参赛-自动跟随小车系统设计，包含跟随小车和移动目标携带装置-电路方案

项目简介: 自动跟随小车系统由两部分组成:跟随小车和移动目标携带装置。 工作原理: 跟随小车系统通过无线通信模块发送寻找信号，同时超声波接收器开始计时，如果移动目标接收到无线寻找信号，则立即发送超声波信号。这样小车的三角超声波接收器陆续收到超声波信号，CPU通过每个超声波模块接收到的时间，计算出移动目标到3个超声波接收点的距离，通过三边定位算法即可确定移动目标的位置。如果计算出来的距离大于设定距离，则控制电机向目标方向移动，如果计算出来的距离小于设定距离，则控制电机停止，从而实现小车的自动跟随功能。 硬件说明: 小车硬件设计: 自动跟随小车硬件模块包括控制器模块、无线收发模块、超声波接收模块、电机及电机驱动模块、报警模块、电源模块组成，下面对每个模块做具体介绍。 由于跟随小车需要进行实时目标位置定位计算、无线信号收发处理、电机管理、电源管理等任务 ，采用普通单片机其资源及速度难以满足使用要求，需要高性能DSP处理器才能够完成，因此选择STM32F103RCT6作为控制器。 无线收发是用来实现同步，当小车发射无线信号，同时人手携带装置接收到无线信号时，人手携带装置发射超声波。所以本次设计选用NRF2401做为无线收发模块。 NRF2401各引脚功能为: （1）CSN:芯片的片选线，CSN为低电平工作。 （2）SCK:芯片控制的时钟线（SPI时钟）。 （3）MISO:芯片控制数据线 。 （4）IRQ:中断信号，无线通信过程中MCU主要是通过IRQ与NRF2401通信。 （5）CE:芯片的模式控制线。 （6）MOSI:芯片控制数据线。 超声波接收模块是采用具有单独接收功能的模块，如图所示。其中接收模块核心部分是由专用超声波接收集成电路TL852构成的超声波信号检测电路，这部分主要完成的是回波的检测和放大。 直流电机的控制很简单，性能出众，直流电源也容易实现。这种直流电机的驱动及控制需要电机驱动模块进行驱动，采用L298N电源模块。 系统电源采用7.4V可充电锂电池。7.4V锂电池组属于多串并锂电池组。 目标携带装置硬件设计: 由于跟随小车需要进行实时目标位置定位计算、无线信号收发处理、电机管理、电源管理等任务 ，采用普通单片机其资源及速度难以满足使用要求，需要高性能DSP处理器才能够完成，因此选择STM32F103RCT6作为控制器。 无线收发是用来实现同步，当小车发射无线信号，同时人手携带装置接收到无线信号时，人手携带装置发射超声波。所以本次设计选用NRF2401做为无线收发模块。 超声波发射模块是采用具有单独发射功能的模块，如图所示。其中发射模块中的P1 、R4、R5。因为利用了变压器和发射头的谐振，好处是能得到近似正弦波。但附带的问题是:在驱动信号停止后，由于谐振的原因，发射头还会持续较长时间发射，直至能量在变压器的次级线包直流电阻上消耗完，这样就导致在近距离测量时，回波都到了，余波还未结束，导致测量失败。所以设计了一个余波抑制电路，将变压器初级构成回路，利用初级较小的电阻快速消耗掉次级的能量。为此，要多占一个MCU的I/O口。而且，由于驱动电压的原因，必须使用OC（或者开漏）驱动，否则会无法可靠关断P1，导致正常发射不正常。如果测量的距离较远，或者觉得余波不影响测量，则不必接这个信号。如若使用，一定要注意和发射驱动信号的配合，不要两个同时有效，导致发射效率大减。从原理图上看，如果要提高驱动能量，可以适当提高驱动电压，但要要注意MOS管的耐压只有20V，发射头的最高电压是80V。 目标携带装置电路连接图: 小车硬件电路连接图: 软件说明见附件！ 小车整机展示: 目标携带装置展示: 整机测试图: 【转载自电子发烧友】