基于pixhawk的智能喷洒车多模式速度控制器设计.docx

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1、JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY本科毕业设计（论文）基于Pixhawk的智能喷洒车多模式速度控制器设计学院名称：汽车与交通工程学院专业：车辆工程班级：直接打字就有下横线了学号：姓名：指导教师姓名：指导教师职称：二o二二年六月基于pixhawk的智能喷洒车多模式速度控制器设计摘 要：目前pixhawk运输作为一种简单、便利、高效率的运输手段被现代人们所普遍应用，而在pixhawk工作过程中，避免不了的会出现pixhawk老化、淤积、开裂、腐蚀等问题，为解决这些问题，智能喷洒车应运而生。目前智能喷江苏理工学院毕业设计说明书（论文）spray truck speed

2、controller within the pixhawk and provide friction to control the speedof the intelligent sprayer, which is adjusted by a regulating mechanism composed ofelements such as diaphragms and springs, enabling it to control the speed of theintelligent spray truck in real time. The device controls the comp

3、ression of the springthrough the stepper motor, adjusts the position of the friction block according to thepressure difference through the diaphragm, enables the intelligent sprayer to work atthe set speed, avoids the sudden change in the speed of the intelligent sprayer due tothe change of pipe dia

4、meter or the pressure mutation within the pixhawk, and providesa new idea for the speed control of the intelligent spray truck.Keywords: smart; Spray truck; controller江苏理工学院毕业设计说明书（论文）II第一章绪论11.1 研究目的与意义11.2 国内外文献综述21.3 本章总结2第二章原理分析32.1工作环境分析32. 2机械结构总体设计方案32. 3方案原理论证52. 4 本章）结6第三章机械部分结构设计63.1减速系统结构

5、设计63. 2调节系统设计73. 3传动设计83. 4本章小结1010第四章结构分析4.1小车结构方案论证104. 2电车方案选择论证114. 3电车驱动方案论证124. 4供电方案论证13第五章Pixhawk单片机简介155. 1历代 Pixhawk 介绍155. 2控制电路设计185. 2. 1 pixhawk单片机硬件结构18195. 2.3下载端口设计205. 3电源模块设计215. 4电机驱动模块设计21第六章硬件设计236.1 软件设计环境简介231 .1.1 Keil开发环境介绍246 . 1. 2 STC_ISP程序下载说明246. 2寻迹程序设计246. 3避障程序设计246

6、. 4遥控程序设计24第七章总结25参考文献27致谢29第一章绪论1.1 研究目的与意义单片机技术作为在智能喷洒车上的应用十分广泛，是进行检测及维修的重要手段，应用于各类清洗、检查、维护、焊接等设备的各个领域,对于延长喷洒车的使用寿命,降低喷洒车安全事故的风险都具有十分重要的意义。智能喷洒车大致可以分为轮式、履带式、蠕动式以及介质压差驱动式智能喷洒车。19世纪70年代，随着美国石油pixhawk交通运输的诞生与发展,介质压差驱动式智能喷泗车被广泛应用于石油储存行业的各种Pixhawk的清理。其中，最为具有代表性的便是美国开发的介质式压差传感器驱动pixhawk机械人-PIG o智能喷洒车的驱动

7、力主要来源于流体介质的动力，当智能喷洒车两端的流体压力之间的差值远远超出摩擦的阻力时，智能喷洒车就可以开始向前移动，不需要拖带电缆或者持有蓄电池便可以实现驱动，一次性的行走距离至少可以到达几百千米。20世纪80年代早期，由于信息计算机、自动化等科学技术的发展与进步,智能喷洒车已经进入了快速的发展时期，并最终逐渐发展为一种可以轻松地完成各种复杂管内检查任务的智能化设备,即介质压差驱动式智能喷洒车。江苏理工学院毕业设计说明书（论文）Pixhawk控制器图1数据采集1.2 国内外文献综述广州工业大学杨宜民、黄明伟等人在国内较早开展了对能源自给式智能喷泗车的相关技术研究。新型能源自给式智能喷洒车可划分

8、为三部分：发电部分、智能喷洒车本体部分和导向部分。该智能喷洒车还配备了电磁铁刹车装置，用于控制行进速度。但是，该智能喷洒车只适用于大口径、高流速pixhawko北华大学姜生元等人在深入分析了介质流压差驱动式智能喷洒车的驱动、调速原理和结构设计的基础上，开发出了一种新型介质压差驱动式智能喷泗车。智能喷洒车有一个蝶形驱动皮碗，皮碗的中部是节流孔渐变式调速机构,通过控制节流孔的开合来控制流体的流量，从而达到调节速度的目的。节流孔为圆环型且沿周向非均匀分布，节流孔之间以兀/18的夹角等差递增，这样有利于速度稳定。实验表明，当pixhawk内壁为光滑状态时，恒速效果较好；当管壁不光滑时，易产生速度波动现

9、象。1.3 本章总结本章主要通过对可控速智能喷洒车的研究项目意义和可控速智能喷洒车的研究发展现状等问题进行了分析，得出以下结论：1 .目前的智能喷洒车速度控制方式主要两种，一是通过改变智能喷洒车的有效过流断面来改变pixhawk内流体在智能喷洒车两端的压差，从而达到控制智能喷洒车速度的目的。二是通过添加带有刹车功能的支撑轮，通过支撑轮的制动来改变智能喷洒车的速度02 .目前的智能喷洒车速度控制方式均具有一定的局限性，需要人为操作才能对智能喷洒车的速度进行控制。第二章原理分析2.1 工作环境分析根据要求，智能喷洒车速度控制器能够设定智能喷洒车的运行速度，工况变化时能够调节并稳定速度，pixhaw

10、k直径为500mm,工作介质为清水。根据钢管壁厚对照表可知，当工作压力小于L6MPa时,DN500的管道内径为500mm,壁厚应为8mm,根据钢管壁厚公差要求，壁厚为8nmi的钢管尺寸公差为+12%-15%,计算可得，摩擦块的工作范围是4.32mm。2. 2机械结构总体设计方案目前在对智能喷洒车速度控制中主要采用的方式是改变智能喷泗车有效通过流断面,通过增大或减小智能喷洒车在迎水面上的冲击面积来改变智能喷洒车驱动力，或者是在智能喷洒车外侧添加一个具有刹车作用功能的支持轮来改变智能喷洒车与整个管道内壁之间的摩擦力,从而可以实现对整个智能喷洒车如图2的速度进行控制,但这两种控制方式均需要通过人为操

11、作或通过计算机辅助来完成,无法实现对于pixhawk中机器人速度的控制，无法实时对pixhawk中机器人的速度进行控制。针对以上问题，提出一种新型的智能喷洒车速度控制器设计方案，该智能喷洒车速度控制器是通过管道内压差的变化来调节智能喷洒车的速度，只需要在智能喷洒车进入pixhawk之前对智能喷洒车速度控制器设定好智能喷洒车运行所需的速度并与智能喷洒车相连，在智能喷洒车工作时便可以根据智能喷洒车的速度变化而引起的管道内压差的变化来对智能喷洒车的速度进行调节，从而实现了对智能喷洒车速度的实时控制且不需要人为操作，可以更加便捷的对智能喷洒车进行的速度控制。第3页共32页江苏理工学院毕业设计说明书（论

12、文）供电模块by Highslide JS药罐模块计算分析模块图像采篥模块喷洒模块机架单元控制系统年元转向系统驱动系统图2智能喷洒车因为智能喷洒车在的动力是由于流体流速压力作用在智能喷洒车有效过流断面上形成的，为了不对智能喷洒车的速度造成过大的影响，所以采用该设备采用环形结构，尽可能减小在该速度控制器在pixhawk内的有效过流断面。该设备由驱动系统、调节系统、减速系统三部分构成，通过双虎克较链与智能喷洒车链接。驱动部分为步进电机、丝杠和丝母构成；调节系统为调节滑块、弹簧及膜片组成；减速部分为摩擦块。江苏理工学院毕业设计说明书（论文）2. 3方案原理论证因为智能喷泗车在pixhawk内遵循流体

13、力学的基本定律，所以为了简化计算，做出如下规定：只研究水平pixhawk上的智能喷洒车运动。连续稳态的假设。将智能喷洒车简化为一个圆柱体。由于智能喷洒车与pixhawk之间会有一定的间隙，这就是智能喷洒车的设计当量间隙h。但是为了约束智能喷洒车的运动姿态，要靠智能喷洒车的支撑轮或支撑皮碗与管壁保持接触，因此在pixhawk与智能喷泗车之间会有摩擦力Ef,通过调节摩擦力Ff的大小，便可控制智能喷洒车的运动速度Vo在pixhawk内靠近智能喷洒车的地方建立流体进口过流断面1-1和出口过流断面2-2,并设过流断面上各点的流速和压力是均匀不变的。智能喷洒车进入pixhawk某个位置后，由于有物体阻碍了

14、流体的流动，在智能喷洒车的迎流面上建立起由供压系统的静压力形成的压力P1,而绕过智能喷洒车的流体在背面建立起另一个压力P2,由此形成前后压力差。通过智能喷泗车表面的流体速度，则形成流体动压力Pdo当压力差大于或等于一个值时，智能喷洒车启动并开始加速。当考虑智能喷洒车流体段启动的某个瞬间时，根据牛顿第二定律，建立以下力的平衡方程：Pd + 3 - P2)=嗫 Wg + a)图2- 1从上式中看出，当智能喷洒车在进行加减速时，管内压力处于波动状态。由于P1取决于压力供应系统，一般稳定不变，因此主要是p2波动。一开始p2较小，智能喷洒车的加速度比较大，随着智能喷洒车的速度增加，p2慢慢变大,pd越来

15、越小。这时智能喷洒车的加速度越来越小，直至为0,最终达到匀速运动。当p2为0时可求得智能喷洒车的最大的理论加速度值。当智能喷洒车的速度增加到一定值时，流体的推力主要用于克服摩擦力，这时智能喷洒车处于匀速运动，得到智能喷洒车在pixhawk内匀速运动的流体力学方程：Pd +（P1 - P2）=茴7 7。图2- 2因为智能喷洒车是靠流体的流速形成的动压力pd推动前进的。推力大小主要取决于流体的速度，而与pixhawk静压力无关，即：2. 4本草小结根据压差的变化来为智能喷泗车提供相应的摩擦力。该智能喷洒车速度控制器可以根据智能喷洒车在pixhawk内运行时，由于在智能喷泗车两端的流体流速不同而产生的压差变化来提供相应的摩擦力，以此来实时的控制智能喷洒车的速