基于單片機(jī)控制的智能循跡避障小車

1、 理論創(chuàng)新LilunChuangxin 基于單片機(jī)控制的智能循跡避障小車 姚 培 張李堅(jiān) 周晶香 （1.西南交通大學(xué)，四川成都611756；2.宿遷學(xué)院，江蘇宿遷223800） 摘 要：根據(jù)小車各部分功能，模塊化硬件電路，并調(diào)試電路。將調(diào)試成功的各個(gè)模塊逐個(gè)地“融合”成整體，再進(jìn)行軟件編程調(diào)試，直到完成小車，使小車智能地循跡、避障、聲光顯示、檢測(cè)鐵片、尋光。 關(guān)鍵詞：傳感器；單片機(jī)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)；電源1 概述 2.2 循跡模塊 此智能車素材來源于2003年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽，采用 元件：采用反射式紅外光電傳感器ST188。AT89S52單片機(jī)作為小車的控制中心，將各傳感器的信號(hào)傳至單 原理：由

2、于光線照到路面產(chǎn)生反射，且黑色與白色反射系數(shù)不片機(jī)分析處理，從而控制L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制小車和數(shù)碼顯示管 同，可以根據(jù)傳感器接收到的光判斷車是否超出黑線。ST188電路的顯示和蜂鳴器鳴叫。利用紅外傳感器檢測(cè)黑線，接近式開關(guān)傳感 檢測(cè)到黑色或白色的時(shí)候可以產(chǎn)生高低電平信號(hào)的變化，并將信器檢測(cè)薄鐵片，集成紅外線傳感器即光電開關(guān)進(jìn)行避障。此車不僅 號(hào)送至單片機(jī)，從而控制左右電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)小車沿黑線運(yùn)動(dòng)。是往屆全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽題目，而且與“飛思卡爾”全國(guó)智 ST188原理：一體化紅外發(fā)射接收IRT中的發(fā)射二極管導(dǎo)通，能車大賽光電組命題雷同，可見其意義不同之處！2003年電子競(jìng)賽 發(fā)出紅外光線

3、反射到光敏接收管上，使光敏接收管的集電極發(fā)射跑道示意圖：小車從起跑線開始啟動(dòng)，循黑跡經(jīng)過直道區(qū)，并且檢 極間電阻變小，輸入端電平變低，輸出端為高電平，9013導(dǎo)通，集電測(cè)相應(yīng)的鐵片（方框代表），發(fā)出聲光；然后進(jìn)入BC彎道區(qū)，在C 極為低電平，輸入單片機(jī)。點(diǎn)檢測(cè)鐵片停留5s，同時(shí)聲光顯示；此后啟動(dòng)避障，尋找車庫中的 當(dāng)檢測(cè)到黑色條紋時(shí)，反射到IRT中接收管上的光減少，接收燈光，進(jìn)入車庫，并且停放。如圖1所示。 管的集電極與發(fā)射極間電阻變大，9013截止，集電極C為高電平， 將此信號(hào)輸入到單片機(jī)中進(jìn)行判斷。 1m 1m 2m 根據(jù)實(shí)際情況，我們做了如下的改進(jìn)：1）在發(fā)光二極管的正 m 障 cm 3

4、 m 5 極部分，接入可調(diào)電位器，可以通過對(duì)該端電壓的控制來調(diào)節(jié)傳感 . c礙 0.2m 0 0 5物 C 車庫 1 器的敏感度；（2）在電路的輸出端再加一個(gè)施密特電路整形；3）在 4m . cm 0.4m 2 三極管的基集B和發(fā)射極E接一個(gè)電容，減少電路中的“毛刺”，增光源 5m 1 . 障礙區(qū) R=0.8m 4 O m 加其抗干擾能力。 2cm 2 5cm 5cm停車區(qū) 障 5cm 2.3 鐵片檢測(cè)模塊 礙 彎道區(qū) 物 該模塊采用LJ12A34ZBY接近開關(guān)檢測(cè)鐵片，該傳感器是 cm 2 5 m 12.5cm c 一種集成元件，具有穩(wěn)定性好、外圍電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)傳感器的 m 2 15cm

5、 .4 0 直道區(qū) mB 12.5cm c 探測(cè)頭檢測(cè)到金屬時(shí)會(huì)向單片機(jī)送出一個(gè)高電平，單片機(jī)根據(jù)這 5 0.4m 引導(dǎo)線 2.3m 1.2m 個(gè)高電平來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)；采用74LS373鎖存器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼 起跑線 管，單片機(jī)將檢測(cè)到鐵片后的計(jì)數(shù)脈沖輸入鎖存，讓數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)。 圖1 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽跑道示意圖 2.4 聲光指示模塊2 整個(gè)車體模塊化 在正常運(yùn)行時(shí)LED為發(fā)光狀態(tài)，由于鐵片檢測(cè)模塊檢測(cè)到第 四片時(shí)會(huì)停車，此時(shí)LED滅，5s后再次運(yùn)行，LED亮；檢測(cè)到一片 全電路有中央單片機(jī)控制模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和傳感器模塊 鐵片時(shí)，傳感器輸出一個(gè)高電平到單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)出一個(gè)信號(hào)到（包括

6、尋跡電路，金屬探測(cè)，避障電路以及光源檢測(cè)等）、聲光顯示 蜂鳴器，蜂鳴器發(fā)聲。模塊、電源模塊。硬件總的關(guān)系如圖2所示。 2.5 尋光模塊 鐵片探測(cè) 采用光敏二極管作為光源探測(cè)模塊的傳感器，由于光敏二極 傳感器 AT89S52 管感光后，內(nèi)阻有較大的變化，通過一定的電路轉(zhuǎn)化為電壓的變 單片機(jī) 蜂鳴器 化。采用LM393比較器對(duì)5個(gè)二極管的輸出電壓進(jìn)行比較，光敏 循跡傳感器 二極管引起的電壓變化送到比較器的反相端與基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比 避障傳感器 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電源模塊 較，將結(jié)果輸入到單片機(jī)執(zhí)行判斷。 尋光傳感器 LED光源顯示 改進(jìn)措施：由于光線不穩(wěn)定，用5個(gè)分布呈圓弧型光敏二極管 圖2 硬件總的關(guān)系圖

7、進(jìn)行尋光，而且用黑膠帶包住，否則外界影響很大！尋到光的一個(gè)2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 將輸出一個(gè)信號(hào)到單片機(jī)，以此來控制車的轉(zhuǎn)向。如圖3所示。 電機(jī)采用的是小車自帶的直流電機(jī)，使用較為方便，用L293D 基于LM393的尋光電壓比較電路：LM393的二號(hào)管腳為基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)。采用數(shù)字電位器調(diào)整電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 電壓輸入端，將需要進(jìn)行比較的電壓輸入到三號(hào)管腳，如果比基準(zhǔn)但是一般小電機(jī)的阻抗很小，但電流很大，分壓會(huì)降低效率而且很 電壓的值大，則一號(hào)管腳輸出為高電平，反之為低電平。難實(shí)現(xiàn)；293的8號(hào)管腳輸入一定的電平值，可以調(diào)整作用于電機(jī) 2.6 避障模塊兩端電壓使電機(jī)保持在合適的速度范圍；

8、單片機(jī)通過控制293使 采用一對(duì)集成紅外線傳感器即光電開關(guān)置于小車兩端，選用能端電平的高低，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與否，實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)或轉(zhuǎn) 集光電開關(guān)的原因是其靈敏度高，較穩(wěn)定，且外圍電路比較簡(jiǎn)單；向。直流電機(jī)變向原理：如左轉(zhuǎn)則左輪不動(dòng)，右輪轉(zhuǎn)；如右轉(zhuǎn)，相反； 紅外光電開關(guān)有3根引線，2根接電源，1根為輸出，初始狀態(tài)下為直行則左右輪都轉(zhuǎn)。但293芯片容易發(fā)熱的問題很難解決。 高電平，檢測(cè)到障礙物時(shí)變?yōu)榈碗娖剑瑢⑵湫盘?hào)輸入單片機(jī)可對(duì)小192 LilunChuangxin理論創(chuàng)新 成圓弧型，并且 黑膠帶包住，以 免受到外界環(huán) 境的影響。 圖4 PCB3D圖 圖3 光敏二極管分布圖 的電阻電容參數(shù)。車電機(jī)

9、進(jìn)行控制。 其次分別調(diào)試各個(gè)硬件模塊，將調(diào)試出的各個(gè)電路模塊綜合 電源模塊 起來。因?yàn)槿菀壮霈F(xiàn)干擾情況，最好采取“逐步綜合”方法：將一個(gè)2.7 電源模塊分為2部分：一部分為芯片電源模塊，提供5V電壓 模塊綜合后調(diào)試成功再綜合另外一個(gè)，這樣更能邏輯地分析出綜驅(qū)動(dòng)芯片；另一部分為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，提供較高的功率通過L293D 合時(shí)哪個(gè)模塊出現(xiàn)了問題。來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 然后在制作PCB圖的時(shí)候，必須封裝準(zhǔn)確，否則在焊接時(shí)可 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源：由于小車自帶5V的直流充電電池，用該電池 能焊接不上，即使一個(gè)小小的問題也可造成整個(gè)板子的浪費(fèi)。提供電源給293芯片，一般該電池為400mAh的鎳電池，功率大， 最后在寫程

10、序的時(shí)候，最好也先寫好各個(gè)模塊的子程序，然后比較穩(wěn)定耐用，可充電更加經(jīng)濟(jì)，且穩(wěn)定性較好，使用更為方便。 逐步綜合成總的程序，原因類似模塊綜合原因。如有必要，請(qǐng)用 芯片驅(qū)動(dòng)電源：由于功率要求不大，但是穩(wěn)定性要高，所以用 protues軟件，進(jìn)行單片機(jī)仿真，避免了軟件調(diào)試時(shí)拔插單片機(jī)燒制6V的穩(wěn)壓電路帶動(dòng)（已經(jīng)考慮了壓降，當(dāng)然每個(gè)電子器件的壓降 的麻煩。不同，需要根據(jù)自己的電路，做調(diào)試）。2.8 單片機(jī)控制模塊 參考文獻(xiàn) 利用Protel99SE生成以單片機(jī)為中心的PCB3D圖，如圖4 郭惠，吳迅編著單片機(jī)語言程序設(shè)計(jì)完全自學(xué)手冊(cè)電子工業(yè)所示，單片機(jī)1、2號(hào)管腳接尋跡電路的兩個(gè)輸出端；3號(hào)管腳接鐵

11、 出版社，片檢測(cè)電路的輸出端；4、5號(hào)管腳接避障電路輸出端；21、22、23、24 周潤(rùn)景，郝曉霞傳感器與檢測(cè)技術(shù)電子工業(yè)出版社，號(hào)接光源檢測(cè)電路的輸出；利用KeiluVision3，進(jìn)行C語言編程，并燒進(jìn)單片機(jī)。 收稿日期：201002223 總結(jié)與經(jīng)驗(yàn) 作者簡(jiǎn)介：姚培（1988），男，江蘇南通人，就讀于西南交通大學(xué)機(jī) 首先要選擇合適的電路，且要不斷調(diào)試。因?yàn)樵趯?shí)際制作過程 械學(xué)院，研究方向：交通設(shè)備信息工程。中，由于傳感器對(duì)外界反應(yīng)的靈敏性不同，需要在穩(wěn)定電路的基礎(chǔ) 張李堅(jiān)（1989），男，江蘇南通人，就讀于西南交通大學(xué)土木學(xué)院，上，根據(jù)環(huán)境（燈光和障礙遠(yuǎn)近以及光線明亮程度等）調(diào)試出合適

12、研究方向：地質(zhì)工程。（上接第191頁）最大獎(jiǎng)勵(lì)電費(fèi)的0.95。 在，同時(shí)也是企業(yè)不可推卸的社會(huì)責(zé)任和使命。本文從工廠供電系 首先，對(duì)于機(jī)輛段采取低壓分散補(bǔ)償?shù)姆椒ǎa(bǔ)償電容器的大 統(tǒng)電能損耗的幾個(gè)方面進(jìn)行了分析，就如何降低電能損耗，提高工小計(jì)算如下： 廠供電系統(tǒng)的利用率，并結(jié)合本單位的具體情況進(jìn)行了闡述，事實(shí) 變壓器效率按照為0.8計(jì)算，400kVA的變壓器可帶負(fù)荷為 證明本文提出的方法是可行的。400×0.8360kW，當(dāng)功率因數(shù)從0.7提高到0.95時(shí)，每kW功率需補(bǔ)償電容量為0.691kvar。 參考文獻(xiàn) 因此，400kVA的變壓器需要補(bǔ)償?shù)碾娙萜鳛?.691×360 吳斌無功補(bǔ)償對(duì)低壓電網(wǎng)功率因數(shù)的影響山西冶金，249kvar。 （）： 其次，對(duì)于工電段100kVA變壓器按照供電部門變壓器功率 薛世華淺析電力系統(tǒng)低壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)膯栴}機(jī)電信息，大于或等于100kVA就必要安裝無功補(bǔ)償從而提高變壓器的使用 （）：效益的規(guī)定，依照相同的計(jì)算方法得到需要補(bǔ)償電容器的容量為： 陶淑嫻農(nóng)村電網(wǎng)無功補(bǔ)償探討云南電力技術(shù)，（）：0.691×0.8×10055kvar。 最后，對(duì)于車務(wù)段采取低壓分散補(bǔ)償和調(diào)整變壓器運(yùn)行方式 盧賢成工廠供電系統(tǒng)功率因數(shù)就地補(bǔ)償?shù)睦碚撆c實(shí)踐有色相結(jié)合的辦法進(jìn)行節(jié)能改造。對(duì)于2臺(tái)100kVA的變壓器分別補(bǔ) 冶金節(jié)