基于Kenblock單片機的陸地升降車設(shè)計

陳 奎 黃虹錦 周 翔 楊宇航 陳俞州

1.重慶科技學院 機械與動力工程學院 重慶 401331；2.重慶科技學院 智能技術(shù)與工程學院 重慶 401331

0 前言

隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展,智能家居、機器人等逐漸進入了人們的生活。最常見的智能機器人便是可移動的智能小車[1],智能小車的應用非常廣泛,在軍事勘測、智能救援、消防、掃地、運貨等方面,都能看到智能小車的使用[2]。同時現(xiàn)有的陸地升降車大多都以液壓式為動力系統(tǒng),現(xiàn)有液壓升降車的車身較窄、重心高,在行駛過程中車輛的行駛平穩(wěn)性和操縱穩(wěn)定性較低,容易發(fā)生側(cè)翻等安全生產(chǎn)事故[3]。本次設(shè)計通過Kenblock NEO-328P單片機和啃蘿卜編程平臺設(shè)計了一種智能陸地升降車,升降車通過2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊可實現(xiàn)由人對升降車的智能控制,并對升降車的機械結(jié)構(gòu)進行了完整的設(shè)計,保證了升降車的穩(wěn)定性和操作靈活性,實現(xiàn)了對陸地升降車的智能化設(shè)計與創(chuàng)新。

1 總體方案設(shè)計

本次設(shè)計通過Kenblock NEO-328P單片機與2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊和操作手柄的使用,實現(xiàn)了由人對升降車夾取和運動的控制。2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊與操作手柄的藍牙連接配對,來接收操作手柄發(fā)送過來的藍牙無線信號,再將該信號傳遞給單片機,通過單片機來分析傳遞過來的信號來跳轉(zhuǎn)不同的程序來控制電機的驅(qū)動、物塊的夾取,實現(xiàn)小車各種功能[4]。其系統(tǒng)設(shè)計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計框圖

2 硬件設(shè)計

整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計共有4部分組成:單片機控制模塊、電源模塊、電機驅(qū)動模塊以及2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊[4]。

2.1 單片機控制模塊 單片機控制模塊是整個升降車控制的核心,本次采用Kenblock NEO-328P 單片機實現(xiàn)對小車的控制。同時通過Kenblock NEO-328P單片機實現(xiàn)對2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊的數(shù)據(jù)進行收集與處理,以實現(xiàn)對操作手柄和升降車運動和動作的控制。

2.2 電機驅(qū)動模塊 L298N 是一種常用的電機驅(qū)動芯片,它具有高電壓,大電流的特點。該芯片內(nèi)的兩個全橋式驅(qū)動器,可以用來驅(qū)動直流電機和步進電機。由于L298N 的輸出電流較大,一般需要安裝 散熱片。ISENA、ISENB是反饋端,一般接地,將這兩端與小系 統(tǒng)板的接地端接在一起。IN1、IN2、IN3、IN4四個輸入端,接單片機端口,通過編程來控制小車的運動。OUT1、OUT2、OUT3、OUT4 與IN 對應的輸出端接電機；ENA 為使能端,高電平有效,控制OUT1、OUT2；ENB為使能端,高電平有效,控制OUT3、OUT4[5]。由L298N 作為驅(qū)動芯片的驅(qū)動電路圖如圖2所示。

2.3 電源模塊 本次設(shè)計的電源模塊采用11.1V、3s、2200mah的航模鋰電池進行電源供電,可保證對Kenblock NEO-328P 單片機的正常、安全的供電,同時該型號航模鋰電池工作溫度范圍較大,可保證電源的使用壽命和減少環(huán)境因素的影響。

2.4 2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊 2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊是一種通訊模塊,通訊頻段為公共頻段2.4G,兩個2.4G 模塊通過設(shè)置相同的組網(wǎng)ID 和通訊信道,可以互相通訊,在Kenblock中2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊用于與無線手柄相互通訊,以做各種案例的遙控器使用。

圖2 驅(qū)動電路圖

3 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計是本次設(shè)計最為重要的部分,本次設(shè)計通過對升降車重心位置的驗證和實驗確保了升降車行駛的穩(wěn)定性,同時設(shè)計了限位機構(gòu)解決了以往升降車后退時所出現(xiàn)的劇烈晃動的現(xiàn)象,并選用萬向輪作為升降車的前驅(qū)部分確保了升降車轉(zhuǎn)彎和移動的靈活性。

3.1 整體設(shè)計 本次升降車的整體框架的機械設(shè)計按照傳統(tǒng)升降車的機械結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,可實現(xiàn)機械爪的靈活移動和夾取,車身前部分為鋰電池與單片機,后部分為梁結(jié)構(gòu)搭建的框架,使得重心得到了合理的分配,在合理完成工作任務的同時保證了升降車的穩(wěn)定。升降車的實物圖如圖3所示。

圖3 升降車實物圖

3.2 限位機構(gòu) 限位機構(gòu)是本次設(shè)計的創(chuàng)新點,在升降車后部左右兩邊分別各增加一個滑輪,并距離地面大約2cm 左右,通過增加此限位機構(gòu),小車在前進過程中可以更加靈活和平穩(wěn),同時解決了傳統(tǒng)液壓升降車后退時車身劇烈抖動的現(xiàn)象保證了其穩(wěn)定性。

4 軟件設(shè)計

主程序是在單片機的控制下完成的,通過對2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊輸入的指令信息進行分析處理,來控制電機驅(qū)動,進而達到控制小車運行的目的。其軟件流程圖如圖4所示[4]。

5 系統(tǒng)調(diào)試

在完成升降車的整體設(shè)計和組裝過后,我們通過啃蘿卜平臺編譯環(huán)境對升降車進行了整體性調(diào)試和局部調(diào)試。

圖4 軟件流程圖

5.1 局部調(diào)試 本次局部調(diào)試首先將操作手柄與2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊進行配對,經(jīng)實際調(diào)試過后發(fā)現(xiàn),操作手柄與2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊建立了正常的通訊聯(lián)系,人們可以通過操作手柄對升降車進行運動控制和對物塊的抓取。實驗表明操作手柄可以對機械爪進行正常的操作控制。

5.2 整體調(diào)試 在局部調(diào)試成功的前提下,對升降車的整體進行了功能調(diào)試,在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn),通過操作手柄和2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊的正常通訊并由單片機對其信號進行處理后,升降車可以正常的按照人們的控制對其進行控制,滿足了人們對工程上和生活上的要求。

6 結(jié)束語

本設(shè)計通過采用Kenblock NEO-328P單片機與2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊及操作手柄的結(jié)合使用,實現(xiàn)一種可以由人們控制使用的陸地升降車,這對于以后智能小車的發(fā)展和自我實踐能力的發(fā)展具有一定的促進作用。