。该测速装置的突出特点是计数精确，结构简单，安装方便，价格低廉。关键词：传动齿轮；智能模型车；测速；飞思卡尔；光电传感器中图分类号:TP3020．引言全国大

2、学生“飞思卡尔”杯智能汽车比赛已连续成功举办四届，是经全国高等教育司研究，委托教育部高等自动化专业教学指导分委员会主办的以智能汽车为研究对象的创意性科技竞赛。旨在促进高等学校素质教育，培养大学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能[1]。比赛要求在组委会提供统一智能车竞赛车模、单片机HCS12开发板、开发软件CodeWarrior和在线调试工具的基础上制作一个能够自主识别路线的智能车，它将在专门设计的跑道上自动识别道路行驶。在模型车的设计中，速度测量和控制部件是整个模型车设计过程中的至关重要的组成部分之一，其设计的好坏直接影

3、响比赛的成败。一般而言，现在的模型车测速主要采用编码器，但是采用编码器测速虽然准确，但其市场价格大约四五百元左右，价格比较贵。本文设计了一种直接利用传动齿轮的测速装置，该装置结构简单，价格低廉，测速精确，有利于推广使用。1．测速目的与要求在智能模型车的设计过程中，速度测量和控制部件的设计质量直接决定着智能模型车的速度控制和整车的性能。通过对模型车速度的测量，将信号传输给单片机控制单元，达到对模型车实时速度的监测，为模型车在行进过程中速度变化控制提供准确信号。因此，结合该车的特点，对智能模型车速度测量部件有以下要求：（1）测量精度尽量高。模型车速度测量准确，对该车速度控制和速度

4、调试起到非常重要的作用，不但可以减少控制时的误差，还可以缩小与设定期望值之间的差距。有利于提高对该车控制的准确性，从而提高整车性能。（2）测速装置结构简单，体积小，安装方便。智能模型车测速装置一般安装在后驱动轴和驱动电机旁边，该处空间有限，因此必须要求测速装置结构简单，便于安装，所占空间小。（3）测速装置成本低。模型车在制作过程中需要花费一定经费，因此在满足使用要求的条件下，测速装置制作成本尽量低，才能减少整车成本。2．测速信号采集工作原理光电传感器测速原理如图1所示：光电传感器对准差速盘轮齿合适的位置，保证其发射到齿轮盘上的光能够反射回来接收到，当发射光透过轮齿间隙时没有反

5、射信号。差速盘在驱//.paper.edu.cn-2-中国科技论文在线动电机带动下以不同速度转动，光电传感器根据发射和接受信号的变化情况输送给单片机控制单元从而测量运行速度的大小。图1光电传感器测速原理图光电传感器由一组发射管和一组接受管组成，如图2所示，其发射管和接受管并排在传感器的两侧。发射管为一二极管，能够发射一定频率的光波，而且在一定的距离内，此光波可以部分或全部被界面反射，同时被另一侧的接受管接受并转化为电信号输出。光电传感器固定在模型车车身上，而差速器作旋转运动，光电传感器就通过发射和接受光波，输出一系列有规律的信号波形，此输出为正弦波信号[2]。图2光电传感器结

6、构光电传感器输出正弦信号如图3所示，由于单片机只能辨别方波信号，因此需要设计比较器芯片将光电传感器输出的正弦信号和比较信号进行比较得出标准波形，如图4所示。从而通过对标准方波计数即可得到相应的行车速度。//.paper.edu.cn-3-中国科技论文在线图3光电传感器输出信号图4经过比较得出的标准波形3．测速装置结构说明测速装置的结构如图5所示，其中1为模型车的底盘，底盘上设置有后轴4，后轴两端设置有两个后轮7。后轴4的右侧固定有差速器的大齿轮6，电机2固定在车架上，通过电机输出轴上的小齿轮3与差速器大齿轮6相互啮合，用来带动后轴驱动模型车前进。5为光电传感器。光电传感器等电

7、子元件先布置在一小块电路板上，根据模型车车架的实际情况合理布置元件位置，将电路板合适位置和模型车相应位置打一通孔以便固定。固定过程中要特别注意保证光电传感器能够准确的对准差速盘合适的位置以保证能够接受正确的信号。图5测速装置结构示意图4．测速装置电路设计电路设计应该满足使用功能的情况下力求简单，元器件采购方便[3]。经过分析，光电传//.paper.edu.cn-4-中国科技论文在线感器选用SPI-315，SPI-315发射管在工作时需要串联一分压电阻，接受管在工作时候需要接一10K下拉电阻。选用LM3