无线遥控红外避障小车的制作

科技信息无线遥控红外避障小车的制作烟台南山学院电子工程学院 孟凡新 刘晓明 侯宪伦摘 要无线遥控红外避障小车由红外避障系统、无线遥控发射与接收系统、电动机驱动系统、供电系统和电动小车五部分构成。小车在运行过程中，可以用遥控器对小车进行任意控制：前进、倒退、左转弯、右转弯等，若遇到障碍物，小车还会自动避开。关键词无线遥控 红外避障 智能车 电子制作1.红外避障系统饱和导通，电源VCC 经R1、R8 对电容C1 充电，但由于充电时间常数大，在车前方，安装了红外发射与红外接收电路，在车前进的过程中，充电很慢，在下一个低电平到来时，VT2又饱和导通，C1上充得的少量若遇到障碍物，红外线被反射，经红外接收电路，将光信号转换成电信电荷又被迅速放掉，与门1 脚还是低电位4，总之，遇到障碍物时，接收号，使小车一侧电动机停转，而另一侧电动机转速不变，从而改变运行头1脚输出的方波信号将与门关闭，来自车载接收模块的D3信号封锁，方向，达到避障的目的。使小车一侧的电动机停转，但另一侧电动机不受影响，继续正转，从而1.1红外发射电路改变行进方向，达到避障的目的。图1.1 红外发射电路原理图R4、C2 和两个非门构成了一个多谐振荡器，R3 为隔离电阻，它产生的方波频率为38KHz，如图1.2（a）所示，它从与门9 脚输入；R12、C3 和其他两个非门也构成了一个多谐振荡器，R11 为隔离电阻，它产生一个低频方波信号1，如图1.2（b）所示，它从与门10脚输入，利用与门的开关特性，低频方波信号对38KHz高频方波信号进行数字振幅调制，即振幅键控2，从3脚输出已调波信号，如图1.2（c）所示。已调波经限流电阻R6注入三极管Q1的基极，被放大后驱动红外发光二极管发出红外线，即将电信号转化成光信号发射出去，R2为集电极负载，改变其阻值可以改变红外发光二极管的发光功率，从而能改变小车避障的灵敏度。图1.2 数字振幅调制CD4069是一个六非门集成电路，可用它搭建多谐振荡器电路。也可用 CD4011，它是一个四与非门电路，若把两个输入端接在一起，CD4011就变成了四非门集成电路。74LS08是一个四与门电路，可用它搭建振幅键控电路和下文避障信号控制电路。1.2红外接收电路红外线接收采用HS0038B 红外一体化接收头3，1 脚为解调信号输出端，2 脚接地，3 脚接电源；当遇到障碍物时，光敏二极管将接收到的红外线转化成电信号，通过输入电路送入放大电路，解调电路把调制到 38KHz 高频载波上的低频方波信号取出，经三极管放大后由集电极输出，即1 脚输出。没有遇到障碍物时，接收头接收不到红外线，解调电路无输出，三极管VT处于截止状态，从1脚输出高电平。红外信号接收放大电路如图1.4 所示，在没有遇到障碍物时，红外一体化接收头1脚为高电位，Q2 饱和导通，Q3 截止，电源VCC经R1、R8 对电容C1 充电，在电容上充得电源电压，与门2 脚为高电位，使与门处于打开状态，来自车载接收模块的D3 信号能顺利通过，从而实现对小车的无线控制。当遇到障碍时，红外一体化接收头1脚输出方波，低电平到来时，Q2 截止，Q3 饱和导通，电容C1 经二极管D2、三极管 Q3 迅速放电，与门2 脚变为低电平，将与门封锁；高电平到来时，虽然Q2 截止，Q3图 1.3 红外信号的接收、放大电路2.无线遥控系统该系统采用由2262/2272集成电路组成的无线遥控系统，分为手持发射模块和车载接收模块。2.1手持发射模块图 2.1 为手持发射模块的外形，其内部以编码芯片2262 为核心；当没有按键按下时，不接通电源，无高频信号发射出去，当有按键按下时，高频发射电路起振，发射出等幅高频信号。图2.1 手持发射模块图2.2 车载接收模块2.2车载接收模块图 2.2 为车载接收模块，以解码芯片SC2272 为核心，该模块共有7个引脚与外电路相连。它把接收到的高频信号进行放大、解调，获得数据信号，从该模块的D0、D1、D2、D3 四个引脚输出，其余三个引脚分别是电源VCC（5V）、地线GND 和解码有效确认输出端VT，当解码有效时，VT引脚变为高电平，使外接的LED闪烁。2.3工作方式手持发射模块按键A、B、C、D与车载接收模块四个数据输出端D0、D1、D2、D3的关系如表2.1所示。该模块有锁存/点动两种输出方式，本电路采用锁存工作方式，即按一下A 键，D2 引脚输出高电平，再按一下A 键，D2 引脚输出低电平，再按一下A 键，D2 引脚又输出高电平，周而复始；其他三个键也是这样，并且他们之间互不影响。（下转第513页）512 科技信息Bernstein 型算子与数据拟合问题沈阳工业大学辽阳校区基础部 于 巍 许爽爽摘要本文应用Bernstein 算子对任意一组观察数据进行拟合,并得到加权的算子以取得更好的逼近效果。关键词Bernstein 算子数据拟合1.引言多项式逼近是数值逼近中最重要的方法之一。在1802 年，Weier-strass 就证明了闭区间上的连续函数必可以被一个多项式函数列一致地逼近1。1912 年，Bernstein 给出了一种构造上述多项式列的方法2。nv设 f (x) 在0,1上有定义，则 Bn( f,x) = f ()Bv,n(x)i =0n其中，Bv,n(x) = nv xv(1 - x)n - v ,v = 0,1,n 为 Bernstein 基函数，称 Bn:C0,1 C0,1,n 为Bernstein 算子。2.Bernstein 型算子与数据拟合问题我们应用Bernstein 型算子(以Bernstein 基函数的线性组合表示)对一组观察数据进行拟合。即采用最小二乘法是可行的。假定给出m + 1 个数据点，为方便计，将这些点放到平面直角坐标系中。记它们的横坐标分别为 t0,t1,tm ，相应的纵坐标分别为 y0,y1,ym ；欲找一个恰当的Bernstein 型算子来拟合这些数据点。n这里采用 n 次 Bernstein 型算子，记为 F(t) ，F(t) = ai Bi,n(t) ，i = 0ai(i = 0,n) 是系数，通常 m n 。于是有，Ax = b ，其中， B0,n(t0) Bn,n(t0) A = B0,n(tm) Bn,n(tm)(m + 1) (n + 1)x =(a0,an)T,b =(y0,ym)T,=minA- b,于是，问题转化为确定 x n + 1 ，使得 b - Ax2y n + 1y2即最小二乘问题。求此超定方程最小二乘解的方法基本上有三种:(1) 正则方程法得解 x =(AT A)-1 AT b ,(2) 广义逆法得解 x = A+b ,(3) 用矩阵除法得解 x = A/b 。注：解法一出现在许多教材中。这种表达形式比较容易理解，但数值精度差。该法带有较大的示例性。解法二建立在奇异值分解基础上，所得解可靠，即便A 发生列秩亏损，它也能给出最小二乘解。解法三建立在对原超定方程直接进行Householder 变换的基础上。其可靠性稍逊于奇异值分解，但速度较快。A 发生列秩亏损时，它所给出的最小二乘解具有最少非零元素。众所周知，在实际中，三次Bernstein 算子有较广泛的应用，下面举例说明采用Bernstein 型算子对一组给定数据的拟合问题。给出九个数据点(0; 1); (1=2; 3=2); (1=3; 2); (2; 3); (5=3; 7=2); (3; 4); (4; 9=2);(6; 6); (7; 5):3设所求的Bernstein 算子为 F(t) = ai Bi,3(t) ,于是得到Ax = b; 其中i = 010001 83 83 81 88 274 92 91 27-16-128A = -8/2720 9-50/9125 27-836-5427-27108-14464-125450-540216-216756-882343x =(a0,a3)T,b =(1,3/2,2,3,7/2,4,9/2,6,5)T,采用上述方法求出最小二乘解为：x =(-0.0400,1.0558,1.8513,2.4333)T 。然而，对于相同的数据点，在不同的情况下需要重视的程度也会有所差别，这就需要对各个数据点所承担的权重进行修改。事实上，引入权因子 = in即可。从而得到加权后的拟合算子i = 0F(t) = ani Bi,n(t)ni = 0 i Bi,n(t)i = 0通过适当调节权因子的大小，可以得到更理想的拟合效果。参考文献1王仁宏. 数值逼近M.北京：高等教育出版社，2003 年.2S. Bernstein. Demonstration du theoreme de Weierstrass fondee sur le calculdes probabilitiesJ.Comm. Soc. Math. Kharkov(2) 13 (1912)1-2.（上接第512页）表2.1 按键与数据输出的关系5.总体电路图ABCDD2D0D3D1图5.1 总体电路图图3.1 集成芯片6.结束语3.电机驱动系统该车结构简单，调试方便，很适合初学者制作，在制作的过程中同电机驱动系统采用集成芯片L293，内部主要由四个三态门构成，如学们不仅能够加深对理论知识的理解，更重要的是提高同学们的动手图 3.1所示，三态门、共用一个使能端1，当使能端接高电平时，两个 能力，培养创新意识，增强实战信心。三态门被打开，信号可双向传输，使电动机能够正、反转，3、6 引脚外接小车驱动电机M1，三态门、及电机M2 的工作原理与三态门、参考文献相同。车载接收模块解码输出的信号D0、D1、D2分别与7、2、15引脚直1王毓银.数字电路逻辑设计M.北京：高等教育出版社，2008接相连。2胡宴如，耿苏燕.高频电子线路M.北京：高等教育出版社，4.供电系统2009用9V电池做小车的电源，需用三端稳压器7805稳压后再供电。为3林钢.常用电子元器件M.北京：机械工业出版社，2007.09避免驱动电机对遥控电路有影响，给电动机另设一个7805 稳压器，专4童诗白，华成英.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版门给电动机供电，即输出端直接L293的8脚。社，2006 513