智能循迹小车

1简单电子系统设计报告---------智能循迹小车学号*************年级**学院*****专业***********姓名******指导教师******2履带式智能寻迹小车摘要随着社会经济的发展,超级商场、机场、车站、会展中心及物流仓库等大型人流、物流场所的规模和数量不断扩大,大中城市的高层、高档商用楼日益增多,其保安自动化需求日趋迫切。而巡逻机器人是一个集环境感知、路线规划、动态决策、行为控制以及报警装置于一体的多功能综合系统，其移动结构有轮式，履带式等。现阶段，履带智能小车的行走、转弯及遇障碍问题是多种智能仪器的基础，其发展制约着这些智能仪器的发展。所以，对于履带式智能小车的运行研究是有重大意义的。在本设计中，履带式智能寻迹小车是以单片机控制为核心，以红外发射、接收对管检测为手段，以直流电机控制为对象，根据设计要求可以实现自动寻迹的小车，寻迹是指通过红外发射管和接收管识别路径。在智能寻迹小车控制系统的设计中，以AT89S52单片机为核心，用分离器件构成的H桥驱动两个直流电机，当产生信号驱动小车前进时，通过寻迹模块里的光电对管是否寻到黑线产生的电平信号通过LM324再返回到单片机，单片机根据程序设计的要求做出相应的判断送给电机驱动模块，让小车来实现前进、左转、右转、停车等基功能。关键词：单片机；智能寻迹小车；光电对管；直流电机3ABSTRACTWiththedevelopmentofsocietyandeconomy,supermarket,airport,station,exhibitioncenterandlogisticswarehouseetc.Largeflow,thenumberofscaleandlogisticssiteexpandsceaselessly,largeandmedium-sizedcities,high-gradecommercialfloorhigh-rise,itsgrowingincreasinglyurgentsecurityautomationneeds.Whilepatrollingtherobotisacollectionofenvironmentalawareness,routeplanning,control,andthedynamicbehaviordecision-making,thealarmdeviceoncomprehensivesystem,itsstructureiswheeledmobile,caterpillar,etc.Atpresent,thecaterpillarintelligentcartowalk,turnandmeetobstaclesofintelligentinstrumentsisthefoundation,thedevelopmentoftheintelligentinstrumentrestrictsthedevelopment.So,fortheoperationofintelligentcarUSESisofgreatsignificance.Inthisdesign,thecaterpillarintelligenttracingcaronsingle-chipmicrocomputercontrolasthecore,withinfraredtransmittingandreceivingoftubedetectionmeans,indcmotorcontrolforobject,accordingtothedesignrequirementscanachieveautomatictracing,tracingthecarthroughinfraredtubesandreferstoreceivetuberecognitionpath.Intheintelligenttracingcarcontrolsystemdesign,withAT89S52SCMasthecore,withseparatecomponentsofHbridge,twodcmotordriverwhendrivingcars,signalbytracingmoduleofthephotoelectrictubeistoproducelevelsignalsthroughtheblackLM324againreturnedtochipmicrocontroller,accordingtotherequirementofdesignprocedureofjudgmentformotordrivermodule,letthecartoachievethebasicfunction，suchasprogress,left,right，andparking.4Keywords:SCM,Intelligenttracingcar,Onthephotoelectric,Dcmotor1引言履带式智能寻迹小车的整个系统显示模块、光电检测模块、单片机系统、左右直流电机驱动电路模块和直流电机等组成。首先利用装在小车前部的2路光电传感器对路面信号进行检测，然后将检测信号经过电压跟随器和电压比较器处理之后，送给软件控制模块进行实时控制，最后输出相应的信号给驱动电路来驱动直流电机转动，从而控制小车按照预定轨迹行走，同时显示小车走“田”字格时转过的直角弯数和轨道赛跑时行走的时间。本设计设键盘，四种模式通过键盘切换。相应按键分别实现小车的直线行进，见线停车模式，小车的“田”字格行进模式，小车的轨道赛跑模式和自创模块模式。现阶段，履带智能小车的行走、转弯及遇障碍问题是多种智能仪器的基础，其发展制约着这些智能仪器的发展。因此，对于履带式智能寻迹小车的研究是有重大意义的。2系统结构整个系统主要由光电检测模块、单片机系统、左右直流电机驱动电路模块和直流电机等组成，系统框图如图1所示。光电检测模块实时检测路况信息；单片机系统负责处理光电检测模块传来的信息，并将处理后的信号作用于左右直流电机驱动电路，控制直流电机的转动。显示模块用来显示小车转过的直角弯数和行走的时间。该系统实现的主要功能如下：1．按下一号键，小车保证直线行进，并在指定点停车；2．按下二号键，小车在“田”字格线路中行进。从起点到终点，小车要在“田”字格中拐16个直角弯，同时在显示模块中显示直角弯的个数；3．按下三号键，小车在“tjau”样式的轨道中赛跑，同时在显示模块中显示运动时间；4.按下四号键，小车按照自创模块程序运行。53光电检测模块的设计与调试3.1红外光电二极管简介发光二极管（LED）是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字、数字用于显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。普通单色发光二极管、高亮度发光二极管、超高亮度发光二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压控制型发光二极管、红外发光二极管等。红外发光二极管也称红外线发射二极管，它是可以将电能直接转换成红外光并辐射出去的发光器件，主要应用于各种光控及遥控发射电路中。其结构、原理与普通发光二极管相近，只是使用的半导体材料不同。红外发光二极管通常使用砷化镓（GaAs）、砷铝化镓（GaAlAs）等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色的树脂封装。常用的红外发光二极管有SIR系列、SIM系列、PLT系列、GL系列、HIR系列和HG系列等。国产发光二极管的型号表示有部标型号(FG)、厂标型号(BT)以及2EF型号等。部标型号表示方法如下：第一部分用字母FG表示发光二极管。第二部分用数字表示发光二极管材料:1表示磷化嫁(GaP)；2表示磷砷化镓(GaAsP)；3表示砷铝化镓(GaAlAs)。显示模块光电检测模块单片机系统右直流电机驱动电路图1智能寻迹小车系统框图直流电机左直流电机驱动电路直流电机6第三部分用数字表示发光二极管的发光颜色:1表示红色；2表示橙色；3表示黄色；4表示绿色；5表示蓝色；6表示变色。第四部分用数字表示发光二极管的封装形式:1表示无色透明；2表示无色散射；3表示有色透明；4表示有色散射透明。第五部分用数字表示发光二极管的外形:0表示圆形；1表示方形；2表示符号形；3表示三角形；4表示长方形；5表示组合形；“6”表示特殊形。第六部分用数字表示产品序号。3.2光电接收器件简介光电二极管是一种PN结型半导体元件，当光照射到PN结上时，半导体内电子受到激发，产生电子空穴对，在电场作用下产生电势，将光信号转换成电信号。广泛用于各种遥控系统、光电开关、光探测器，以及以光电转换的各种自动控制仪器、触发器、光电耦合、编码器、过程控制等方面。按材料分，光电二极管有硅谷、锗、砷化镓、锑化铟光电二极管等多种，目前在可见光区应用最广泛的是硅光电二极管。光电二极管及符号和光电特性的测量电路如图2所示。（c）3.33.4光电检测的基本工作原理发光二极管使用时必须正向连接。两根引线中较长的一根为正极，应接电源正极。有的发光二极管的两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌图2光电二极管及符号和光电特性的测量电路（a）光电二极管（b）符号（c）光电特性的测量电路7的引线是正极。发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流，电路及相应的伏安特性曲线如图3所示。限流电阻R可用下式计算：R＝（E－UF）/IF式中：E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的工作电流。在使用时，光电二极管应处于反向偏置，不能接错。由于环境中光线强弱的影响，四路检测应加上适当的隔光措施，以防止相互干扰。3.5小车循迹原理小车供电后,红外光电二极管发出红外光，光线照在路面上反射回来被光电二极管接收，半导体二极管在电场作用下产生电势，将光信号转换成电信号。该智能小车在画有黑线的白纸“路面”上行驶，由于黑线和白纸对光线的反射系数不同，可根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”——黑线。当小车检测到黑线时，红外线部分被黑线吸收，反射回的红外线极少被光电二极管接收，转换成比较弱的电信号；当小车未检测到黑线时，红外线大部分被反射，反射回的红外线被光电二极管接收，转换成比较强的电信号。最终，这些电信号经过比较器处理后传入单片机，再由单片机进一步做信号处理。3.6光电对管的安装原则正确选择检测方法和传感器件是决定寻迹效果的重要因素，而且正确的器件安装方法也是寻迹电路好坏的一个重要因素。从简单、方便、可靠等角度出发，在本次课程设计中采用同时在小车底盘装设4对光电对管探测头，进行两级方向纠正控制，将大大提高其寻迹的可靠性，具体位置分布如图4所示。图中光电对管全部在一条直线上。其中X1与Y1为构成第一级方向控制传感器，X2与Y2为构成第二级方向控制传感器，并且黑线同一边的两个传感器之间的宽度不得大于黑线的宽度。小车前进时，始终保持(如图3中所示的行走轨迹黑线)在X1和Y1这两个第一级传感器之间，当小车偏离黑线时，第一级传感器就能检测到黑线，把检测的信号送给小车的处理、控制系统，控制系统发出信号对小车轨迹予以纠正。第二级方向探测器实际是第一级的后备保护，它的存在无光暗电流有光光电接收二极管反偏状态光电流（恒流）图3光电流与照度线性关系8是考虑到小车由于惯性过大会依旧偏离轨道，再次对小车的运动进行纠正，从而提高了小车寻迹的可靠性。4光电检测电路的设计4.1光电检测电路的组成及其功能本课程设计中的光电检测电路由光电检测对管（红外发射管，光电接收管），限流电阻，电压跟随器，电压比较器，电位器和直流电源组成。电压跟随器和电压比较器的作用由芯片LM324来实现。LM324芯片内部带有四个运算放大器，能满足两对光电检测对管的电压跟随与比较，电路中需要两片LM324芯片。通过调节电位器设定电压比较器的“－”输入电压。电压跟随器起到缓冲、隔离、提高带载能力的作用。电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。用来比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系