關于多功能智能校園車的設計方案

摘要：隨著互聯網的發展，智能化的校園越來越成為當今學校的發展方向。智能化的需求也隨著互聯網的發展也在增加，隨著人工成本費的增加，很多工作已經由機械所取代，效率高，成本低，可以二十四小時可以工作，大大節約了時間與成本。本產品基于現在流行的網絡互交，利用網絡和機械的結合來實現一些功能。

關鍵詞：智能化;互聯網時代;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控制。此系統主要有一下幾個小系統組成。第一部運動機構，第二部分是作業機構，第三部分是智能控制機構。通過在其輸入相應的程序來控制本作品。運動靈活方便，可以實現原地旋轉，產品各關鍵處有感應裝置，產品前方若有障礙物，它的電腦系統可以做出相應指令來控制運動系統來做出調整。

無人校園車是一種智能車，也可以稱之為輪式移動機器人，主要依靠車內的以計算機系統為主的智能系統來實現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感知道路環境，自動規劃行車路線并控制車輛到達預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境，并根據感知所獲得的道路、車輛位置和障礙物信息，控制車輛的轉向和速度，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人工控制，人工可以在其電腦輸入相應的指令來實現一些單一的過程，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。可以修剪校園的綠植、花、樹枝等。

1.2無人智能車應用的傳感器類型

（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

2.1運動系統。智能車擁有四個靈活輪子，每一個輪子可以轉到一定的角度來實現各種運動，采用差速驅動式四輪。轉角控制主要應用轉角控制算法，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。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，實現部分校園設施的無人化。相應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。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。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。當遠處出現移動的物體，車輛會采取相應的措施來應對當前的問題。再還有雷達傳感器來幫助智能車。

2.4作業系統。在產品設計之初，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、未來可以實現清理玻璃的功能。

（1）自動行走系統：在其裝置上安裝智能識別系統，能夠實現智能識別。其次在其上輸入運動系統程序，實現其自動行走。

（2）清理校園垃圾處理系統。智能車配備有識別系統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的程序，這時清理打擊的系統開始工作。垃圾清理系統有一對機械手組成，它可以實現360度旋轉，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。道路清掃系統主要與垃圾撿拾系統相連用，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，它可以對校園的每一個地方的監控，可以與學校的監控系統相連，如果出現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，對經過它的人進行識別并對系統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）數據采集。A/D轉換技術的應用：

①A/D轉換器將電位器輸入的模擬電壓轉換成數字量，然后送入單片機進行處理。

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

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

（7）路徑識別電路。RPR220接收到反射信號，根據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，并作出相應的轉向調整。

參考文獻：

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[2]蔡自興、賀漢根、陳虹.未知環境中移動機器人導航控制理論和方法[J].控制理論與應用.2009，（1）

[3]龐思紅，李維，李春書等.移動機器人模糊邏輯控制系統避障研究.微計算機信息.2007（2）

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