基于单片机控制的简易自动寻迹小车设计

宁慧慧,余红英

(中北大学信息与通信工程学院󰀁山西省太原市󰀁030051)

摘󰀁要:本文介绍了一种基于单片机控制的简易自动寻迹小车设计,包括小车系统构成软硬件设计方法。该小车以ATC51为控制核心,利用红外光电传感器对前方障碍物信息及路面信息进行采集,并将障碍物检测信号和路面检测信号反馈给单片机。单片机对采集到的信号予以分析判断,及时控制驱动电机以调整小车转向,从而使小车能够沿着黑色导引带自动行驶,实现小车自动寻迹的目的。该技术可以应用于无人驾驶机动车,无人工厂、仓库、服务机器人等领域。

关键词:红外光电传感器;单片机;自动寻迹中图分类号:TP2󰀁󰀁文献标识码:A

Simpledesignofasmartauto󰀁trackingvehiclebasedonMSCcontrol

NingHuihui,YuHongying

󰀁󰀁

(InformationandCommunicationEngineeringCollegeNorthUniversityofChinaShanxi030051,China)

Abstract:ASimpleDesignofasmartauto󰀁trackingvehiclebasedonMSCcontrolisintroducedinthispaper.Theconstructionofthecar,andmethodsofhardwareandsoftwaredesignarein󰀁cluded.ThecaruseATC51astheheartofcentrolinthissystem.Byusinginfraredsensorstodetecttheinformationofobstaclesinfrontandthetrace,thesmartvehicleacquirestheinforma󰀁tionandsendsthemtotheMSC.ThentheMSCanalyzesthesignalsandcontrolsthemove󰀁mentsofthemotors.Whichmakethesmartvehiclemovealongthegivenblacklineantomatic󰀁ly.Thetechnologycanbeappliedtounmannedaerialvehicles,unmannedfactories,warehou󰀁ses,servicerobotsandotherfields.

Keywords:infraredsensor;MSC;auto󰀁tracking

能也越来越强大。本设计基于单片机技术,实时采集传感器信号,智能分析外部环境、路径信息,自动实现方向控制,采用红外光电传感器进行路径

单片机技术作为自动控制技术的核心之一,被广泛应用于工业控制、智能仪器、机电产品、家用电

器等领域。随着微电子技术的迅速发展,单片机功

识别,可以识别白色场地中的任意黑色带状引线,使小车沿黑色导引线自动行驶。

0󰀁引󰀁󰀁言

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示)。

ApplicationofMCU&PLD

1󰀁系统总体设计思想及框图

整个系统基于玩具小车的机械结构,并利用了小车的底盘、左右轮电机,能够平稳跟踪路面黑色轨迹运行。

小车控制系统总体结构如图1所示。以ATC51单片机为控制核心,主要由电源模块、寻迹检测模块、避障检测模块、直流电机驱动模块等功能模块组成。首先利用光电传感器对路面信号进行检测,经过比较器处理后,送给单片机进行实时控制,单片机输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动,从而控制整个小车的运动。

二极管的C端和三极管的E端接地,二极管的A端通过一电阻和电源相接,组成偏置电流电路;三极管的C端也通过一电阻和电源相接,组成输出电路。当检测器检测到白色时,其输出低电平;当检测到黑色时,则输出高电平。为提高检测精度,采用了多传感器信息融合技术。设计中,在车体的左、中、右分别装有4个红外线光电传感器,采用4个红外传感器并列在一条直线上,中间的2个红外传感器一直在黑线范围内,外面的2个红外传感器一直在黑线范围外,如图3所示。

图1󰀁自动寻迹小车控制系统框图

2󰀁硬件电路设计

2.1󰀁系统电源供电

由于系统CPU、小车电机、传感器及其他部分均采用+5V供电,考虑小车功率和摩擦阻力问题,电源采用小车自带干电池组,功耗小、体积小和质量轻,安装较为方便。

2.2󰀁寻迹检测电路

根据白线和黑线反射系数不同,通过以光电传感器为核心的光电检测电路将路面两种颜色进行区分,转化为不同电平信号,将此电平信号送单片机,由单片机控制转向电机做相应的转向,保证小车沿引导线行驶。考虑到小车与路面的相对位置,采用反射式光电检测电路。

红外光电传感器TCRT1000,它是一种光电子扫描,光电二极管发射,三极管接收并输出的装置,它的特点是尺寸小、使用方便、信号高输出、工作状态受温度影响小。它的外围电路简单(如图2所40

当红外传感器在黑线范围内,反射接收到的是高电平,在黑线范围外反射接收到的是低电

平。当小车左边的传感器检测到黑线的边界时,主控芯片控制电机使左轮减速,小车向左修正;当右边的传感器检测到黑线时,主控芯片控制电机右轮减速,小车向右修正;中间的传感器起附带修正的作用,当黑线偏离小车中间时,中间的传感器也开始修正,从而使小车沿着黑色轨道行

微处理器及可编程器件应用

走,中间传感器的作用可减少控制电路频繁的修正。

2.3󰀁红外避障检测电路

采用E18󰀁D80NK红外避障传感器,这是一种集发射和接收于一体的光电传感器,主要用于障碍物的检测,对障碍物的感应距离可以根据要求通过后部旋钮进行调节。该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点,可广泛应用于机器人避障,流水线计件等众多场合。

将两个红外传感器安装在小车前方的两侧,在小车工作时,两个传感器始终向外发射红外线探测信号,当其中一个传感器接收到反馈信号时便向单片机发出高电平信号,告知单片机该方向发现目标,单片机经过判断后,控制电动机向该方向转向以实现跟踪功能,当两个传感器都没有收到反馈信号时便向单片机发出低电平信号,告知单片机前面无障碍可继续前行。2.4󰀁电机驱动电路

从单片机输出的信号功率很弱,即使在没有其他外在负载时也无法带动电机,所以在实际电路中我们加入了电机驱动芯片提高输入电机信号的功率,从而能够根据需要控制电机转动。根据驱动功率大小以及连接电路的简化要求选择TA7267BP驱动芯片。

图4󰀁系统的程序流程图

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4󰀁测󰀁󰀁试

设计小车运行路线,并启动小车开始行走,经实验测试,小车能沿着黑色导引线自动行驶,图5为小车在室内的寻迹测试图。

3󰀁软件设计

采用ATMEL公司的ATC51作为控制核心,其控制流程图如图4所示。

程序部分主要包括主函数部分,驱动电机控制部分,延时函数,寻迹模块程序,避障模块程序。小车启动后,先由单片机读取P1和P3口状态,并根据读取的状态判断是否有障碍,有障碍则进入避障模块进行避障,没有则进入寻迹模块自动寻迹。

图5󰀁寻迹测试图

5󰀁结󰀁󰀁论

此小车的电路比较简单,容易实现,经过多次测试,证明在一定的直线和弧度范围内,小车能沿着黑色轨迹行进,达到了预期目的。不足之处,由于小车采用直流电机,其速度控制不够精确和稳定,不能实现急转和大拐弯,期待通过更好的控制(下转第57页)

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测试工具与解决方案

Corp.[2]󰀁

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图6󰀁测试结果

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郭艳培,硕士研究生,主要研究方向为智能仪器及测控技术。

E󰀁mail:yanpei_821121@163.com

王勇,教授,主要研究方向为智能仪器及测控技术,虚拟仪器及网络化测控技术。E󰀁mail:wangyong@njupt.edu.cn

4󰀁结󰀁󰀁论

NAT9914是一款性价比较高的GPIB专用接口芯片,其外围电路设计简单,软件编写也简单易行。因此其广凡应用于GPIB接口电路设计中。

测试结果表明,基于上述方法设计的GPIB接口实现了GPIB的基本功能,已成功应用于射频功率自动校准系统中,取得了良好的效果。󰀁󰀁参考文献

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(上接第41页)策略来提高速度。󰀁󰀁参考文献

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宁慧慧(1983-),女,山西临汾,在读硕士,中北大学,主要研究方向为信号与信息处理E󰀁mail:ninghuihui032027111@126.com

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