關(guān)于多功能智能校園車的設(shè)計方案

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智能化的校園越來越成為當今學校的發(fā)展方向。智能化的需求也隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也在增加，隨著人工成本費的增加，很多工作已經(jīng)由機械所取代，效率高，成本低，可以二十四小時可以工作，大大節(jié)約了時間與成本。本產(chǎn)品基于現(xiàn)在流行的網(wǎng)絡(luò)互交，利用網(wǎng)絡(luò)和機械的結(jié)合來實現(xiàn)一些功能。

關(guān)鍵詞：智能化;互聯(lián)網(wǎng)時代;校園車

中圖分類號：TH16文獻標識碼：A文章編號：1672-9129（2020）14-0069-01

1基本組成

本作品機械部分是由一套機械系統(tǒng)控制。此系統(tǒng)主要有一下幾個小系統(tǒng)組成。第一部運動機構(gòu)，第二部分是作業(yè)機構(gòu)，第三部分是智能控制機構(gòu)。通過在其輸入相應(yīng)的程序來控制本作品。運動靈活方便，可以實現(xiàn)原地旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)品各關(guān)鍵處有感應(yīng)裝置，產(chǎn)品前方若有障礙物，它的電腦系統(tǒng)可以做出相應(yīng)指令來控制運動系統(tǒng)來做出調(diào)整。

無人校園車是一種智能車，也可以稱之為輪式移動機器人，主要依靠車內(nèi)的以計算機系統(tǒng)為主的智能系統(tǒng)來實現(xiàn)一系列的指令和運動。

1.1基本原理。無人校園智能車是通過車載傳感系統(tǒng)感知道路環(huán)境，自動規(guī)劃行車路線并控制車輛到達預(yù)定目標的智能多功能車。利用車載傳感器來感知車輛周圍環(huán)境，并根據(jù)感知所獲得的道路、車輛位置和障礙物信息，控制車輛的轉(zhuǎn)向和速度，從而使車輛能夠安全、可靠地在道路上行駛。

無人校園智能車也可以實現(xiàn)人工控制，人工可以在其電腦輸入相應(yīng)的指令來實現(xiàn)一些單一的過程，可以讓其清理道路垃圾，清掃道路，可以進行識別，將學生的一卡通放在其屏幕可以識別出該同學的信息，也可以與學校的廣播藍牙連接，為學生播報新聞?？梢孕藜粜@的綠植、花、樹枝等。

1.2無人智能車應(yīng)用的傳感器類型

（1）色標傳感器;

（2）距離傳感器;

（3）聲波傳感器;

（4）壓力傳感器;

（5）電阻式傳感器;

（6） GPS信號傳感器;

（7）雷達傳感器等。

2基本操作系統(tǒng)

2.1運動系統(tǒng)。智能車擁有四個靈活輪子，每一個輪子可以轉(zhuǎn)到一定的角度來實現(xiàn)各種運動，采用差速驅(qū)動式四輪。轉(zhuǎn)角控制主要應(yīng)用轉(zhuǎn)角控制算法，基于反饋控制的PID算法。每一個輪子有其獨立的電機支持，這樣即使有一個電機出現(xiàn)故障，也不會影響車的運動情況。另一方面也能夠使智能車的靈活性大大提高。

2.2控制系統(tǒng)。智能校園車具備了障礙物檢測、自主定位、自主避障、外部通訊，能夠與學校的路燈和校園廣播互聯(lián)，實現(xiàn)部分校園設(shè)施的無人化。相應(yīng)的控制模塊分別是電源模塊、微控制器模塊、微處理模塊、障礙物檢測模塊、電機驅(qū)動模塊、速度檢測模塊、CAN總線通訊模塊、無線通信模塊。

2.3識別系統(tǒng)。智能車的車身周圍有攝像頭，用于車輛的運動和掃描。方便智能車的運動以及后面的作業(yè)。當車輛在前進的過程遇到障礙物，攝像頭的作用在這時顯得特別重要。當遠處出現(xiàn)移動的物體，車輛會采取相應(yīng)的措施來應(yīng)對當前的問題。再還有雷達傳感器來幫助智能車。

2.4作業(yè)系統(tǒng)。在產(chǎn)品設(shè)計之初，我們的智能車的基本功能包括自動行走、人臉識別、清理校園垃圾以及校園道路的清掃、校園周圍綠植的維護、未來可以實現(xiàn)清理玻璃的功能。

（1）自動行走系統(tǒng)：在其裝置上安裝智能識別系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)智能識別。其次在其上輸入運動系統(tǒng)程序，實現(xiàn)其自動行走。

（2）清理校園垃圾處理系統(tǒng)。智能車配備有識別系統(tǒng)第一主要的功能就是來識別垃圾，然后將信息傳輸給智能車的電腦來做出相應(yīng)的程序，這時清理打擊的系統(tǒng)開始工作。垃圾清理系統(tǒng)有一對機械手組成，它可以實現(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)，運動十分靈活。它主要有機械臂、機械手還有控制器三部分組成。機械手可以加持任何形狀的垃圾，例如紙張、瓶子、樹枝等。機械手的每一個部位都可以運動，盡量讓所加持的東西不要掉，我們在每一次實驗都會做抓力實驗，讓其盡可能的抓取可能的東西。

（3）道路清掃系統(tǒng)。道路清掃系統(tǒng)主要與垃圾撿拾系統(tǒng)相連用，它的主要功能當然是用來清掃道路的碎屑和機械手無法撿拾的東西。先由識別器（智能車前方的眼睛：由一組攝像頭組成，為智能車提供行駛前方的實時狀況）搜索垃圾，然后由控制系統(tǒng)讓機械手工作將較大的物品放入智能車的車廂里，小的碎屑由智能車車底的吸氣口進入車廂。它用的時候可以打開貼近對面，由一組風扇提供力量來將碎屑吸入。

（4）日常巡邏。本校園智能車的最大亮點之一就是進行日常的巡邏任務(wù)，它可以對校園的每一個地方的監(jiān)控，可以與學校的監(jiān)控系統(tǒng)相連，如果出現(xiàn)任何狀況會以警報的形式告訴當時的值班人員。其次可以進行人臉識別，對經(jīng)過它的人進行識別并對系統(tǒng)進行檢索核實其是否是本校人員或記錄人員，對學校進行24小時的保護。

（5）附加功能。會在下一代產(chǎn)品中進行更多功能的添加，例如對學校建筑物外墻玻璃的擦洗。這也會大大減輕不必要的危險。

（6）數(shù)據(jù)采集。A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用：

①A/D轉(zhuǎn)換器將電位器輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后送入單片機進行處理。

②逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換原理——逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器有比較器C、D/A轉(zhuǎn)換器、寄存器、時鐘脈沖源和控制邏輯5個部分組成。

③A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)——A/D轉(zhuǎn)換器件的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度是決定ADC其間的重要參數(shù)，其中轉(zhuǎn)換精度一般用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述。

（7）路徑識別電路。RPR220接收到反射信號，根據(jù)接收光強的不同輸出不同的電壓值。將輸出的電壓與比較比較器的閾值電壓進行比較，當高于閾值電壓時，LM293輸出低電平，反之，輸出高電平。將LM293的輸出端接到單片機的IO口上來檢測是否脫離軌道，并作出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向調(diào)整。

參考文獻：

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作者簡介：謝寧寧，男，甘肅武山人，蘭州理工大學技術(shù)工程學院本科生，研究方向：機械設(shè)計制造及其自動化