《张宝勤 智能循迹小车》由会员分享，可在线阅读，更多相关《张宝勤 智能循迹小车（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、安徽三联学院学年论文智能循迹小车The controlling with the smart tracking car专 业：姓 名：学 号：0902228指导老师：2011 年 12 月 24 日信息与通信技术系【摘要】STC89C52单片机控制，由红外发射对管组成的寻迹模块电路和红外避 障传感器的避障电路采集道路情况，通过此电路输送给单片机不同的高低电压信 号，控制两个直流减速电机进而控制小车车轮的转动，最终实现小车的寻迹和避 障功能。【 Abstract 】 The car is controlled by the microcontroller STC89C52 by infrared
2、 emission tracing of the tubes of the circuit module and infrared sensors for obstacle avoidance obstacle avoidance acquisition circuit road conditions, this circuit is fed to the microcontroller through the different level of voltage signal to control two DC gear motors then control the caru0026#39
3、;s wheels turning, and ultimately the car tracing and obstacle avoidance capabilities.【关键词】 STC89C52 单片机 红外发射对管 红外避障传感器 直流减速电机 【 Keywords】 STC89C52 SCMInfrared emission of the tubeIR obstacle avoidance sensors DC Gear Motor目录第一章 绪论1第二章 设计要求12.1 基本要求12.1.1 控制小车走正方形运动12.1.2 能沿直线和沿弧线寻迹行驶，遇停止标志自动停止。 12.
4、1.3 能在设定的迷宫中自动走出迷宫12.2 扩展功能：12.2.1 能显示行驶距离12.2.2 有避障功能1第三章 设计的作用、目的13.1 系统的概述13.2 小车控制及驱动单元的选择23.3 小车循迹的原理23.3.1 红外探头的制作23.3.2 红外探头的安装33.3.3 软件控制33.4选择与分析43.4.1 寻迹的实现单元电路设计43.4.2 驱动电机及车型的选择43.4.3 电路的安装与调试43.4.4 测试仪器：示波器，电源，万用表43.4.5 寻迹采集模块测试：4第四章 总结5参考文献6第一章绪论目前，智能车领域的研究已经能够在具有一定标记的道路上为司机提供辅助驾驶系统甚 至
5、实现无人驾驶。这些智能车的设计通常依靠特定道路标记完成识别，通过推理判断模仿人 工驾驶进行操作。这次介绍了车辆跟随红外光和黑色胶带的方法，如此一来可完成车辆沿以 定路线（黑胶带提供）和未定路线（可移动的红外光源提供）的自动追踪和行驶，从而实现 车辆的无人化和智能化。在以往的学习中，我也参与了一些项目的设计和开发，其中包括小车的寻迹（2007 全 国大学生电子设计竞赛）和寻光（SRTP共享项目），所以本文所提到的方法都是经过试验可行的成熟方法，这次由于时间和经费关系虽然没有做成最终的实物，但就其方案可行性来讲，是绝对没有问题的。第二章 设计要求2.1 基本要求2.1.1 控制小车走正方形运动2.
6、1.2 能沿直线和沿弧线寻迹行驶，遇停止标志自动停止2.1.3 能在设定的迷宫中自动走出迷宫2.2 扩展功能：2.2.1 能显示行驶距离设计的作用、目的2.2.2 有避障功能第三章3.1 系统的概述循迹控制系统的原理是在轮胎打滑时，包括了起跑 过弯下雨天等等的情 况，利用各式各样的方法来降低扭力的输出，让轮胎重新狁得抓地力，进而让车 手能够控制赛车，将动力发挥到极限，并增加赛车速度。而降彽扭力的方法有油 门的控制点火延迟或是关掉数个气缸的点火或供油系统。由于传动轮在加速时超过50g，所以降彽惯性秘所需的反应要非常快速，但 是利压子油门控制需要 30 毫秒，反应时间不够快：延迟点火又有耐用的问题
7、： 因此现行的循迹系统是利用装置在轮胎处的感应器来侦测轮胎状况，当轮胎打滑 时电脑就会降彽引擎输出功率，通常是数个汽缸不点火，或是在供油程式下功夫， 让轮胎停止打滑，以降彽车辆因为轮胎打滑所造成的失控状况，进而增加赛车的 速度。不过现在的循迹控制系统可不是那产简单，随着电子技术的进步，现在的电 脑可以做出较过去更顺畅的循迹系统，保持在最大靡擦力的边缓，得到最佳的引 擎动力运用，以最近Coulthard对这项系统所做的评论为例，他说：循迹控制不 止有在慢速弯道中有帮助，在高速弯中也有所助益，系统不只会在打滑的时候做 出补偿的动作，就当车辆正开始滑的时就会出现，过去要以时速120MPH半油门 方式
8、过的弯，搭载循迹系统之后，可以125MPH全油门方式通过设计的具体实现。3.2小车控制及驱动单元的选择此部分是整个小车的大脑，是整个小车运行的核心部件，起着控制小车所有 运行状态的作用。通常选用单片机作为小车的核心控制单元，本文以台湾凌阳公 司的 SPCE061A 单片机为例予以介绍。 SPCE061 是一款拥有 2K RAM、32KFlash、 32个I/O 口，并集成了 AD/DA功能强大的16位微处理器，它还拥有丰富的语 音处理功能，为小车的功能扩展提供了相当大的空间。只要按照该单片机的要求 对其编制程 序就可以实现很多不同的功能。小车驱动电机一般利用现成的玩具小车上的配套直流电机。考虑
9、到小车必须 能够前进、倒退、停止，并能灵活转向，在左右两轮各装一个电机分别进行驱动。 当左轮 电机转速高于右轮电机转速时小车向右转，反之则向左转。为了能控制 车轮的转速，可以采取PWM调速法，即由单片机的IOB8、IOB9输出一系列频率 固定 的方波，再通过功率放大来驱动电机，在单片机中编程改变输出方波的占 空比就可以改变加到电机上的平均电压，从而可以改变电机的转速。左右轮两个 电机转速的 配合就可以实现小车的前进、倒退、转弯等功能。3.3 小车循迹的原理这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，通常采取的方法是红外探测 法。红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特
10、点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时 发生漫反 射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸 收，小车上的接收管接收不到红外光。单片机就是否收到反射回来的红外光为依 据来确定黑线的 位置和小车的行走路线。红外探测器探测距离有限，一般最大 不应超过15cm。对于发射和接收红外线的红外探头，可以自己制作或直接采用 集成式红外探头。3.3.1 红外探头的制作自制红外探头电路如图1所示，红外光的发送接收选用型号为ST168的对管。 当小车在白色地面行驶时，装在车下的红外发射管发射红外线信号， 经白色反 射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信号，那么图中
11、光敏三极管将导通，比 较器输出为低电平；当小车行驶到黑色引导线时，红外线信号被黑色吸收 后， 光敏三极管截止，比较器输出高电平，从而实现了通过红外线检测信号的功能。 将检测到的信号送到单片机I/O 口，当I/O 口检测到的信号为高电平时，表明 红外光被地上的黑色引导线吸收了，表明小车处在黑色的引导线上；同理，当 I/O 口检测到的信号为低电平时，表明小车行驶在白色地面上。此种方法简单， 价 格便宜，灵敏度可调，但是容易受到周围环境的影响，特别是在图 1 较强的 日光灯下，对检测到的信号有一定的影响。集成式红外探头可以采用型号为 E3FDS10C4 集成断续式光电开关探测器， 它具有简单、可靠的
12、工作性能，只要调节探头上的一个旋钮就可以 控制探头的 灵敏度。该探头输出端只有三根线（电源线、地线、信号线），只要将信号线接 在单片机的 I/O 口，然后不停地对该 I/O 口进行扫描检测，当其为高 电平时则 检测到白纸，当为低电平时则检测到黑线。此种探头还能有效地防止普通光源（如 日光灯等）的干扰。其缺点则是体积比较大，占用了小车有限的空间。3.3.2 红外探头的安装在小车具体的循迹行走过程中，为了能精确测定黑线位置并确定小车行走的 方向，需要同时在底盘装设4 个红外探测头，进行两级方向纠正控制，提高其循 迹的可靠 性。这 4 个红外探头的具体位置如图2 所示。图中循迹传感器共安装 4 个，
13、全部在一条直线上。其中 InfraredMR 与 InfraredML 为第一级方向控制传 感器，InfraredSR与InfraredSL为第二级方向控制传感器。小车行走时，始 终保持黑线（如图 2 中所示的行走轨迹黑线）在 InfraredMR 和 InfraredML 这 两个第一级传感器之间，当小车偏离黑线时，第一级探测器一旦探测到有黑线， 单片机 就会按照预先编定的程序发送指令给小车的控 制系统，控制系统再对小 车路径予以纠正。若小车回到了轨道上，即 4 个探测器都只检测到白纸，则小车 会继续行走；若小车由于惯性过大依旧偏离轨道，越出了第 一级两个探测器的 探测范围，这时第二级动作，
14、再次对小车的运动进行纠正，使之回到正确轨道上 去。可以看出，第二级方向探测器实际是第一级的后备保护，从而 提高了小车 循迹的可靠性。F72VR轨迹ntiarcdSE 池崗弟_ 一峨探&株hnimjedMK二向平複样空器:CnirarQiiMI-（止直苯一熾杞话器3.3.3 软件控制其程序控制,小车进入循迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接的单片 机 I/O 口，一旦检测到某个 I/O 口有信号，即进入判断处理程序 （ switch ） , 先确定4个探测器中的哪一个探测到了黑线，如果InfraredML（左面第一级传感 器）或者InfraredSL（左面第二级传感 器）探测到黑线，即小车左半
15、部分压到黑 线，车身向右偏出，此时应使小车向左转；如果是InfraredMR（右面第一级传感 器）或InfraredSR（右面第二级传感器）探测到了黑线，即车身右半部压住黑线， 小车向左偏出了轨迹，则应使小车向右转。在经过了方向调整后，小车 再继续 向前行走，并继续探测黑线重复上述动作。由于第二级方向控制为第一级的后备，则两个等级间的转向力度必须相互配 合。第二级通常是在超出第一级的控制范围的情况下发生作用，它也是最后一层 保护，所 以它必须要保证小车回到正确轨迹上来，则通常使第二级转向力度大 于第一级，即 level2level1（level1、level2 为小车转向力 度，其大小通过改 变单片机输出的占空比的大小来改变），具体数值在实地实验中得到。3.4 选择与分析详细介绍各单元电路的选择、设计及工作原理分析、仿真，并介绍有关参数 的计算及元器件参数的选择等。3.4.1 寻迹的实现单元电路设计 小车在前进时，要实现寻迹功能，可以采用高灵敏度的反射式光电传感器TCRT5000 对地面进行扫描，再将采集到的数据经过比较器后输出高低电平，最 后送入单片机处理。经过对一只 TCRT5000 的测试，发现 TCRT5000 接收管输出 端的低电平输出大致为0.78V,高电平的输出大致为2.85V,经过比较器后输出低 电平为0.03V,高电平为3.2
