摘要：介紹了一種智能尋跡小車(chē)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),?；诩t外反射式光電傳感器的尋跡原理，采用AT89C52單片機(jī)為核心控制器件,，通過(guò)紅外傳感器檢測(cè)路面信息,，單片機(jī)獲取路面信息后，進(jìn)行分析,、處理,，最后控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速,。實(shí)驗(yàn)表明：該系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng),、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)小車(chē)沿給定的黑線快速、平穩(wěn)行駛,。
關(guān)鍵詞：AT89C52,；反射式光電對(duì)管(RPR220)；步進(jìn)電機(jī)
智能汽車(chē)作為一種智能化的交通工具,，體現(xiàn)了車(chē)輛工程,、人工智能、自動(dòng)控制,、計(jì)算機(jī)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域理論技術(shù)的交叉和綜合,，是未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的趨勢(shì)。尋跡小車(chē)可以看作是縮小化的智能汽車(chē),，它實(shí)現(xiàn)的基本功能是沿著指定軌道自動(dòng)尋跡行駛,。目前很多尋跡小車(chē)的路徑識(shí)別方案使用CCD來(lái)實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是控制精細(xì),，前瞻距離遠(yuǎn),。但傳感器CCD價(jià)格較高、體積較大,、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜,，因此在按既定路線行走的自尋跡小車(chē)設(shè)計(jì)中，反射式光電傳感器以其體積小,、價(jià)格低,、數(shù)據(jù)處理方便顯得更有優(yōu)勢(shì)。
本文所述的智能尋跡小車(chē)采用紅外光電傳感器來(lái)識(shí)別道路中央的黑色引導(dǎo)線,，通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速,，從而實(shí)現(xiàn)小車(chē)快速穩(wěn)定的尋跡行駛。為保證小車(chē)在行駛的過(guò)程中具有良好的操縱穩(wěn)定性和平順性,，本文針對(duì)道路特點(diǎn)對(duì)小車(chē)的方向控制和速度控制,，以及傳感器的安裝都提出了較為理想的解決方案。
1 系統(tǒng)工作原理
1．1 智能小車(chē)尋跡原理
在智能車(chē)系統(tǒng)中,，尋跡電路采用紅外光電傳感器進(jìn)行檢測(cè)并且尋跡運(yùn)動(dòng),。紅外發(fā)射管發(fā)射的紅外線具有一定的方向性，當(dāng)紅外線照射到白色地面時(shí)會(huì)有較大的反射,，如果距離取值合適,，紅外接收管接收到反射回的紅外線強(qiáng)度就較大；如果紅外線照射到黑色標(biāo)志線,，黑色標(biāo)志線會(huì)吸收大部分紅外光,，紅外接收管接收到紅外線強(qiáng)度就很弱。尋跡時(shí),，引導(dǎo)線是黑顏色,，不宜反光,，當(dāng)紅外發(fā)射管輸出信號(hào)照射到黑色引導(dǎo)線上時(shí)輸出一個(gè)非常微弱的低電平，這個(gè)過(guò)程是一個(gè)負(fù)跳變過(guò)程,，通過(guò)對(duì)此信號(hào)高低電平的檢測(cè)就可以知道小車(chē)是正在沿著引導(dǎo)線行駛,，若不是沿著引導(dǎo)線行駛，單片機(jī)根據(jù)傳感器送回的信號(hào)可以判斷并驅(qū)動(dòng)電機(jī)正確轉(zhuǎn)向,，從而使小車(chē)沿著正確的軌道行駛,。本系統(tǒng)在小車(chē)的前部朝地面方向安裝了3個(gè)紅外對(duì)管，分別為左,、中和右,。本系統(tǒng)使用傳感器的型號(hào)為RPR220。
1．2 系統(tǒng)整體原理框圖
智能小車(chē)由車(chē)架,、電源,、光電傳感器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和主控制系統(tǒng)等組成,，如圖1所示,。智能車(chē)的工作過(guò)程是：3個(gè)光電傳感器探測(cè)路徑信息，并將這些信息輸入到單片機(jī)控制系統(tǒng),，單片機(jī)進(jìn)行分析,，通過(guò)控制算法對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出控制命令，驅(qū)動(dòng)2個(gè)步進(jìn)電機(jī),，使小車(chē)沿指定的黑線前進(jìn),。
智能車(chē)的主控制器采用美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52。系統(tǒng)I／O口的具體分配如下：P2．0—P2．2共3位,，用于小車(chē)前面路徑識(shí)別的輸入口,；P1．0一P1．2用于驅(qū)動(dòng)電路L297的半步／整步、正轉(zhuǎn)／反轉(zhuǎn)和剎?？刂菩盘?hào)輸出,；P3．1用于驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)鐘信號(hào)輸出。
2 路面黑線檢測(cè)電路
2．1 黑線檢測(cè)電路
黑線檢測(cè)電路共有3種方案,，分別是圖2的(a),、(b)、(c)3個(gè)圖,。圖2(a)中：RPR220光電傳感器應(yīng)用時(shí),，理想的工作狀態(tài)是輸出部分處于飽和導(dǎo)通，查閱參數(shù)得到：UCES為0．1～0．3 V,，此時(shí)IF=20 mA,，IC=0．1 mA，二極管的導(dǎo)通電壓大約為1 V,，可以計(jì)算得到：
測(cè)試數(shù)據(jù)如表1：
從表1可以看出,，黑白相差的電壓值最大時(shí),，離反射面的最佳距離為6 mm，距離的調(diào)節(jié)范圍也比較大,。然后將電路圖2(a)的輸出直接與單片機(jī)的P2．0口相連,，此時(shí),，出現(xiàn)單片機(jī)接收碼出錯(cuò),，分析得出：原因是單片機(jī)的P2．0口內(nèi)部有自己的上拉電阻，所以出現(xiàn)低電平采不回去,，為了克服此現(xiàn)象,，改用圖2(b)中，去掉電路原有的上拉電阻直接與單片機(jī)相連,，但是出現(xiàn)距離局限的問(wèn)題,，即實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：只有距離為6 mm時(shí)，效果很好,，但距離稍有波動(dòng),，單片機(jī)就不能正常工作，因此,，最后選用電路圖2(c),，在圖2(a)的基礎(chǔ)上輸出端加一個(gè)非門(mén)再接到單片機(jī)。經(jīng)過(guò)測(cè)試得到：此電路應(yīng)用時(shí),，光電管距反射面的距離調(diào)節(jié)范圍比較大,，能夠滿足系統(tǒng)的要求。
