无线遥控红外避障小车的制作

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1、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

2、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

3、，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。

4、 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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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]。 n v 设 f (x) 在[0,1] 上有定义，则 Bn( f,x) = ∑ f ( )Bv,n(x) i = 0 n 其中，Bv,n(x) = nv xv(1 - x)n - v  ,  v = 0,1,⋯,n 为 Bernstein 基函 数，称 Bn:C[0,1] → C[0,1] ,n ∈ 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

10、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 = 0 ai(i = 0,⋯,n) 是系数，通常 m > n 。于是有，Ax = b ，其中， B0,n(t0) ⋯ Bn,n(t0) A

11、 = ⋮ ⋮ B0,n(tm) ⋯ Bn,n(tm)(m + 1) (n + 1) x =(a0,⋯,an)T,b =(y0,⋯,ym)T, = min A - b , 于是，问题转化为确定 x ∈ ℝn + 1 ，使得 b - Ax 2 y ∈ ∈ ℝn + 1 y 2 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)

12、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。

13、 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 = 0 1 0 0 0 1 8 3 8 3 8 1 8 8 27 4 9 2 9 1 27 -1 6 -12 8 A = -8/27 20 9 -50/

14、9 125 27 -8 36 -54 27 -27 108 -144 64 -125 450 -540 216 -216 756 -882 343 x =(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

15、因子 Ω = {ωi}n 即可。从而得到加权后的拟合算子 i = 0 Fω(t) = ∑a nωi Bi,n(t) n i = 0 ∑ωi 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. ［2］S. Bernstein. Demonstration du theorμeme de Weierstrass fondee sur le calculdes probabilities［J］.Comm. Soc. Math. K

16、harkov(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 A B C D D2 D0 D3 D1 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

17、的动手 图 3.1所示，三态门①、②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③、④及电机M2 的工作原理与三态门①、② 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 —