基于單片機控制的智能循跡避障小車

1、 理論創(chuàng)新LilunChuangxin 基于單片機控制的智能循跡避障小車 姚 培 張李堅 周晶香 （1.西南交通大學，四川成都611756；2.宿遷學院，江蘇宿遷223800） 摘 要：根據(jù)小車各部分功能，模塊化硬件電路，并調(diào)試電路。將調(diào)試成功的各個模塊逐個地“融合”成整體，再進行軟件編程調(diào)試，直到完成小車，使小車智能地循跡、避障、聲光顯示、檢測鐵片、尋光。 關(guān)鍵詞：傳感器；單片機；電機驅(qū)動；電源1 概述 2.2 循跡模塊 此智能車素材來源于2003年全國大學生電子設(shè)計大賽，采用 元件：采用反射式紅外光電傳感器ST188。AT89S52單片機作為小車的控制中心，將各傳感器的信號傳至單 原理：由

2、于光線照到路面產(chǎn)生反射，且黑色與白色反射系數(shù)不片機分析處理，從而控制L293D電機驅(qū)動，控制小車和數(shù)碼顯示管 同，可以根據(jù)傳感器接收到的光判斷車是否超出黑線。ST188電路的顯示和蜂鳴器鳴叫。利用紅外傳感器檢測黑線，接近式開關(guān)傳感 檢測到黑色或白色的時候可以產(chǎn)生高低電平信號的變化，并將信器檢測薄鐵片，集成紅外線傳感器即光電開關(guān)進行避障。此車不僅 號送至單片機，從而控制左右電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)小車沿黑線運動。是往屆全國大學生電子設(shè)計大賽題目，而且與“飛思卡爾”全國智 ST188原理：一體化紅外發(fā)射接收IRT中的發(fā)射二極管導通，能車大賽光電組命題雷同，可見其意義不同之處！2003年電子競賽 發(fā)出紅外光線

3、反射到光敏接收管上，使光敏接收管的集電極發(fā)射跑道示意圖：小車從起跑線開始啟動，循黑跡經(jīng)過直道區(qū)，并且檢 極間電阻變小，輸入端電平變低，輸出端為高電平，9013導通，集電測相應的鐵片（方框代表），發(fā)出聲光；然后進入BC彎道區(qū)，在C 極為低電平，輸入單片機。點檢測鐵片停留5s，同時聲光顯示；此后啟動避障，尋找車庫中的 當檢測到黑色條紋時，反射到IRT中接收管上的光減少，接收燈光，進入車庫，并且停放。如圖1所示。 管的集電極與發(fā)射極間電阻變大，9013截止，集電極C為高電平， 將此信號輸入到單片機中進行判斷。 1m 1m 2m 根據(jù)實際情況，我們做了如下的改進：1）在發(fā)光二極管的正 m 障 cm 3

4、 m 5 極部分，接入可調(diào)電位器，可以通過對該端電壓的控制來調(diào)節(jié)傳感 . c礙 0.2m 0 0 5物 C 車庫 1 器的敏感度；（2）在電路的輸出端再加一個施密特電路整形；3）在 4m . cm 0.4m 2 三極管的基集B和發(fā)射極E接一個電容，減少電路中的“毛刺”，增光源 5m 1 . 障礙區(qū) R=0.8m 4 O m 加其抗干擾能力。 2cm 2 5cm 5cm停車區(qū) 障 5cm 2.3 鐵片檢測模塊 礙 彎道區(qū) 物 該模塊采用LJ12A34ZBY接近開關(guān)檢測鐵片，該傳感器是 cm 2 5 m 12.5cm c 一種集成元件，具有穩(wěn)定性好、外圍電路簡單的優(yōu)點。當傳感器的 m 2 15cm

5、 .4 0 直道區(qū) mB 12.5cm c 探測頭檢測到金屬時會向單片機送出一個高電平，單片機根據(jù)這 5 0.4m 引導線 2.3m 1.2m 個高電平來驅(qū)動數(shù)碼管顯示計數(shù)；采用74LS373鎖存器驅(qū)動數(shù)碼 起跑線 管，單片機將檢測到鐵片后的計數(shù)脈沖輸入鎖存，讓數(shù)碼管顯示計數(shù)。 圖1 全國大學生電子設(shè)計大賽跑道示意圖 2.4 聲光指示模塊2 整個車體模塊化 在正常運行時LED為發(fā)光狀態(tài)，由于鐵片檢測模塊檢測到第 四片時會停車，此時LED滅，5s后再次運行，LED亮；檢測到一片 全電路有中央單片機控制模塊、電機驅(qū)動模塊和傳感器模塊 鐵片時，傳感器輸出一個高電平到單片機，單片機發(fā)出一個信號到（包括

6、尋跡電路，金屬探測，避障電路以及光源檢測等）、聲光顯示 蜂鳴器，蜂鳴器發(fā)聲。模塊、電源模塊。硬件總的關(guān)系如圖2所示。 2.5 尋光模塊 鐵片探測 采用光敏二極管作為光源探測模塊的傳感器，由于光敏二極 傳感器 AT89S52 管感光后，內(nèi)阻有較大的變化，通過一定的電路轉(zhuǎn)化為電壓的變 單片機 蜂鳴器 化。采用LM393比較器對5個二極管的輸出電壓進行比較，光敏 循跡傳感器 二極管引起的電壓變化送到比較器的反相端與基準信號進行比 避障傳感器 電機驅(qū)動 電源模塊 較，將結(jié)果輸入到單片機執(zhí)行判斷。 尋光傳感器 LED光源顯示 改進措施：由于光線不穩(wěn)定，用5個分布呈圓弧型光敏二極管 圖2 硬件總的關(guān)系圖

7、進行尋光，而且用黑膠帶包住，否則外界影響很大！尋到光的一個2.1 電機驅(qū)動模塊 將輸出一個信號到單片機，以此來控制車的轉(zhuǎn)向。如圖3所示。 電機采用的是小車自帶的直流電機，使用較為方便，用L293D 基于LM393的尋光電壓比較電路：LM393的二號管腳為基準驅(qū)動。采用數(shù)字電位器調(diào)整電動機的分壓，從而達到調(diào)速的目的。 電壓輸入端，將需要進行比較的電壓輸入到三號管腳，如果比基準但是一般小電機的阻抗很小，但電流很大，分壓會降低效率而且很 電壓的值大，則一號管腳輸出為高電平，反之為低電平。難實現(xiàn)；293的8號管腳輸入一定的電平值，可以調(diào)整作用于電機 2.6 避障模塊兩端電壓使電機保持在合適的速度范圍；

8、單片機通過控制293使 采用一對集成紅外線傳感器即光電開關(guān)置于小車兩端，選用能端電平的高低，來實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)動與否，實現(xiàn)小車的前進或轉(zhuǎn) 集光電開關(guān)的原因是其靈敏度高，較穩(wěn)定，且外圍電路比較簡單；向。直流電機變向原理：如左轉(zhuǎn)則左輪不動，右輪轉(zhuǎn)；如右轉(zhuǎn)，相反； 紅外光電開關(guān)有3根引線，2根接電源，1根為輸出，初始狀態(tài)下為直行則左右輪都轉(zhuǎn)。但293芯片容易發(fā)熱的問題很難解決。 高電平，檢測到障礙物時變?yōu)榈碗娖?，將其信號輸入單片機可對小192 LilunChuangxin理論創(chuàng)新 成圓弧型，并且 黑膠帶包住，以 免受到外界環(huán) 境的影響。 圖4 PCB3D圖 圖3 光敏二極管分布圖 的電阻電容參數(shù)。車電機

9、進行控制。 其次分別調(diào)試各個硬件模塊，將調(diào)試出的各個電路模塊綜合 電源模塊 起來。因為容易出現(xiàn)干擾情況，最好采取“逐步綜合”方法：將一個2.7 電源模塊分為2部分：一部分為芯片電源模塊，提供5V電壓 模塊綜合后調(diào)試成功再綜合另外一個，這樣更能邏輯地分析出綜驅(qū)動芯片；另一部分為電機驅(qū)動模塊，提供較高的功率通過L293D 合時哪個模塊出現(xiàn)了問題。來驅(qū)動電機。 然后在制作PCB圖的時候，必須封裝準確，否則在焊接時可 電機驅(qū)動電源：由于小車自帶5V的直流充電電池，用該電池 能焊接不上，即使一個小小的問題也可造成整個板子的浪費。提供電源給293芯片，一般該電池為400mAh的鎳電池，功率大， 最后在寫程

10、序的時候，最好也先寫好各個模塊的子程序，然后比較穩(wěn)定耐用，可充電更加經(jīng)濟，且穩(wěn)定性較好，使用更為方便。 逐步綜合成總的程序，原因類似模塊綜合原因。如有必要，請用 芯片驅(qū)動電源：由于功率要求不大，但是穩(wěn)定性要高，所以用 protues軟件，進行單片機仿真，避免了軟件調(diào)試時拔插單片機燒制6V的穩(wěn)壓電路帶動（已經(jīng)考慮了壓降，當然每個電子器件的壓降 的麻煩。不同，需要根據(jù)自己的電路，做調(diào)試）。2.8 單片機控制模塊 參考文獻 利用Protel99SE生成以單片機為中心的PCB3D圖，如圖4 郭惠，吳迅編著單片機語言程序設(shè)計完全自學手冊電子工業(yè)所示，單片機1、2號管腳接尋跡電路的兩個輸出端；3號管腳接鐵

11、 出版社，片檢測電路的輸出端；4、5號管腳接避障電路輸出端；21、22、23、24 周潤景，郝曉霞傳感器與檢測技術(shù)電子工業(yè)出版社，號接光源檢測電路的輸出；利用KeiluVision3，進行C語言編程，并燒進單片機。 收稿日期：201002223 總結(jié)與經(jīng)驗 作者簡介：姚培（1988），男，江蘇南通人，就讀于西南交通大學機 首先要選擇合適的電路，且要不斷調(diào)試。因為在實際制作過程 械學院，研究方向：交通設(shè)備信息工程。中，由于傳感器對外界反應的靈敏性不同，需要在穩(wěn)定電路的基礎(chǔ) 張李堅（1989），男，江蘇南通人，就讀于西南交通大學土木學院，上，根據(jù)環(huán)境（燈光和障礙遠近以及光線明亮程度等）調(diào)試出合適

12、研究方向：地質(zhì)工程。（上接第191頁）最大獎勵電費的0.95。 在，同時也是企業(yè)不可推卸的社會責任和使命。本文從工廠供電系 首先，對于機輛段采取低壓分散補償?shù)姆椒?，補償電容器的大 統(tǒng)電能損耗的幾個方面進行了分析，就如何降低電能損耗，提高工小計算如下： 廠供電系統(tǒng)的利用率，并結(jié)合本單位的具體情況進行了闡述，事實 變壓器效率按照為0.8計算，400kVA的變壓器可帶負荷為 證明本文提出的方法是可行的。400×0.8360kW，當功率因數(shù)從0.7提高到0.95時，每kW功率需補償電容量為0.691kvar。 參考文獻 因此，400kVA的變壓器需要補償?shù)碾娙萜鳛?.691×360 吳斌無功補償對低壓電網(wǎng)功率因數(shù)的影響山西冶金，249kvar。 （）： 其次，對于工電段100kVA變壓器按照供電部門變壓器功率 薛世華淺析電力系統(tǒng)低壓電網(wǎng)無功補償?shù)膯栴}機電信息，大于或等于100kVA就必要安裝無功補償從而提高變壓器的使用 （）：效益的規(guī)定，依照相同的計算方法得到需要補償電容器的容量為： 陶淑嫻農(nóng)村電網(wǎng)無功補償探討云南電力技術(shù)，（）：0.691×0.8×10055kvar。 最后，對于車務段采取低壓分散補償和調(diào)整變壓器運行方式 盧賢成工廠供電系統(tǒng)功率因數(shù)就地補償?shù)睦碚撆c實踐有色相結(jié)合的辦法進行節(jié)能改造。對于2臺100kVA的變壓器分別補 冶金節(jié)