光电导航小车.doc

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1、第一章前言11.1课题分析11.2系统设计21.2.1整个小车系统各个部分的框图21.2.2各模块功能2第二章电源32.1太阳能电池32.1.1工作原理32.1.2基本特性32.1.3电池组件及封装32.1.4电性能测试的一般规定32.1.5决定了光伏组件的输出功率的四个因素32.1.6组件电气性能的设计52.2供电模块62.2.1三端稳压电路简介62.2.2参数72.2.3稳压管实物及典型电路72.2.4开关稳压集成电路简介72.2.5参数82.2.6典型电路9第三章导航和避障103.1摄像头103.2算法113.3图像处理11第四章驱动电路134.1舵机简介134.2

2、L298134.3硬件设计模型13第五章主要器件清单1515第一章前言1.1课题分析我们队在这次光电竞赛中所选的题目是《基于太阳能的光电导航搬运车》，要求利用太阳能电池和光电导航技术在6分钟之内，绕过规定的障碍物，运送尽可能多的物体到指定地点。该题目的关键点在于太阳能电池的选择，以及稳定性好的、可靠性高的、易于实现的光电导航手段。关于太阳能电池的选择，应考虑的因素包括输出功率、电压、抗干扰能力以及和电源模块的耦合性等。其中，最重要的一个指标是输出功率。由于，每次搬运重物的数目没有限制，输出功率越高的电源自然能满足更好的小车速度和载重量的要求。目前，利用光电技术进行导航的手

3、段主要有：激光雷达（LiDAR）导航、机器视觉(MachineVision)（计算机视觉）导航、红外(IR)导航、基于激光陀螺仪和加速度计的惯性导航(INS)和其它一些利用光电子器件进行导航的技术等。本系统采用机器视觉进行导航，理由如下：1.随着人工智能(AI)和机器人技术的不断发展，模拟人眼视觉的机器视觉技术在工业、农业和医学等领域里有着非常广泛的应用和发展前景。2.图像采集技术的发展和数字图像处理算法及速度的日臻完善，使得视觉定位具有实时性强、灵活度高、定位准、获得的信息量丰富等的特点。3.我们导师领导的课题组有着多年的机器视觉方面的项目经验，资源丰富。151.2系统

4、设计1.2.1整个小车系统各个部分的框图图像摄取模块信息处理模块控制模块电源模块电机驱动模块速度、转向角度实时检测模块1.2.2各模块功能1．电源模块为其它各模块提供稳定的电源支持。2．图像摄取模块负责将光信号转换为电信号，为后续处理打下基础。3．速度、转向角度实时检测主要是为控制模块提供必要的信息支持。4．信息处理模块主要负责图像处理算法的实现。5．控制模块负责整个系统的控制。6．电机驱动模块实现小车的起动、停止、加速、转向等操作。15第二章电源2.1太阳能电池2.1.1工作原理太阳电池能量转换的基础是结的光生伏特效应。将外电路短路，则外电路中就有与入射光能量成正比的光

5、电流流过，这个电流称作短路电流。若将PN结两端开路，则由于电子和空穴分别流入N区和P区，使N区的费米能级比P区的费米能级高，在这两个费米能级之间就产生了电位差VOC。可以测得这个值，并称为开路电压。2.1.2基本特性短路电流：太阳电池的短路电流等于其光生电流。电池的总短路电流是全部光谱段贡献的总和。开路电压：当太阳电池处于开路状态时，对应光电流的大小产生电动势，这就是开路电压。2.1.3电池组件及封装单体太阳电池不能直接作电池使用。作电源用必须将若干单体电池串、并联连接并严密封装成组件。2.1.4电性能测试的一般规定标准规定地面标准阳光光谱采用总辐射的AM1.5标准阳光光

6、谱。地面阳光的总辐照度规定为1000w/m2。标准测试温度规定为25°C，对定标测试，标准测试温度的允许差为+1°C。对非定标准测试。标准测试温度允许差为+2°C。如受客观条件所限，只能在非标准条件下进行测试，，则必须将测量结果换算到标准测试条件。2.1.5决定了光伏组件的输出功率的四个因素15负载电阻、太阳辐照度，电池温度和光伏电池的效率。对于一个给定的电池面积，电流与太阳辐照度成正比且几乎与温度无关，而电压（功率）随温度升高而下降。一般来说，晶体硅电池的电压降为0.5%/°C。由此可以看到组件的温度对其功率的输出影响较大，所以阵列要安装在通风的地方，以保持凉爽。光伏阵

7、列的任何部分不能被遮荫，它不像太阳能集热器，如果遮住了光伏组件必须有相同的电流。如果有几个电池被遮荫，则它们便不会产生电流且会成为反向偏压，这就意味着被遮电池消耗功率发热，久而久之，形成故障。但是有些偶然的遮挡是不可避免的，所以需要用旁路二极管来起保护作用。如果所有的组件是并联的，就不需要旁路二极管，即如果要求阵列输出电压为12V，而每个组件的输出恰为12V，则不需要对每个组件加旁路二极管，如果要求24V阵列（或者更高），那么必须有2个（或者更多的）组件串联，这时就需要加上旁路二极管。组件组件组件组件+-DC24V……图1带旁