基于Kenblock單片機(jī)的陸地升降車(chē)設(shè)計(jì)

陳 奎 黃虹錦 周 翔 楊宇航 陳俞州

1.重慶科技學(xué)院 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 重慶 401331；2.重慶科技學(xué)院 智能技術(shù)與工程學(xué)院 重慶 401331

0 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,智能家居、機(jī)器人等逐漸進(jìn)入了人們的生活。最常見(jiàn)的智能機(jī)器人便是可移動(dòng)的智能小車(chē)[1],智能小車(chē)的應(yīng)用非常廣泛,在軍事勘測(cè)、智能救援、消防、掃地、運(yùn)貨等方面,都能看到智能小車(chē)的使用[2]。同時(shí)現(xiàn)有的陸地升降車(chē)大多都以液壓式為動(dòng)力系統(tǒng),現(xiàn)有液壓升降車(chē)的車(chē)身較窄、重心高,在行駛過(guò)程中車(chē)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(jì)通過(guò)Kenblock NEO-328P單片機(jī)和啃蘿卜編程平臺(tái)設(shè)計(jì)了一種智能陸地升降車(chē),升降車(chē)通過(guò)2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊可實(shí)現(xiàn)由人對(duì)升降車(chē)的智能控制,并對(duì)升降車(chē)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了完整的設(shè)計(jì),保證了升降車(chē)的穩(wěn)定性和操作靈活性,實(shí)現(xiàn)了對(duì)陸地升降車(chē)的智能化設(shè)計(jì)與創(chuàng)新。

1 總體方案設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)通過(guò)Kenblock NEO-328P單片機(jī)與2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊和操作手柄的使用,實(shí)現(xiàn)了由人對(duì)升降車(chē)夾取和運(yùn)動(dòng)的控制。2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊與操作手柄的藍(lán)牙連接配對(duì),來(lái)接收操作手柄發(fā)送過(guò)來(lái)的藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)信號(hào),再將該信號(hào)傳遞給單片機(jī),通過(guò)單片機(jī)來(lái)分析傳遞過(guò)來(lái)的信號(hào)來(lái)跳轉(zhuǎn)不同的程序來(lái)控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、物塊的夾取,實(shí)現(xiàn)小車(chē)各種功能[4]。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)共有4部分組成:單片機(jī)控制模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊[4]。

2.1 單片機(jī)控制模塊 單片機(jī)控制模塊是整個(gè)升降車(chē)控制的核心,本次采用Kenblock NEO-328P 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)的控制。同時(shí)通過(guò)Kenblock NEO-328P單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與處理,以實(shí)現(xiàn)對(duì)操作手柄和升降車(chē)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作的控制。

2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 L298N 是一種常用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片,它具有高電壓,大電流的特點(diǎn)。該芯片內(nèi)的兩個(gè)全橋式驅(qū)動(dòng)器,可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。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(gè)輸入端,接單片機(jī)端口,通過(guò)編程來(lái)控制小車(chē)的運(yùn)動(dòng)。OUT1、OUT2、OUT3、OUT4 與IN 對(duì)應(yīng)的輸出端接電機(jī)；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(dòng)芯片的驅(qū)動(dòng)電路圖如圖2所示。

2.3 電源模塊 本次設(shè)計(jì)的電源模塊采用11.1V、3s、2200mah的航模鋰電池進(jìn)行電源供電,可保證對(duì)Kenblock NEO-328P 單片機(jī)的正常、安全的供電,同時(shí)該型號(hào)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(gè)2.4G 模塊通過(guò)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(wú)線(xiàn)手柄相互通訊,以做各種案例的遙控器使用。

圖2 驅(qū)動(dòng)電路圖

3 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)最為重要的部分,本次設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)升降車(chē)重心位置的驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)確保了升降車(chē)行駛的穩(wěn)定性,同時(shí)設(shè)計(jì)了限位機(jī)構(gòu)解決了以往升降車(chē)后退時(shí)所出現(xiàn)的劇烈晃動(dòng)的現(xiàn)象,并選用萬(wàn)向輪作為升降車(chē)的前驅(qū)部分確保了升降車(chē)轉(zhuǎn)彎和移動(dòng)的靈活性。

3.1 整體設(shè)計(jì) 本次升降車(chē)的整體框架的機(jī)械設(shè)計(jì)按照傳統(tǒng)升降車(chē)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),可實(shí)現(xiàn)機(jī)械爪的靈活移動(dòng)和夾取,車(chē)身前部分為鋰電池與單片機(jī),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(wù)的同時(shí)保證了升降車(chē)的穩(wěn)定。升降車(chē)的實(shí)物圖如圖3所示。

圖3 升降車(chē)實(shí)物圖

3.2 限位機(jī)構(gòu) 限位機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn),在升降車(chē)后部左右兩邊分別各增加一個(gè)滑輪,并距離地面大約2cm 左右,通過(guò)增加此限位機(jī)構(gòu),小車(chē)在前進(jìn)過(guò)程中可以更加靈活和平穩(wěn),同時(shí)解決了傳統(tǒng)液壓升降車(chē)后退時(shí)車(chē)身劇烈抖動(dòng)的現(xiàn)象保證了其穩(wěn)定性。

4 軟件設(shè)計(jì)

主程序是在單片機(jī)的控制下完成的,通過(guò)對(duì)2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊輸入的指令信息進(jìn)行分析處理,來(lái)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng),進(jìn)而達(dá)到控制小車(chē)運(yùn)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(chē)的整體設(shè)計(jì)和組裝過(guò)后,我們通過(guò)啃蘿卜平臺(tái)編譯環(huán)境對(duì)升降車(chē)進(jìn)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(jìn)行配對(duì),經(jīng)實(shí)際調(diào)試過(guò)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(guò)操作手柄對(duì)升降車(chē)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制和對(duì)物塊的抓取。實(shí)驗(yàn)表明操作手柄可以對(duì)機(jī)械爪進(jìn)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(duì)升降車(chē)的整體進(jìn)行了功能調(diào)試,在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn),通過(guò)操作手柄和2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊的正常通訊并由單片機(jī)對(duì)其信號(hào)進(jìn)行處理后,升降車(chē)可以正常的按照人們的控制對(duì)其進(jìn)行控制,滿(mǎn)足了人們對(duì)工程上和生活上的要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)通過(guò)采用Kenblock NEO-328P單片機(jī)與2.4G 轉(zhuǎn)串口模塊及操作手柄的結(jié)合使用,實(shí)現(xiàn)一種可以由人們控制使用的陸地升降車(chē),這對(duì)于以后智能小車(chē)的發(fā)展和自我實(shí)踐能力的發(fā)展具有一定的促進(jìn)作用。