智能兩棲車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄧昊佳，付 宇，文 雪

（黑龍江工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150026）

舵機(jī)作為智能小車的“心臟”。在智能兩棲車中也是處在特別關(guān)鍵的地位，在本實(shí)驗(yàn)中舵機(jī)的主要作用就是通過輸入信號(hào)的脈沖寬度來調(diào)節(jié)舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)軸角，通過這種方式來達(dá)到智能小車在無人操控的情況下完成轉(zhuǎn)向的目的。

1 穩(wěn)壓電路

控制電路主要包括：電源部分：可以提供電能；單片機(jī)模塊：作為控制智能；直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)：小車運(yùn)動(dòng)控制；按鍵：控制系統(tǒng)的人機(jī)接口；LED顯示部分等。因?yàn)槎鏅C(jī)的運(yùn)行需要+6V的穩(wěn)壓電源，所以本實(shí)驗(yàn)需要設(shè)計(jì)一個(gè)輸出為+6V的穩(wěn)壓電路。采用端集成穩(wěn)壓器7806組成的穩(wěn)壓電源電路，輸出電壓Uo穩(wěn)定+6V。

2 主控芯片

該設(shè)計(jì)是以MSP430F3274單片機(jī)為核心部件。MSP430是一款16位的單片機(jī)，采用了精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有及其豐富的尋址方式，豐富的片內(nèi)資源，處理能力十分強(qiáng)大、系統(tǒng)工作狀態(tài)穩(wěn)定，而且最主要是它具有多路 PWM輸出。

3 智能兩棲車的避障

避障是智能小車在運(yùn)動(dòng)過程中基本的功能，而避障首要是需求確定機(jī)器人自身與障礙物的距離。本次設(shè)計(jì)小車的避障模塊采用SRF08超聲波收發(fā)模塊，其接收與發(fā)射頻率為40 kHz，檢測距離范圍為 4～7 cm，控制端：SDA 和接收端：SCL，本設(shè)計(jì)一共采用4個(gè)超聲波收發(fā)模塊安裝在小車的正前方，后方和左右前方四個(gè)方位，4個(gè)模塊接在 MSP430單片機(jī)的端口上，采用 I/O觸發(fā)測試距離，能有效的測試自其人自身與障礙物之間的距離。單片機(jī)給控制器 SDA提供25μs高電平信號(hào)，模塊自動(dòng)發(fā)送40 Hz方波，并且檢測信號(hào)能否返回，若有返回信號(hào)，接收端SCL管腳輸出高電平，信號(hào)從發(fā)射到返回的時(shí)間就是高電平持續(xù)的時(shí)間，從而計(jì)算出信號(hào)從發(fā)射到接收所用的時(shí)間t，常溫下信號(hào)在空氣中的傳播速度v，此時(shí)可得到是否避障的距離s，為s=vt/2。

4 基于水中轉(zhuǎn)向的外觀設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用密封底盤的防水方式，前輪作為在陸地與水中的主要轉(zhuǎn)向裝置，前輪的轉(zhuǎn)向角度決定了兩棲車在水中與陸地的轉(zhuǎn)向狀態(tài)。而防水的密封底盤則會(huì)對(duì)前輪的轉(zhuǎn)向產(chǎn)生一定的限制。所以需要對(duì)底盤的前輪部分進(jìn)行一定程度的改造，如圖所示為設(shè)計(jì)的仿真防水底盤，將前輪擋泥板處向內(nèi)凹陷一定的距離，這個(gè)距離既要保證前輪的轉(zhuǎn)向不受影響又要保證能夠達(dá)到良好的密封性。在這個(gè)距離處做防水板既可以達(dá)到本次試驗(yàn)對(duì)于轉(zhuǎn)向性能的要求，還可達(dá)到防水的目的。

圖1 基于水中轉(zhuǎn)向性能的密封底盤設(shè)計(jì)（圖左為前輪底盤，圖右為后輪底盤）