尋軌跡的小車

硬件設(shè)計(jì) 文介紹了采用紅外反射式傳感器的自尋跡小車的設(shè)計(jì)與現(xiàn) 采用與白色地面色差很大的黑色路線引導(dǎo)小車按照既定路 線前進(jìn) 智能小車采用后輪驅(qū)動(dòng) 兩輪各用一個(gè)直流減速 電機(jī)執(zhí)行 以STC89C52單片機(jī)芯片作為控制核心 AT89S52 POWER module track module electric machine Figure 1 Hardwire total interactions 1 循跡控制模塊 單片機(jī) AT89S52 2 循跡傳感器模塊 CAR left wheel right wheel Figure 2 ST188 Distribution Plan 反射式紅外發(fā)射接收管 采用4個(gè)紅外傳感器并列在一條直線上 中間的2個(gè)紅外傳感器 一直在黑線范圍內(nèi) 外面的2個(gè)紅外傳感器一直在黑線范圍外 如 Figure 2 所示 當(dāng)紅外傳感器在黑線范圍內(nèi) 反射接收到的是高電平 在黑線范圍 外反射接收到的是低電平 CPU 接收到的信號(hào)與控制電機(jī)的動(dòng) 作如Table1所示 Table 1 left sensor1 left sebsor2right sensor1right sensor2 left elemachine right elemachine 0110 forward turning forward turning 1100 stopforward turning 0011 forward turning stop 1111 forward turning backward turning 0000 forward turning forward turning st188 R100 R10K R10K 3 1LM324 2 R10K VCC VCC VCC VCC C 探測(cè)路面黑線原理 在小車頭部并排安裝4對(duì)紅外對(duì)管 型號(hào)為 STl88 接LM324四路集成運(yùn)放電路 輸出TTL電平 與路面距 離控制在8mm左右 紅外發(fā)射管發(fā)射光線到路面 紅外光如遇到 白底則被反射 接收管接收到反射光 經(jīng)運(yùn)放電路向單片機(jī) I O口輸出低電平0 反之 當(dāng)紅外光遇到黑線被吸收 接收管 沒有接收到反射光 向單片機(jī)I 0口輸出高電平l 如圖3所示 元件 采用反射式紅外光電傳感器STl88 原理 由于光線照到路面產(chǎn)生反射 且黑色與白色反射系 數(shù)不同 可以根據(jù)傳感器接收到的光判斷車是否超出黑線 STl88電路檢測(cè)到黑色或白色的時(shí)候可以產(chǎn)生高低電平信號(hào) 的變化 并將信號(hào)送至單片機(jī) 從而控制左右電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 實(shí)現(xiàn)小車沿黑線運(yùn)動(dòng) STl88原理 一體化紅外發(fā)射接收IRT中的發(fā)射二極管導(dǎo)通 發(fā)出紅外光線反射到光敏接收管上 使光敏接收管的集電 極發(fā)射極問電阻變小 輸入端電平變低 輸出端為高電平 9013導(dǎo)通 集電極為低電平 輸入單片機(jī) 當(dāng)檢測(cè)到黑色 條紋時(shí) 反射到IRT中接收管上的光減少 接收管的集電極 與發(fā)射極問電阻變大 9013截止 集電極C為高電平 將此 信號(hào)輸入到單片機(jī)中進(jìn)行判斷 根據(jù)實(shí)際情況 我們做了 如下的改進(jìn) 1 在發(fā)光 極管的正 極部分 接入可調(diào)電位器 可以通過對(duì)該端電壓的控制來 調(diào)節(jié)傳感器的敏感度 2 在電路的輸出端再加一個(gè)施密特 電路整形 3 在三極管的基集B和發(fā)射極E接一個(gè)電容 減 少電路中的 毛刺 增加其抗干擾能力 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 LM 324 sensor1 sensor2sensor3 sensor4 V V 2傳感器分布方案 傳感器通過信號(hào)采集 向MCU提供信息 所以合理的傳感器布局 能使在相同傳感器下 獲取的信息量最大 尤其在快速行進(jìn)的 小車中 通常傳感器布局需要考慮信息檢測(cè)的準(zhǔn)確度和信息檢 測(cè)的前瞻性 目前許多小車控制傳感器的布局采用等間隔的一 字排布 非常不科學(xué) 傳感器的科學(xué)布局一般有以下幾種 方案一 一字型布局 一字型布局即所有傳感器在同一直線上 一字型布局又分為均 勻排布型與非均勻排布型 均勻排布型不利于對(duì)彎道信號(hào)采集 的準(zhǔn)確性 考慮到弧度信息采集的連貫性 非均勻排布擇采用 等角原則 即在直線垂直上方處某點(diǎn)等角的引射線與直線的交 點(diǎn)即傳感器的分布點(diǎn) 此種方法檢測(cè)連貫簡(jiǎn)單 程序控制算法 簡(jiǎn)單 使小車控制穩(wěn)定 如圖2為非均勻?qū)ΨQ分布 按等角原則 的分布圖 方案二 M型布局 M型布局即傳感器的布局成M型 M型更適合在快速彎道時(shí)對(duì)彎道 的檢測(cè) 由于傳感器不在同一直線上 故轉(zhuǎn)彎的時(shí)候邊側(cè)后部 的傳感器有較大的采樣空間 內(nèi)部前端的傳感器則對(duì)信號(hào)采集 有更好的前瞻性 M型中間底部的傳感器擇更好的確定小車的位 置 整個(gè)布局有利于在彎道處提高小車速度 但相對(duì)一字型布 局 M型布局容易產(chǎn)生不穩(wěn)定信號(hào)采集 從而產(chǎn)生信號(hào)震蕩 影 響小車行駛的穩(wěn)定性 3 電機(jī)模塊 直流電機(jī) 左右兩輪各裝一個(gè)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng) 采用 PWM 調(diào)速 由單片機(jī)兩個(gè)管腳輸出一系列頻 率固定的方波 通過功率放大驅(qū)動(dòng)電機(jī) 軟件在 程序中改變方波的占空比來改變加到電機(jī)上的平 均電壓 從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速 后輪兩個(gè)電機(jī)的 轉(zhuǎn)速配合實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn) 倒退 轉(zhuǎn)彎 4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 L293D可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電機(jī) 3 6和11 14腳之間分別接2個(gè)電動(dòng)機(jī) 2 7 lO 15腳接輸入控制電平 控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn) ENA ENB接控制使能端 控制電機(jī)停轉(zhuǎn) 單片機(jī)輸出2組PWM波 每1組PWM波用來控制1個(gè)電機(jī)的速度 另外2個(gè)I O口可以控制 電機(jī)的正反轉(zhuǎn) 控制方法與控制電路都比較簡(jiǎn)單 即2 7腳控 制第1個(gè)電機(jī)的方向 輸入的ENA控制第1個(gè)電機(jī)光電對(duì)管電壓比 較器LM393的速度 lO 15腳控制第2個(gè)電機(jī)的方向 輸入的 ENB控制第2個(gè)電機(jī)的速度 C P2 7 P2 6 P2 5 P2 4 sensor1 sensor2 sensor3 sensor4 28 27 26 25 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P1 4 P1 5 IN4 IN3 IN2 IN1 EN3 4 EN3 2 EN3 0 15 10 7 2 9 1 4 5 12 13 VCC VM OUT1 OUT2 11 14 L293D AT89S52 10V M M RST VCC XTA1 1 XTA1 2 C1 C2 0 1 UF 0 1 UF 18 19 C3 10 UF R1 8 2K R3 220 5V 9 P1 6 VCC 5 電源 5V C6 0 1 UF 7805 IN OUT GND C5 10UF C4 330UF IN4001 10V 電源模塊分為2部分 一部分為芯片電源模塊 提供5 V電壓 驅(qū)動(dòng)芯片 另一部分為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 提供較高的功率通過 L293D 來驅(qū)動(dòng)電機(jī) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源 由于小車自帶5 v的直流充電電池 用該電池提供電源給293芯片 一般該電池為400 mAh的鎳電池 功率大 比較穩(wěn)定耐用 可充電更加經(jīng)濟(jì) H穩(wěn)定性較好 使用 更為方便 芯片驅(qū)動(dòng)電源 由于功率要求不大 但是穩(wěn)定性要 高 所以用 6 V的穩(wěn)壓電路帶動(dòng) 已經(jīng)考慮了壓降 當(dāng)然每個(gè)電子器件的壓 降 不同 需要根據(jù)自己的電路 做調(diào)試 6 軟件設(shè)計(jì) 軟件部分主要完成信號(hào)的檢測(cè)和處理 直流電機(jī)的控制等 功能 四組紅外對(duì)管并排安