參賽-自動跟隨小車系統(tǒng)設計，包含跟隨小車和移動目標攜帶裝置

項目簡介：
自動跟隨小車系統(tǒng)由兩部分組成：跟隨小車和移動目標攜帶裝置。
工作原理：
跟隨小車系統(tǒng)通過無線通信模塊發(fā)送尋找信號，同時超聲波接收器開始計時，如果移動目標接收到無線尋找信號，則立即發(fā)送超聲波信號。這樣小車的三角超聲波接收器陸續(xù)收到超聲波信號，CPU通過每個超聲波模塊接收到的時間，計算出移動目標到3個超聲波接收點的距離，通過三邊定位算法即可確定移動目標的位置。如果計算出來的距離大于設定距離，則控制電機向目標方向移動，如果計算出來的距離小于設定距離，則控制電機停止，從而實現(xiàn)小車的自動跟隨功能。
硬件說明：

小車硬件設計：
自動跟隨小車硬件模塊包括控制器模塊、無線收發(fā)模塊、超聲波接收模塊、電機及電機驅動模塊、報警模塊、電源模塊組成，下面對每個模塊做具體介紹。
由于跟隨小車需要進行實時目標位置定位計算、無線信號收發(fā)處理、電機管理、電源管理等任務 ，采用普通單片機其資源及速度難以滿足使用要求，需要高性能DSP處理器才能夠完成，因此選擇STM32F103RCT6作為控制器。

無線收發(fā)是用來實現(xiàn)同步，當小車發(fā)射無線信號，同時人手攜帶裝置接收到無線信號時，人手攜帶裝置發(fā)射超聲波。所以本次設計選用NRF2401做為無線收發(fā)模塊。
NRF2401各引腳功能為：
（1）CSN：芯片的片選線，CSN為低電平工作。
（2）SCK：芯片控制的時鐘線（SPI時鐘）。
（3）MISO：芯片控制數(shù)據(jù)線 。
（4）IRQ：中斷信號，無線通信過程中MCU主要是通過IRQ與NRF2401通信。
（5）CE：芯片的模式控制線。
（6）MOSI：芯片控制數(shù)據(jù)線。

超聲波接收模塊是采用具有單獨接收功能的模塊，如圖所示。其中接收模塊核心部分是由專用超聲波接收集成電路TL852構成的超聲波信號檢測電路，這部分主要完成的是回波的檢測和放大。
直流電機的控制很簡單，性能出眾，直流電源也容易實現(xiàn)。這種直流電機的驅動及控制需要電機驅動模塊進行驅動，采用L298N電源模塊。
系統(tǒng)電源采用7.4V可充電鋰電池。7.4V鋰電池組屬于多串并鋰電池組。
目標攜帶裝置硬件設計：
由于跟隨小車需要進行實時目標位置定位計算、無線信號收發(fā)處理、電機管理、電源管理等任務 ，采用普通單片機其資源及速度難以滿足使用要求，需要高性能DSP處理器才能夠完成，因此選擇STM32F103RCT6作為控制器。
無線收發(fā)是用來實現(xiàn)同步，當小車發(fā)射無線信號，同時人手攜帶裝置接收到無線信號時，人手攜帶裝置發(fā)射超聲波。所以本次設計選用NRF2401做為無線收發(fā)模塊。
超聲波發(fā)射模塊是采用具有單獨發(fā)射功能的模塊，如圖所示。其中發(fā)射模塊中的P1 、R4、R5。因為利用了變壓器和發(fā)射頭的諧振，好處是能得到近似正弦波。但附帶的問題是：在驅動信號停止后，由于諧振的原因，發(fā)射頭還會持續(xù)較長時間發(fā)射，直至能量在變壓器的次級線包直流電阻上消耗完，這樣就導致在近距離測量時，回波都到了，余波還未結束，導致測量失敗。所以設計了一個余波抑制電路，將變壓器初級構成回路，利用初級較小的電阻快速消耗掉次級的能量。為此，要多占一個MCU的I/O口。而且，由于驅動電壓的原因，必須使用OC（或者開漏）驅動，否則會無法可靠關斷P1，導致正常發(fā)射不正常。如果測量的距離較遠，或者覺得余波不影響測量，則不必接這個信號。如若使用，一定要注意和發(fā)射驅動信號的配合，不要兩個同時有效，導致發(fā)射效率大減。從原理圖上看，如果要提高驅動能量，可以適當提高驅動電壓，但要要注意MOS管的耐壓只有20V，發(fā)射頭的最高電壓是80V。
目標攜帶裝置電路連接圖：

小車硬件電路連接圖：

軟件說明見附件！
小車整機展示：
目標攜帶裝置展示：

整機測試圖：

【轉載自電子發(fā)燒友】