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1、智能小车方案摘要：本课题组设计制作了一款具有智能判断功能的小车，功能强大。小车具有以下几个功 能：自动避障功能；寻迹功能（按路面的黑色轨道行驶）；趋光功能（寻找前方的点光源并 行驶到位）；检测路面所放置的铁片的个数的功能；计算并显示所走的路程和行走的时间， 并可发声发光。作品可以作为高级智能玩具，也可以作为大学生学习嵌入式控制的强有力的 应用实例。作品以两电动机为主驱动，通过各类传感器件来采集各类信息，送入主控单元 SPCE061A 单片机，处理数据后完成相应动作，以达到自身控制。电机驱动电路采用直流电机。其中避 障采用红外线收发来完成；铁片检测部分采用霍尔传感器检测；黑带检测采用红外线接收二
2、 极管完成；趋光部分通过3路光敏二极管对光源信号的采集，再经过ADC0809转化为数字 信号送单片机处理判别方向。由控制单元处理数据后完成相应动作，实现了无人控制即可完 成一系列动作，相当于简易机器人。关键字：智能控制 红外线收发 寻迹行驶 趋光行驶蔽障超声波蔽障模块设计超声波模块是用来测距并且避障用的，我们没有选用现有的超声波模块， 而是自己根据超声波的原理，利用超声波探头和一些外围电路而搭建起超声波模 块。超声波测距的原理如下：首先超声波传感器向空气中发射声脉冲, 声波遇到被测物体反射回来,若可以测出第一个回波达到的时间与发射脉冲间的时间差t利用s =1 vt，即可算得传感器与反射点间的距
3、离s，测量距离d = s2 -（2）2，若sh时，则ds。系统中有三个超声波模块，其中每个都有接收探头与发射探头，这三个模块 分别位于小车的前、左、右处，来进行测距以达到避障的效果。对于放射探头，我们选用的是发射频率为 40KHz 的一种，该类型现在应用 较普遍，电路也比较简单，只需给发射端 40KHz 的脉冲，发射探头即不断的往 外发送超声波。对于接收探头，因为接收的超声波信号很微弱而且考虑到干扰的因素，接收 端有放大电路与滤波电路。当接收到超声波时，10 口即为高电平。若此10支持 外部中断，则可在MCU中引发中断。在我们的系统中，三个超声波模块接收端 都有外部中断功能的I0 口来确定是否
4、检测到超声波。因此通过计算测的距离障 碍物的距离然后就可以判断是否转弯。计时模块设计方案一：在需用秒脉冲时，大部分设计采用555定时器组成秒脉冲多谐振荡 器。电路图如图所示：vccr47KR22KR347KRP?GNDVccTRDISCVoTHRDVcoCB5 55十234160.01 u秒脉冲这种设计有一定的优势，只需硬件 设计好，无需软件设定，该电路即 可输出恒定的秒脉冲。但该电路功 耗较大,且只能提供简单的脉冲信 号。C110u由CB555组成的秒脉冲发生器方案二：采用由PCF8563日历时钟芯片组成的电路提供秒脉冲。该部分硬件 电路如图：由PCF8563组成的秒脉冲发生器设定好PCF8
5、563的CLK0UT输出频率控制字，即可输出所需频率的脉冲信 号，在本设计中所用频率为1Hz。单片机在该秒脉冲的作用下可实现计时、C点 停留5S等功能。并且在给PCF8563送入初始的日历信息后，PCF8563中的日历 就会自动运行，经单片机读取、处理后就可以在液晶显示器上显示当前日历。而 且该部分电路还加了掉电保护功能，在主供电系统意外断电时，即Vcc为0V时, D1截止，3.6V备用电源通过D2继续给PCF8563供电，保证8563的正常运行。因此在本系统中米用方案二。行程测量模块设计方案一：采用开关式霍尔元件将磁铁固定在小汽车的车轮上，当车轮转动时，磁铁也跟着转动，霍尔元件感 应到磁场的
6、变化时，就会产生通断效果，使单片机的定时器TO的输入端产生高低 电平的变化，从而使得TO计数小汽车车轮转的圈数,假设为N，并设车轮的周长为 L，通过S=N*L，就可以计算出小汽车在一段时间内的行程。这种测量方法的测量 数据只能是车轮周长的整数倍，误差较大。例如：小汽车的车轮半径为lcm,那 么这种测量方法的最小误差就可达到6cm方案二：采用透光式光电传感器，硬件电路如图。透光式光电传感器行程测量电路在小汽车的车轮上钻若干小孔，设小孔的 个数为n。在车轮转动时，发光二极管发 射的光被没有孔的地方遮挡时，光敏三极 管不能导通，光敏三极管的集电极输出为 高电平，经CD40106反相后，单片机定时 器
7、TO的输入端为低电平。在有小孔的地 方，发光二极管发射的光就会透过小孔照 射到光敏三极管上，使光敏三极管导通， 此时光敏三极管的集电极输出为低电平。 在经CD40106反相后，单片机定时器TO 的输入为高电平。单片机定时器TO就会 准确记录下这种高低电平的变化的次数，即通过的小孔的个数。假设为N，并设车轮的周长与方案一的相同也是L,某段 时间内的行程计算公式为：S=N*L/n，可以看到这种测量方法的最小误差为方案 一的1/n，可较为精确地测量出小汽车的行程。并且可以进行误差控制，因为孔 的个数与误差成反比，要想提高准确度只要增加小孔的个数就可以。故采用方案寻迹模块设计方案一：采用CCD单色摄像
8、头，配计算机主板及图像采集卡。对白背景下， 黑线的识别，目前做的比较成熟，效果相当好。但成本高，很难找到合适的载体。方案二：采用颜色传感器。目前颜色传感器的应用，越来越广泛，效果也可 以。但几百元的价格及相对复杂的处理电路，并且还需要光源，所以也不是一个 很好的选择。方案三：采用一左一右两个红外发射接收对管。该传感器不但价格便宜，容 易购买，而且处理电路（如图3所示），简单易行，实际使用效果很好，能很顺 利地引导小车到达C点。在该电路中，加比较器LM311的目的，是使模拟量转化为开关量，便于处理。使发射有一定的功率，发射回路要求不小于 20mA 的电流。5 一 1 7根据 I = - 20mA，故可选择Rl=150Q。R1启动时，小车跨骑在黑线上。两个红外发射接收对管，分别安装在黑线的两 侧的白色区域，输出为低电压，当走偏，位于黑线上时，输出为高电压。因黑线 较窄（2cm）,为及时调整车的方向，选择比较器的阀值为2.5v，即黑白相间的 位置，即开始调整。据网上实验表明，效果较理想图 3 红外发射接收对管处理电路
