循跡小車(chē)原理

1、尋跡小車(chē)在歷屆中屢次出現(xiàn)了集光、機(jī)、電于一體的簡(jiǎn)易智能小車(chē)題目.筆者通過(guò)論證、比擬、實(shí)驗(yàn)之后,制作出了簡(jiǎn)易小車(chē)的尋跡電路系統(tǒng).整個(gè)系統(tǒng)基于普通玩具小車(chē)的機(jī)械結(jié)構(gòu),并利用了小車(chē)的底盤(pán)、前后輪電機(jī)及其自動(dòng)復(fù)原裝置,能夠平穩(wěn)跟蹤路面黑色軌跡運(yùn)行.總體方案整個(gè)電路系統(tǒng)分為檢測(cè)、限制、驅(qū)動(dòng)三個(gè)模塊.首先利用光電對(duì)管對(duì)路面信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),經(jīng)過(guò)比擬器處理之后,送給軟件限制模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)限制,輸出相應(yīng)的信號(hào)給驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),從而限制整個(gè)小車(chē)的運(yùn)動(dòng).系統(tǒng)方案方框圖如圖1所示.檢測(cè)黑線一 A 軟件限制一 A 驅(qū)動(dòng)電機(jī)一 A 限制小車(chē)圖i智能小車(chē)尋跡系統(tǒng)框圖傳感檢測(cè)單元小車(chē)循跡原理該智能小車(chē)在畫(huà)有黑線的白紙路面上

2、行駛,由于黑線和白紙對(duì)光線的反射系數(shù)不同,可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來(lái)判斷道路T1 線.筆者在該模塊中利用了簡(jiǎn)單、應(yīng)用也比擬普遍的檢測(cè)方法一一紅外探測(cè)法.紅外探測(cè)法,即利用紅外線在不同顏色的物理外表具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn).在小車(chē)行駛過(guò)程中不斷地向地面發(fā)射紅外光,當(dāng)紅外光遇到白色地面時(shí)發(fā)生漫發(fā)射,反射光被裝在小車(chē)上的接收管接收；如果遇到黑線那么紅外光被吸收,那么小車(chē)上的接收管接收不到信號(hào).傳感器的選擇市場(chǎng)上用于紅外探測(cè)法的器件較多,可以利用反射式傳感器外接自制探頭,也可以使用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作性能可靠的集成式紅外探頭.ST系列集成紅外探頭價(jià)格廉價(jià)、體積小、使用方便、性能可靠、用途廣泛,所以該系統(tǒng)中

3、最終選擇了ST168反射傳感器作為紅外光的發(fā)射和接收器件,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外接電路均較為簡(jiǎn)單,如圖2所示：圖2ST168檢測(cè)電路ST168采用高發(fā)射功率紅外光、電和高靈敏光電晶體管組成,采用非接觸式檢測(cè)方式.ST168的檢測(cè)距離很小,一般為815毫米,由于以下是它的檢測(cè)盲區(qū),而大于15毫米那么很容易受干擾.筆者經(jīng)過(guò)屢次測(cè)試、比擬,發(fā)現(xiàn)把傳感器安裝在距離檢測(cè)物外表10毫米時(shí),檢測(cè)效果最好.R1限制發(fā)射的電流,發(fā)射管的電流和發(fā)射功率成正比,但受其極限輸入正向電流50mA的影響,用R1=150的電阻作為,Vcc=5V作為電源電壓,測(cè)試發(fā)現(xiàn)發(fā)射功率完全能滿足檢測(cè)需要；可變電阻R2可限制接收電路的電流,一方

4、面保護(hù)接收紅外管；另一方面可調(diào)節(jié)檢測(cè)電路的靈敏度.由于傳感器輸出端得到的是模擬電壓信號(hào),所以在輸出端增加了比擬器,先將ST168輸出電壓與進(jìn)行比擬,再送給單片機(jī)處理和限制.傳感器的安裝正確選擇檢測(cè)方法和傳感器件是決定循跡效果的重要因素,而且正確的器件安裝方法也是循跡電路好壞的一個(gè)重要因素.從簡(jiǎn)單、方便、可靠等角度出發(fā),同時(shí)在底盤(pán)裝設(shè)4個(gè)紅外探測(cè)頭,進(jìn)行兩級(jí)方向糾正限制,將大大提升其循跡的可靠性,具體位置分布如圖3所示.圖3紅外探頭的分布圖圖中循跡傳感器全部在一條直線上.其中X1與Y1為第一級(jí)方向限制傳感器,X2與Y2為第二級(jí)方向限制傳感器,并且黑線同一邊的兩個(gè)傳感器之間的寬度不得大于黑線的寬度

5、.小車(chē)前進(jìn)時(shí),始終保持如圖3中所示的行走軌跡黑線在X1和Y1這兩個(gè)第一級(jí)傳感器之間,當(dāng)小車(chē)偏離黑線時(shí),第一級(jí)傳感器就能檢測(cè)到黑線,把檢測(cè)的信號(hào)送給小車(chē)的處理、控制系統(tǒng),限制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)對(duì)小車(chē)軌跡予以糾正.第二級(jí)方向探測(cè)器實(shí)際是第一級(jí)的后備保護(hù),它的存在是考慮到小車(chē)由于慣性過(guò)大會(huì)依舊偏離軌道,再次對(duì)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行糾正,從而提升了小車(chē)循跡的可靠性.軟件限制單元單片機(jī)選型及程序流程此局部是整個(gè)小車(chē)運(yùn)行的核心部件,起著限制小車(chē)所有運(yùn)行狀態(tài)的作用.限制方法有很多,大局部都采用單片機(jī)控制.由于具有價(jià)格低廉是使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn),這里選擇了的AT89S51作為限制核心部件,其程序限制方框圖如圖4所示.圖4系統(tǒng)的程

6、序流程圖小車(chē)進(jìn)入循跡模式后,即開(kāi)始不停地掃描與探測(cè)器連接的單片機(jī)I/O口,一旦檢測(cè)到某個(gè)I/O有信號(hào)變化,程序就進(jìn)入判斷程序,把相應(yīng)的信號(hào)發(fā)送給電動(dòng)機(jī)從而糾正小車(chē)的狀態(tài).車(chē)速的限制車(chē)速調(diào)節(jié)的方法有兩種：一是用步進(jìn)電機(jī)代替小車(chē)上原有的直流電機(jī)；二是在原有直流電機(jī)的根底上,采用pwm調(diào)速法進(jìn)行調(diào)速.考慮到機(jī)械裝置不便于修改等因素,這里選擇后者,利用單片機(jī)輸出端輸出高電平的脈寬及其占空比的大小來(lái)限制電機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而限制小車(chē)的速度.經(jīng)過(guò)屢次試驗(yàn),最終確定適宜的脈寬和占空比,根本能保證小車(chē)在所需要的速度范圍內(nèi)平穩(wěn)前行.電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元從單片機(jī)輸出的信號(hào)功率很弱,即使在沒(méi)有其它外在負(fù)載時(shí)也無(wú)法帶動(dòng)電機(jī),所以在

7、實(shí)際電路中我們參加了電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片提升輸入電機(jī)信號(hào)的功率,從而能夠根據(jù)需要限制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng).根據(jù)驅(qū)動(dòng)功率大小以及連接電路的簡(jiǎn)化要求選擇L298N,其外形、 管腳分布如圖5所示.圖5L298N管腳分布圖從圖中可以知道,一塊L298N芯片能夠驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),它的使能端可以外接上下電平,也可以利用單片機(jī)進(jìn)行軟件限制,極大地滿足各種復(fù)雜電路需要.另外,L298N的驅(qū)動(dòng)功率較大,能夠根據(jù)輸入電壓的大小輸出不同的電壓和功率,解決了負(fù)載水平不夠這個(gè)問(wèn)題.結(jié)語(yǔ)此方案選擇的器件比擬簡(jiǎn)單,實(shí)際中也很容易實(shí)現(xiàn).經(jīng)過(guò)屢次測(cè)試,結(jié)果說(shuō)明在一定的弧度范圍內(nèi),小車(chē)能夠沿著黑線軌跡行進(jìn),到達(dá)了預(yù)期目標(biāo).缺乏之處,由于小車(chē)采用直流

8、電機(jī),其速度限制不夠精確和穩(wěn)定,不能實(shí)現(xiàn)急轉(zhuǎn)和大弧度的拐彎.程序#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharpro_left,pro_right,i,j;左右占空比標(biāo)志sbitleft1=P2A0;sbitleft2=P2A1;sbitright1=P2A2;sbitright2=P2A3;sbiten1=P1A0;sbiten2=P1Ai；循跡口三個(gè)紅外傳感器sbitleft_red=P1A2;/白線位置sbitmid_red=P1A3;/黑線位置sbitright_red=P1A4;/白線位置voiddelay(ui

9、ntz)(uchari;while(z-)for(i=0;i121;i+);)voidinit()left_red=0;/白線位置mid_red=1;/黑線位置right_red=0;TMOD=0X01;/定時(shí)器0選用方式1TH0=(65536-100)/256;TL0=(65536-100)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;en1=1;en2=1;)voidtime0(void)interrupt1(i+；j+；if(i=pro_right)en1=1;elseen1=0;if(i=40)en1=en1;i=0;if(j=pro_left)en2=1;elseen2=0;if(j=

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