CN110488688B - 基于荧光反应和光敏传感器的智能小车行进方法及系统 - Google Patents

基于荧光反应和光敏传感器的智能小车行进方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于荧光反应和光敏传感器的智能小车行进方法及系统，该系统包括电源模块、荧光反应模块、光强检测模块、STM32单片机、电机驱动模块、左电机组、右电机组。其中，电机驱动模块由荧光反应模块、LCD显示屏模块、STM32单片机和光强检测模块共同控制。荧光反应模块通过混合不同浓度的双草酸酯‑有机溶剂混合液和过氧化氢‑有机溶剂混合液，使荧光反应的光强随时间变化，进而控制小车的启动、停止、左转和右转。本发明利用化学反应光强变化作为控制小车的启动、停止、左转、右转的命令，有望降低现有自动驾驶技术对卫星通信的依赖性，提高智能小车的离线控制能力，具有广阔的应用前景。

Description

基于荧光反应和光敏传感器的智能小车行进方法及系统
技术领域
本发明涉及物理化学、智能控制技术领域，具体涉及一种基于荧光反应和光敏传感器的智能小车行进方法及系统。
背景技术
随着传感器、GPS和人工智能等技术的持续发展，对自动驾驶技术的研究已经成为当前汽车生产技术发展的重要方向，自动驾驶汽车也逐渐普及市场。但是，目前市场上机动车采用的自动驾驶系统都存在一定弊端。频繁地利用卫星导航控制的自动停启系统通信信息量急剧增大，导致服务成本增大，同时通信量过大时造成数据传输延时，使得汽车停启转弯等命令不能及时执行，有可能导致交通意外，同时对于一些停启性能不好的系统，频繁地停启对系统损耗过大，极大地降低了汽车的使用寿命。
另外目前主流的自动驾驶技术由于过度依赖GPS导航技术，但由于GPS与市场上所用传感器更新换代时间差别巨大，很难协调地工作以达到高效通信，同时在一些信号差的地方，更是失去了大部分自动驾驶功能难以准确控制机动车停止，有可能危害车内乘客安全。
为了准确控制机动车在荒漠、草原和高楼密集等GPS信号弱的地方的行驶，提高现有自动驾驶系统尤其启停系统的安全性和准确性，摆脱对GPS的过度依赖性，以荧光反应和光敏传感器为基础的系统，可以准确识别停车场景并高效控制机动车停止和转弯，因此目前亟待有效改善自动驾驶技术。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于荧光反应和光敏传感器的智能小车行进方法及系统。
根据公开的实施例，本发明一方面公开了一种基于荧光反应和光敏传感器的智能小车行进方法，包括以下步骤：
S1、荧光反应模块通过混合不同浓度的双草酸酯-有机溶剂混合液和过氧化氢-有机溶剂混合液进而控制反应的荧光强度，使荧光强度随时间变化；
S2、荧光反应模块发射不同强度的荧光，光强检测模块接收来自荧光反应模块发出的光信号，将光信号转换成电信号并通过检测引脚传递给STM32单片机；
S3、STM32单片机将收到的电信号转换为光强表征值，并在LCD显示屏模块上显示，STM32单片机根据LCD显示屏模块显示的光强值变化，通过其他I/O口输出两路控制信号到电机驱动模块；
S4、电机驱动模块根据来自STM32单片机的控制信号输出驱动电流控制左电机组、右电机组，进而实现小车的启动、停止、左转、右转的控制。
进一步地，所述的步骤S1过程如下：
S101、取少量双草酸酯于邻苯二甲酸丁酯中，加入荧光剂，将反应烧杯置于热水浴中加热，待双草酸酯在邻苯二甲酸丁酯中充分溶解后取出反应烧杯，冷却形成双草酸酯-有机溶剂混合液。
S102、取邻苯二甲酸二甲酯、叔丁醇、30％过氧化氢溶液，混合均匀，形成过氧化氢-有机溶剂混合液。
S103、将所述的双草酸酯-有机溶剂混合液和过氧化氢-有机溶剂混合液迅速混合并转移到黑暗反应环境，形成荧光反应模块。
进一步地，所述的步骤S2过程如下：
S201、荧光反应模块随着化学反应的进行发射出不同强度的光信号；
S202、光强检测模块通过光敏电阻接收光信号，光敏电阻随着光信号强度的改变而改变阻值大小，从而引起电流的改变，实现光电转换输出不同的电流频率；
S203、光强检测模块将电流频率传递给STM32单片机，当检测的光强度没有达到设定阈值，输出端输出高电平“1”；若超过，输出端输出低电平“0”，从而实现光强检测模块与STM32单片机的信号传输。
进一步地，所述的步骤S3过程如下：
S301、来自光强检测模块的电流频率通过I/O口输入到STM32单片机的计数器通道；
S302、STM32单片机将所述的电流频率通过AD转换将模拟的电流信号转为光强表征值；
S303、通过编程向LCD显示屏模块中LCD控制器写入一系列的设置值(比如伽马校准)，以完成FSMC口的初始化，然后通过编程调用字符显示函数把光强表征值的数字量在LCD显示屏模块中LCD显示屏上进行显示；
S304、STM32单片机根据LCD显示屏模块上变化的光强表征值输出两组驱动信号。
进一步地，所述的步骤S4过程如下：
S401、电机驱动模块通过IN引脚接收到来自STM32单片机的两组驱动信号来控制左右两组电机，其中，左边前后电机连接在一起构成左电机组，右边前后电机连接在一起构成右电机组；
S402、电机驱动模块根据接收到两组驱动信号，通过输出引脚输出驱动电流控制电机；
S403、当左、右电机组都接收到“0”信号则停止，当左、右电机组都接收到“1”信号则直行，当左边电机组接收到“0”而右边电机组接收到“1”则实现差速左转，当右边电机组接收到“0”而左边电机组接收到“1”则实现差速右转。
根据公开的实施例，本发明另一方面公开了一种基于荧光反应和光敏传感器的智能小车行进系统，该智能小车行进系统包括：电源模块、荧光反应模块、光强检测模块、STM32单片机、电机驱动模块、LCD显示屏模块、左电机组、右电机组，其中，
所述的电源模块分别与光强检测模块、STM32单片机、电机驱动模块、LCD显示屏模块、左电机组、右电机组相连并提供工作电压；
所述的STM32单片机分别与光强检测模块、LCD显示屏模块、电机驱动模块连接，所述的电机驱动模分别与左电机组、右电机组连接；
所述的荧光反应模块发射不同强度的荧光，所述的光强检测模块接收来自荧光反应模块发出的光信号，然后将光信号转换成电信号并通过检测引脚传递给STM32单片机；
所述的STM32单片机将收到的电信号转换为光强表征值，并在LCD显示屏模块上显示，STM32单片机根据LCD显示屏模块显示的光强值变化，通过I/O口输出两路控制信号到电机驱动模块；
所述的电机驱动模块根据来自STM32单片机的控制信号输出驱动电流控制左电机组、右电机组，进而实现小车的启动、停止、左转、右转的控制。
进一步地，所述的光强检测模块由光敏电阻传感器组成。
进一步地，所述的荧光反应模块包括：双草酸酯-有机溶剂混合液、过氧化氢-有机溶剂混合液、荧光剂，其中，
所述的双草酸酯-有机溶剂混合液包括双草酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、荧光剂，邻苯二甲酸二丁酯用于溶解双草酸酯；
所述的过氧化氢-有机溶剂混合液包括30％过氧化氢溶液、邻苯二甲酸二甲酯、叔丁醇，
邻苯二甲酸二甲酯和叔丁醇用于提高过氧化氢在反应体系的溶解度。
荧光剂的种类决定反应发出的荧光强度、荧光颜色及反应时间，其种类不对本发明技术方案构成限制。
上述反应物浓度不对本发明技术方案构成限制，反应物的其他浓度亦可以作为本发明技术方案的替换技术手段。
所述的荧光反应模块使用无色透明的反应容器，反应模块处于黑暗环境中。
进一步地，所述的光强检测模块与STM32单片机通过引脚连接实现信号传输；所述的STM32单片机与LCD显示屏模块通过FSMC实现信号传输；所述的STM32单片机与电机驱动模块通过引脚实现信号传输；所述的左电机组、右电机组并联地与电机驱动模块进行连接实现独立控制，并由电源模块供电。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1)本发明可提高现有自动驾驶技术安全性和保障性，同时减少对GPS导航的依赖性，具有广阔的应用前景。确保辅助驾驶系统不会受到摄像头、雷达测量的影响，同时降低自动驾驶的服务费用，提升汽车本身的性能，进一步完善了自动驾驶技术，在通信不好的地方，或者是导航系统故障时提供了很好的辅助作用。
2)本发明可以使小车按要求启动、停止、左转和右转，并且克服了通过传感器测量方法计算汽车行驶距离时产生的测量误差累积，提高了控制的精准度，同时降低通信和设备的维护费用。
附图说明
图1是本发明中公开的基于荧光反应和光敏传感器的智能小车行进系统的结构组成框图；
图2是本发明中光信号转换为电信号的原理框图；
图3是本发明中电机驱动模块控制两组电机运行示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，本实施例公开一种基于荧光反应和光敏传感器的智能小车行进系统，智能小车行进系统涉及小车的行进方式。该智能小车行进系统包括电源模块、荧光反应模块、光强检测模块、STM32单片机、电机驱动模块、LCD显示屏模块、左电机组、右电机组；
电源模块分别与光强检测模块、STM32单片机、电机驱动模块、LCD显示屏模块、左电机组、右电机组相连并提供工作电压；
STM32单片机分别与光强检测模块、LCD显示屏模块、电机驱动模块连接；
电机驱动模块同时与左电机组、右电机组连接。
本实施例中，光强检测模块由光敏电阻传感器组成。
本实施例中，荧光反应模块使用无色透明的反应容器，将双草酸酯-有机溶剂混合液、过氧化氢-有机溶剂混合液迅速混合并转移到黑暗反应环境中，其中，
双草酸酯-有机溶剂混合液包括双草酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、荧光剂；邻苯二甲酸二丁酯用于溶解双草酸酯。
过氧化氢-有机溶剂混合液包括30％过氧化氢溶液、邻苯二甲酸二甲酯、叔丁醇；邻苯二甲酸二甲酯和叔丁醇用于提高过氧化氢在反应体系的溶解度。
荧光剂的种类决定反应发出的荧光强度、荧光颜色及反应时间，其种类不对本发明技术方案构成限制。
其中该反应的反应物浓度不对本发明技术方案构成限制，反应物的其他浓度亦可以作为本发明技术方案的替换技术手段。
本实施例中，光强检测模块与STM32单片机通过引脚连接实现信号传输；STM32单片机与LCD显示屏通过FSMC实现信号传输；STM32单片机与电机驱动模块通过引脚实现信号传输；左电机组、右电机组并联地与电机驱动模块进行连接实现独立控制，并由电源模块供电。
本实施例中，光强检测模块检测化学反应的荧光强度，并将光信号通过I/O口与STM32单片机进行通信；STM32单片机通过FSMC接口与LCD显示屏模块通信；电机驱动模块通过两个I/O口与STM32单片机进行通信，进而控制左电机组与右电机组的工作。
实施例二
如图2所示，本实施例公开了了光强检测模块中光信号转换为电流信号的方法。光信号通过光敏电阻转换为电流信号，由于不同的化学反应其荧光强度曲线不同，所以测得的光强值不同，设定阈值不同。当光强检测值低于设定阈值，光强检测模块输出端输出高电平“1”；若高于设定阈值，输出端输出低电平“0”。
如图3所示，本实施例中，电机驱动模块接收来自STM32单片机的命令输出两路PWM信号独立控制左电机组、右电机组。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于荧光反应和光敏传感器的智能小车行进方法，其特征在于，所述的智能小车行进方法包括以下步骤：
S1、荧光反应模块通过混合不同浓度的双草酸酯-有机溶剂混合液和过氧化氢-有机溶剂混合液进而控制反应的荧光强度，使荧光强度随时间变化；其中，所述的步骤S1过程如下：
S101、取少量双草酸酯于邻苯二甲酸丁酯中，加入荧光剂，将反应烧杯置于热水浴中加热，待双草酸酯在邻苯二甲酸丁酯中充分溶解后取出反应烧杯，冷却形成双草酸酯-有机溶剂混合液；
S102、取邻苯二甲酸二甲酯、叔丁醇、30％过氧化氢溶液，混合均匀，形成过氧化氢-有机溶剂混合液；
S103、将所述的双草酸酯-有机溶剂混合液和过氧化氢-有机溶剂混合液迅速混合并转移到黑暗反应环境，形成荧光反应模块；
S2、荧光反应模块发射不同强度的荧光，光强检测模块接收来自荧光反应模块发出的光信号，将光信号转换成电信号并通过检测引脚传递给STM32单片机；其中，所述的步骤S2过程如下：
S201、荧光反应模块随着化学反应的进行发射出不同强度的光信号；
S202、光强检测模块通过光敏电阻接收光信号，光敏电阻随着光信号强度的改变而改变阻值大小，从而引起电流的改变，实现光电转换输出不同的电流频率；
S203、光强检测模块将电流频率传递给STM32单片机，当检测的光强度没有达到设定阈值，输出端输出高电平“1”；若超过，输出端输出低电平“0”；
S3、STM32单片机将收到的电信号转换为光强表征值，并在LCD显示屏模块上显示，STM32单片机根据LCD显示屏模块显示的光强值变化，通过I/O口输出两路控制信号到电机驱动模块；其中，所述的步骤S3过程如下：
S301、来自光强检测模块的电流频率通过I/O口输入到STM32单片机的计数器通道；
S302、STM32单片机将所述的电流频率通过AD转换将模拟的电流信号转为光强表征值；
S303、通过编程向LCD显示屏模块中LCD控制器写入一系列的设置值，以完成FSMC口的初始化，然后通过编程调用字符显示函数把光强表征值的数字量在LCD显示屏模块中LCD显示屏上进行显示；
S304、STM32单片机根据LCD显示屏模块上变化的光强表征值输出两组驱动信号；
S4、电机驱动模块根据来自STM32单片机的控制信号输出驱动电流控制左电机组、右电机组，进而实现小车的启动、停止、左转、右转的控制；其中，所述的步骤S4过程如下：
S401、电机驱动模块通过IN引脚接收到来自STM32单片机的两组驱动信号来控制左右两组电机，其中，左边前后电机连接在一起构成左电机组，右边前后电机连接在一起构成右电机组；
S402、电机驱动模块根据接收到两组驱动信号，通过输出引脚输出驱动电流控制电机；
S403、当左、右电机组都接收到“0”信号则停止，当左、右电机组都接收到“1”信号则直行，当左边电机组接收到“0”而右边电机组接收到“1”则实现差速左转，当右边电机组接收到“0”而左边电机组接收到“1”则实现差速右转。
2.一种基于荧光反应和光敏传感器的智能小车行进系统，其特征在于，所述的智能小车行进系统包括：电源模块、荧光反应模块、光强检测模块、STM32单片机、电机驱动模块、LCD显示屏模块、左电机组、右电机组，其中，
所述的电源模块分别与光强检测模块、STM32单片机、电机驱动模块、LCD显示屏模块、左电机组、右电机组相连并提供工作电压；
所述的STM32单片机分别与光强检测模块、LCD显示屏模块、电机驱动模块连接，所述的电机驱动模分别与左电机组、右电机组连接；
所述的荧光反应模块发射不同强度的荧光，所述的光强检测模块接收来自荧光反应模块发出的光信号，然后将光信号转换成电信号并通过检测引脚传递给STM32单片机；
所述的STM32单片机将收到的电信号转换为光强表征值，并在LCD显示屏模块上显示，STM32单片机根据LCD显示屏模块显示的光强值变化，通过I/O口输出两路控制信号到电机驱动模块；
所述的电机驱动模块根据来自STM32单片机的控制信号输出驱动电流控制左电机组、右电机组，进而实现小车的启动、停止、左转、右转的控制。
3.根据权利要求2所述的基于荧光反应和光敏传感器的智能小车行进系统，其特征在于，所述的荧光反应模块使用无色透明的反应容器，将双草酸酯-有机溶剂混合液、过氧化氢-有机溶剂混合液迅速混合并转移到黑暗反应环境中，其中，
所述的双草酸酯-有机溶剂混合液包括双草酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、荧光剂；
所述的过氧化氢-有机溶剂混合液包括30％过氧化氢溶液、邻苯二甲酸二甲酯、叔丁醇。
4.根据权利要求2所述的基于荧光反应和光敏传感器的智能小车行进系统，其特征在于，所述的光强检测模块与STM32单片机通过引脚连接实现信号传输。
5.根据权利要求2所述的基于荧光反应和光敏传感器的智能小车行进系统，其特征在于，所述的STM32单片机与LCD显示屏模块通过FSMC实现信号传输；所述的STM32单片机与电机驱动模块通过引脚实现信号传输。
6.根据权利要求2所述的基于荧光反应和光敏传感器的智能小车行进系统，其特征在于，所述的左电机组、右电机组并联地与电机驱动模块进行连接实现独立控制，并由电源模块供电。
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