1、智能寻迹小车设计作者：pc63 来源：单片机学习网 字体：大 中 小 在百度搜索相关内容编辑导读:单片机实现通用存贮器 IC 卡读写|87LPC76x 单片机如何打造的键盘显示电路|微控制器的抗干扰软件编程方法|80C51 和 CH375 的 USB 打印机驱动设计|基于 SPMC65P2404A电动自行车的设计应用|利用单芯片 MCU 提高照明系统能源效率|串行实时时钟芯片 DS1302程序设计中的问题与对策|蒸汽浴房智能化设计|单片机多机通信系统稳定性的研究|手机自动售货机的嵌入式系统设计|正文：来源： 作者：李毅 卢仁义 吴甜 解放军炮兵学院(安徽合肥 230031)摘要： 本文介绍了一
2、种基于 51 单片机 de 小车寻迹系统。该系统采用两组高灵敏度 de 光电对管，对路面黑色轨迹进行检测，并利用单片机产生 PWM 波，控制小车速度。测试结果表明，该系统能够平稳跟踪给定 de 路径。关键词： 智能小车；光电对管；寻迹；脉冲宽度调制在历届全国大学生电子设计竞赛中多次出现了集光、机、电于一体 de 简易智能小车题目。笔者通过论证、比较、实验之后，制作出了简易小车 de 寻迹电路系统。整个系统基于普通玩具小车 de 机械结构，并利用了小车 de 底盘、前后轮电机及其自动复原装置，能够平稳跟踪路面黑色轨迹运行。总体方案整个电路系统分为检测、控制、驱动三个模块。首先利用光电对管对路面信
3、号进行检测，经过比较器处理之后，送给软件控制模块进行实时控制，输出相应 de 信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制整个小车 de 运动。系统方案方框图如图 1 所示。图 1 智能小车寻迹系统框图传感检测单元小车循迹原理该智能小车在画有黑线 de 白纸 “路面”上行驶，由于黑线和白纸对光线 de 反射系数不同，可根据接收到 de 反射光 de 强弱来判断“道路”黑线。笔者在该模块中利用了简单、应用也比较普遍 de 检测方法红外探测法。红外探测法，即利用红外线在不同颜色 de 物理表面具有不同 de 反射性质 de 特点。在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色地面时发生漫发射，反
4、射光被装在小车上 de 接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，则小车上 de 接收管接收不到信号。传感器 de 选择市场上用于红外探测法 de 器件较多，可以利用反射式传感器外接简单电路自制探头，也可以使用结构简单、工作性能可靠 de 集成式红外探头。ST 系列集成红外探头价格便宜、体积小、使用方便、性能可靠、用途广泛，所以该系统中最终选择了 ST168 反射传感器作为红外光 de 发射和接收器件，其内部结构和外接电路均较为简单，如图 2 所示：图 2 ST168 检测电路ST168 采用高发射功率红外光、电二极管和高灵敏光电晶体管组成，采用非接触式检测方式。ST168de 检测距离很小，一
5、般为 815 毫米，因为 8 毫米以下 shi 它 de 检测盲区，而大于 15 毫米则很容易受干扰。笔者经过多次测试、比较，发现把传感器安装在距离检测物表面 10 毫米时，检测效果最好。R1 限制发射二极管 de 电流，发射管 de 电流和发射功率成正比，但受其极限输入正向电流 50mAde 影响，用 R1=150de 电阻作为限流电阻,Vcc=5V 作为电源电压，测试发现发射功率完全能满足检测需要；可变电阻 R2 可限制接收电路 de 电流，一方面保护接收红外管；另一方面可调节检测电路 de 灵敏度。因为传感器输出端得到 deshi 模拟电压信号，所以在输出端增加了比较器，先将 ST168
6、 输出电压与 2.5V 进行比较，再送给单片机处理和控制。传感器 de 安装正确选择检测方法和传感器件 shi 决定循迹效果 de 重要因素，而且正确 de 器件安装方法也 shi 循迹电路好坏 de 一个重要因素。从简单、方便、可靠等角度出发，同时在底盘装设 4 个红外探测头，进行两级方向纠正控制，将大大提高其循迹 de 可靠性，具体位置分布如图 3 所示。图 3 红外探头 de 分布图图中循迹传感器全部在一条直线上。其中 X1 与 Y1 为第一级方向控制传感器，X2 与 Y2为第二级方向控制传感器，并且黑线同一边 de 两个传感器之间 de 宽度不得大于黑线 de 宽度。小车前进时，始终保
7、持(如图 3 中所示 de 行走轨迹黑线)在 X1 和 Y1 这两个第一级传感器之间，当小车偏离黑线时，第一级传感器就能检测到黑线，把检测 de 信号送给小车 de处理、控制系统，控制系统发出信号对小车轨迹予以纠正。第二级方向探测器实际 shi 第一级 de 后备保护，它 de 存在 shi 考虑到小车由于惯性过大会依旧偏离轨道，再次对小车de 运动进行纠正，从而提高了小车循迹 de 可靠性。软件控制单元单片机选型及程序流程此部分 shi 整个小车运行 de 核心部件，起着控制小车所有运行状态 de 作用。控制方法有很多，大部分都采用单片机控制。由于 51 单片机具有价格低廉 shi 使用简单
8、 de 特点，这里选择了 ATMEL 公司 deAT89S51 作为控制核心部件，其程序控制方框图如图 4 所示。图 4 系统 de 程序流程图小车进入循迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接 de 单片机 I/O 口，一旦检测到某个 I/O 口有信号变化，程序就进入判断程序，把相应 de 信号发送给电动机从而纠正小车de 状态。车速 de 控制车速调节 de 方法有两种：一 shi 用步进电机代替小车上原有 de 直流电机；二 shi 在原有直流电机 de 基础上，采用 PWM 调速法进行调速。考虑到机械装置不便于修改等因素，这里选择后者，利用单片机输出端输出高电平 de 脉宽及其占空比 d
9、e 大小来控制电机 de 转速，从而控制小车 de 速度。经过多次试验，最终确定合适 de 脉宽和占空比，基本能保证小车在所需要 de 速度范围内平稳前行。电机驱动单元从单片机输出 de 信号功率很弱，即使在没有其它外在负载时也无法带动电机，所以在实际电路中我们加入了电机驱动芯片提高输入电机信号 de 功率，从而能够根据需要控制电机转动。根据驱动功率大小以及连接电路 de 简化要求选择 L298N，其外形、管脚分布如图5 所示。图 5 L298N 管脚分布图从图中可以知道，一块 L298N 芯片能够驱动两个电机转动，它 de 使能端可以外接高低电平，也可以利用单片机进行软件控制，极大地满足各种
10、复杂电路需要。另外，L298Nde驱动功率较大，能够根据输入电压 de 大小输出不同 de 电压和功率，解决了负载能力不够这个问题。结语此方案选择 de 器件比较简单，实际中也很容易实现。经过多次测试，结果表明在一定de 弧度范围内，小车能够沿着黑线轨迹行进，达到了预期目标。不足之处，由于小车采用直流电机，其速度控制不够精确和稳定，不能实现急转和大弧度 de 拐弯。参考文献：1. 赵家贵、付小美、董平，新编传感器电路设计手册，中国计量出版社，20022. 李华等，MCS-51 系列单片机实用接口技术，北京航空航天大学出版社，20033. 王晓明，电动机 de 单片机控制，北京航空航天大学出版社，2002
