智能寻迹小车设计

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11、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： 本文介绍了一种基于51单片机de小车寻迹

12、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号进行检测，经过比较器处理之后，送给软件控制模块

13、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d

14、e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，一般为8~15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

15、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

16、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。

17、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。