基于LM393的寻光智能车

基于LM393的寻光智能车高久淳，王谛，姚培（西南交通大学，成都611756）摘要：本文针对提高大学生动手能力的问题，设计并制作了“全国大学生电子设计大赛”的题目，并提出优化方法。关键词：LM393比较器；单片机中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：1007-9599（2010）06-0090-01Light-feelSmartCarBasedonLM393GaoJiuchun,WangDi,YaoPei(SouthwestTransportationUniversity,Chengdu611756,China)Abstract:Inthispaper,handstoimprovethecapacityofthestudentsdesignedandproducedNationalUndergraduateElectronicDesignContest,thesubject,andproposeoptimization.Keywords:LM393comparator;SCM2003年大学生电子设计竞赛有一智能电动车题目，以单片机为控制中心对小车进行实时的控制，使其沿着跑道上的黑线行驶，实现铁片检测，红外避障功能，在光源的指引下，寻光进入车库。实质是设计制作一个架构于模型车上的集光机电于一体的简易智能控制系统。对于该系统，我们可以将其分为几个子控制模块，即单片机控制模块，光电传感器循迹模块，铁片检测计数模块，红外避障模块，寻光模块，电机驱动模块和电源模块。该设计中我们采用Atmel公司的AT89S52单片机，通过光电发射接收对管，集成铁片金属传感器，光敏二极管等对小车的位置和状态进行检测，实现题目的要求。经过对部分参赛选手作品所选元器件，算法的分析和筛选，可总结以下几点：一、选手大多采用ST178或ST188等红外接收对管对路面的黑线进行检测，由于跑道底色是白色，中间有一条约1.5cm的黑带，白黑对光的反射率不同，所以接收管在黑色和白色上会接收到不同强度的反射光，从而转化成不同的电信号，将该信号进行放大整形后输入到单片机，由单片机控制电机转速转向。一般采用两个或三个接收对管就能满足比赛的要求，但经过实验发现，如果只用两三个传感器在小车速度稍快时会有“出轨”的现象发生。对此，不妨参考飞思卡尔智能车的方案，多配置几个红外发射接收对管，确保小车不脱离跑道。二、对于避障模块，我们是用超声波传感器进行检测，实践过程中发现市场上集成红外线传感器即光电开关稳定性更好，外围电路更简单，灵敏度更高。铁片检测也可以使用市售的金属接近开关，如LJ12A3-4-Z/BY。三、相对来说寻光环节最易出现问题，其模块设计也是有很多种，主流思路是通过ADC0809将模拟信号转为数字信号处理。我们发现通过模数转换后的信号仍然需要进行比较后才能让单片机发出相应的控制信号，如果将光敏二极管反馈回的模拟信号直接进行比较后产生的高低电平输入到单片机可以更方便达到目的。对于比较器的选择，我们选用LM393芯片，即寻光模块的核心。对于光信号采集，我们有较多选择，如光敏二极管，光敏三极管等。光敏三极管反应更灵敏，但价格稍高，我们采用光敏二极管在有无光照的情况下电阻大幅变化的特性来完成采集。我们可能会忽略了自然光对其的影响导致怎么调试都不能稳定工作，如果给光敏二极管套上黑色的热缩管，该情况便可得到改善。我们采用将二极管和一定阻值的电阻串联分压的简单电路，在有无光照的情况下输出不同的电压值到比较器进行分析处理，称其为输入电压。将输入电压输入至比较器后，需要产生一个与之进行比较的电压，称为基准电压。LM393是单电源设计的双电压比较器，有八个引脚，采用双列直插式封装的LM393P。其中8脚接电源正，4脚接电源负，1脚2脚3脚分别为比较器A的输出，反向输入和正向输入，5脚6脚7脚为比较器B的正向输入，反向输入和输出。LM393P适用电压范围广，也可用分离式电源，不受电源电压值影响。LM393P的应用范围很广，可用于构建基本比较器电路，还可用LM393驱动CMOS的电路驱动和TTL的电路，低频运算放大器等。寻光模块是基本比较器电路的简单应用，即如果其正向输入电压值比反向输入的电压值大，输出VCC，正向输入电压值比反向输入的电压值小，输出0。虽然是基本比较器电路的应用，但仍有多种构架方案。而如何搭建电路决定于如何配置其正向反向输入。我们将正向输入定义为输入电压，通过电位器产生介入VCC与零之间的电压，在调试前预先设置成2.5V即基准电压，在光敏二极管没有感受到光的情况下，输入电压小于基准电压，比较器输出为零。而一旦有二极管感受到光，输入电压高于2.5V，比较器输出高电平。这个方案可以采用一个光敏二极管搭配一个比较器。为了保证任何时间位置都有二极管检测到光信号，我们用五个光敏二极管分布呈180°的圆弧型进行寻光，五个二极管中，无论哪个检测到光信号都会通过比较器给单片机发出高电平，单片机经过分析便可调整小车的转向和速度。这种方案需要五个比较器，即三片LM393P。还有一方案，我们只要四个比较器即两片393，让五个二极管进行两两比较。先将二极管和比较器从左至右依次排开标号分别为1，2，3，4，5和a，b，c，d。设置中间的那个二极管即3的输入为中间两个比较器即b和c的基准电压，而2和3的输入则为b和c输入电压，实质即两边的和中间的比较，如果b和c都是低电平，则是3检测到，b为高电平则2检测到，c为高电平则4检测到。同样，我们再以2和4的输入作为a和d基准电压，1和5的输入作为a和d的输入电压。当然a为高电平即1检测到，d为高电平即5检测到。故a，b，c，d分别对应1，2，4，5检测到光信号，当a，b，c，d均为低电平是我们认为是3检测到。显然，这种比较方案较先前的那种更易出现不定状态，就需要程序更好的判断处理。实践证明，在传感器角度和程序算法均较合适的条件下，该方案还是相当稳定的。需注意的是393是集电极输出，输出端需要加一个上拉电阻，否则会没有高电平输出。当然，比较器不只是LM393，还有LM339，但393的速度更快。LM393不仅可用于构建基本比较器，还有驱动CMOS的电路驱动等用法，是一款不错的芯片。在我们的智能车中LM393基本比较电路的使用很好的解决了寻光的问题，是该试验成功不可或缺的重要元器件。作者简介高久淳（1988-），男，内蒙古乌兰察布市人，西南交通大学机械工程学院本科在读，主要研究交通设备信息工程方向。基于LM393的寻光智能车作者：高久淳，王谛，姚培，GaoJiuchun，WangDi，YaoPei作者单位：西南交通大学,成都,611756刊名：计算机光盘软件与应用英文刊名：COMPUTERCDSOFTWAREANDAPPLICATIONS年，卷(期)：2010(6)本文读者也读过(10条)1.姜武中.JIANGWu-zhong自动往返电动小汽车控制系统设计[期刊论文]-吉林粮食高等专科学校学报2002,17(2)2.陈小毛.黄光明.赵宁SA9904B在电能量采集自动化中的应用[期刊论文]-电子设计应用2004(1)3.张春龙.陈卫兵智能输水器监控系统的实现--2003年全国大学生电子设计大赛项目[期刊论文]-南通职业大学学报2004,18(2)4.肖辉.岳继光.曹聪.倪磊.陈晓东Web技术与WAP无线应用协议在智能家居中的应用[期刊论文]-微型电脑应用2003,19(5)5.吴健.张华.王姮.胡天链.WUJian.ZHANGHua.WANGHeng.HUTianlian智能机器人中的寻光技术及其应用[期刊论文]-四川大学学报(自然科学版)2004,41(z1)6.刘秋霞.LiuQiuxia高阻电子检流计的设计[期刊论文]-电子技术2010,37(2)7.林立.黄乘顺.李星亮.傅离.曹红喜.LINLi.HUANGCheng-shun.LIXing-liang.FULi.CAOHong-xi悬挂运动自动控制系统[期刊论文]-邵阳学院学报（自然科学版）2006,3(4)8.肖冰.李海富.XIAOBing.LIHai-fu正弦信号发生器的设计[期刊论文]-长春大学学报（自然科学版）2007,17(3)9.樊辉娜关于七段数码显示模块设计[期刊论文]-南昌高专学报2005,20(6)10.滑洁.孙静.王晗凌阳单片机在全国大学生电子设计大赛中的应用[期刊论文]-科技信息2009(13)