紅外反射式傳感器的自尋跡小車的設(shè)計

1、154大學生實驗園地實驗科學與技術(shù)2007年10月紅外反射式傳感器的自尋跡小車的設(shè)計劉群33,鄭丹瑩,劉鳴(天津大學精密儀器與光電子工程學院,天津300072)3摘要:介紹了采用紅外反射式傳感器的自尋跡小車的設(shè)計與實現(xiàn)。采用與白色地面色差很大的黑色路線引導小車按照既定路線前進,并能在意外偏離引導線的情況下自動回位。以凌陽SPCE061A單片機作為控制核心,PWM方式實現(xiàn)電機調(diào)速。該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于無人生產(chǎn)線,自動巡邏等領(lǐng)域。關(guān)鍵詞:尋跡;紅外反射式傳感器;PWM方式中圖分類號:TP242文獻標識碼:A文章編號:1672-4550(2007)05-0154-03DesignofAuto-sear

2、chingCarwithReflectedInfraredSensorsLIUQun,ZHENGDan2ying,LIUMing(CollegeofPrecisionInstrumentandOpto-electronicsEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)Abstract:Adesignofauto-searchingfortrackcarwithreflectedinfraredsensor1reflectedrayfromthewhitegroundwithablackguidingline,thecarcanmoveal

3、ongthegiven1movebacktotheguidinglinewhenturningaside1Theauto-searchingcar-thePWMmethodtomodulatetherotationalspeedofthemotcanbesuchasunmannedproducinglines,auto2maticcruiseandso1Keywords:auto-ors;PWM1引言機器人自誕生以來,在社會生活各領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。隨著研究的深入,機器視覺已成為機器人領(lǐng)域研究的一大熱點。利用CCD傳感器進行自動導航的機器人已得到初步應(yīng)用。但CCD傳感器價格較高,體積較大,數(shù)

4、據(jù)處理復雜,因此在按路面畫好的既定路線行走的自尋跡機器人設(shè)計中,紅外反射式傳感器以其體積小,價格低,數(shù)據(jù)處理方便而顯得更有優(yōu)勢。本裝置即采用該傳感器,成功實現(xiàn)了小車的自動行走和意外處理。反光性差別較大的兩種顏色(如黑白兩色)的識別。由于市售紅外反射式傳感器并沒有統(tǒng)一的型號,也沒有相關(guān)的技術(shù)參數(shù),因此相關(guān)參數(shù)需用試驗確定,本文使用的型號為JX-359F044W的紅外反射式光耦,其外形如圖所示1。實驗測定電路如圖2。經(jīng)測定,當給紅外發(fā)射管串接620電阻,加+5V直流電壓,在距離接受管5cm內(nèi)放置白色光屏時,光電二極管電流有明顯增大。2傳感器選擇與參數(shù)測定紅外反射式傳感器由1個紅外發(fā)射管(發(fā)射器)和

5、1個光電二極管(接收器)構(gòu)成。紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光在遇到反光性較強的物體(表面為白色或近白色)后被折回,被光電二極管接收到,引起光電二極管光生電流的增大。將這個變化轉(zhuǎn)為電壓信號,就可以被處理器接受并處理,進而實現(xiàn)對收稿日期:2007-03-21;修改日期:2007-04-2433作者簡介:劉群(1985-),男,本科生,專業(yè)方向:光電子科學與技術(shù)。3圖1收發(fā)管外形第5卷第5期ExperimentScience&Technology155“1、0”和“0、1”時,相對應(yīng)的電機分別正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn);當兩個input管腳接入信號為“1、1”和“0、0”時,相應(yīng)電機停轉(zhuǎn)。Enable使能端為高電平

6、時,相應(yīng)輸入端口信號有效;反之,則輸入信號無效。在enable端接入方波信號,通過調(diào)整方波信號的占空比,可實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的控制。圖2參數(shù)測試電路3傳感器電路設(shè)計由于所采用的紅外反射式傳感器屬于接近式傳感器,其光電二極管光生電流隨所受到的反射光的強度而連續(xù)變化,因而會引起其兩端電壓的連續(xù)變化。因此,若直接把這個電平信號供給單片機,容易產(chǎn)生誤讀情況,所以選擇圖3所示電路。用電位器產(chǎn)生一個基準電平,當光電二極管的光生電流超過某一值時,運放的正向輸入端電平高于基準電平,這時運放的輸出電平發(fā)生跳變,單片機處理。,平為3156V。圖45SPCE061A單片機SPCE061A是一款16位具有DSP功能的開發(fā)

7、型單片機,具有32個可獨立編程的IO口,14個中斷源,兩個定時器等豐富的硬件資源。本次試驗從IOA口讀取傳感器數(shù)據(jù),經(jīng)單片機處理后從IOB口輸出,控制小車的行進,具體連接圖略。A0A2口接3個開關(guān),用于對整個系統(tǒng)的啟動與停止進行控制,也作為以后功能擴展使用。A3A5口分別連接三個紅外反射傳感器的輸出信號,3個傳感器的安裝方式如圖5。讀入信號后即可判斷小車當前的行駛狀態(tài),具體流程如圖6所示。圖3傳感器電路圖4電機驅(qū)動電路設(shè)計小車為差動式履帶車,左右兩側(cè)的電機分別由電機驅(qū)動芯片L298N來驅(qū)動。L298N是一種內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器,可分別獨立驅(qū)動兩個直流電機。L298N的信號輸入

8、端和使能端接收到來自單片機的信號,控制電機的通斷以及正、反轉(zhuǎn),還可以通過向使能端輸入不同占空比的方波信號來調(diào)整電機轉(zhuǎn)速(PWM方式)。L298N的最大驅(qū)動電流為1A,其具體管腳排布如圖4所示。其中,input端口接入控制信號,output端口接電機的兩端,enable接使能信號。當input1和input2接入信號為圖5傳感器的安裝為了進一步提高系統(tǒng)的安全性和可靠性,還需增加異常處理算法。可能出現(xiàn)的異常有:當彎道半徑過小時,小車可能沖出引導線;人為破壞導致小車偏離引導線等。出現(xiàn)這些異常的共性是3個傳感器都輸出1,即A3A5口為111,小車檢測不到黑156實驗科學與技術(shù)2007年10月就可以判斷

9、小車是從哪一邊偏離引導線。一般這種偏離不會太遠,可以調(diào)用相應(yīng)的原地轉(zhuǎn)向程序使小車重新找到引導線,恢復正常行走。6結(jié)束語本文給出了自動尋跡小車設(shè)計的全過程。經(jīng)試驗驗證,該小車運行穩(wěn)定,能適應(yīng)大多數(shù)彎角,并能在偏離引導線時自動找回,成功率在95以上。這為進一步研究機器人自動行走技術(shù)提供了很大借鑒作用。該裝置可廣泛應(yīng)用于無人生產(chǎn)線,自動巡邏等領(lǐng)域。參考文獻圖6程序流程圖1羅亞非,凌陽116位單片機應(yīng)用基礎(chǔ)M1北京:北線,無法繼續(xù)行走。為處理這些異常情況,需對圖7算法進行些調(diào)整:在每次讀取A3A5的值之前,將上一次的A3A5的值存入1個寄存器。當出現(xiàn)異常,即A3A5為111時,立刻查詢上一次的值,(上

10、接第91頁)京航空航天大學出版社,200312吳建平,殷戰(zhàn)國,曹思榕,等1紅外反射式傳感器在J1中國測試技術(shù),2004():21-,認可,施,(2)拓展辦學渠道,爭取社會支持。廣開辦學渠道,爭取企業(yè)、民間社團、經(jīng)濟實體等的支持,可以采用聯(lián)合辦學、人才定向培養(yǎng)等方式,以爭取資金支持,改善辦學設(shè)施。(3)走出去和請進來。走出去就是改變關(guān)門辦學、封閉實習的教學模式,搞好校企聯(lián)合,組建校外實訓基地,利用企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備,把實習課堂開設(shè)到企業(yè)的生產(chǎn)第一線。例如內(nèi)蒙古包頭職業(yè)技術(shù)學院數(shù)控技術(shù)專業(yè)把校外實訓基地辦到了浙江余姚的企業(yè),在余姚實習的學生完成實習任務(wù)后,基本上在當?shù)鼐蜆I(yè),而且很快成為生產(chǎn)骨干,收到極好

11、的效果。請進來即把企業(yè)優(yōu)秀的技術(shù)工人和工程技術(shù)人員請到學校,定期或不定期給學生上課,也可以長期聘為實習指導老師。這樣可以把他們的經(jīng)驗和企業(yè)的職業(yè)知識傳遞給學生。412師資策略對具備一定理論知識,又具備較強的實踐操作技能的雙師型教師的培養(yǎng)是師資隊伍建設(shè)的關(guān)鍵。雙師型教師的培養(yǎng)途徑可以采用送教師到企業(yè)學習和從企業(yè)引進具有教學潛質(zhì)的工程技術(shù)人員等方式,后者對實踐教學的開展和對理論知識的提升往。其次從企業(yè)聘請有經(jīng)驗的技,學校組織對他們進行理論培訓后擔當實習指導教師也是一種值得提倡的方法。413教學方法策略教學方法的制定和實施因?qū)W校而異。設(shè)備條件好、設(shè)備數(shù)量較多、師資力量雄厚的學校,應(yīng)打破理論和實踐教學“捆綁”的界限,組織小班進行實踐教學,根據(jù)設(shè)備數(shù)量,每班20人左右。設(shè)備條件次之的學校也應(yīng)該打破理論和實踐教學的界限,做好教學計劃安排,采用流水教學實習方式,把實習時間延長到課外甚至周末,以保證每個學生都有上機床操作的時間。設(shè)備條件特差的學?？梢耘鋫鋽?shù)控仿真軟件(如上海宇龍、北京VNUC),以教學班為單位開展仿真軟件操作實踐教學,在教學的同時利