1、自動循跡小車摘 要:本設(shè)計由尋跡信息采集電路，電機驅(qū)動電路，以及單片機控制模塊三大部分構(gòu)成。循跡小車采用紅外對管傳感器來識別白色路面中央的黑色引導(dǎo)線，通過 STM32單片機實現(xiàn)對驅(qū)動電機的 PWM 控制，使小車實現(xiàn)快速穩(wěn)定地循線行駛。分模塊闡述了循跡小車的原理、軟硬件設(shè)計及制作過程。針對路徑特點對循跡小車的方向控制和速度控制提出了相應(yīng)的解決方案。實驗表明，循跡小車能夠較快速、平穩(wěn)地完成對各種曲率引導(dǎo)線的循線行駛?cè)蝿?wù)。該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于無人生產(chǎn)線,自動巡邏等領(lǐng)域。 關(guān)鍵詞：STM32；L298N；循跡；光電傳感器；智能小車目錄1.引言12.方案比較、設(shè)計與論證12.1尋跡信息采集模塊12.2 驅(qū)

2、動電機的選擇22.3 總體方案選擇23 理論分析與計算24 系統(tǒng)電路設(shè)計34.1 尋跡模塊34.2 電機驅(qū)動模塊34.3 電源模塊44.4 主控制模塊44.5 總體電路55 系統(tǒng)軟件設(shè)計56 系統(tǒng)測試57 結(jié)束語68 參考文獻7附錄一 尋跡小車總體電路原理8附錄二 程序9附錄三 小車結(jié)構(gòu)圖與實物圖121.引言自動循跡小車控制系統(tǒng)，也就是最簡單的輪式機器人，適合在一些特殊環(huán)境中工作，因其成本低廉，目前已在許多工業(yè)場合獲得廣泛應(yīng)用。例如在高溫高壓環(huán)境、有毒有害氣體環(huán)境以及外星探測等都有機器人的應(yīng)用，所有這些應(yīng)用正逐步滲入到工業(yè)生產(chǎn)和我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€層面。智能小車是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動行

3、駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中地運用了計算機、傳感、信息、通訊及自動控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。本文采用紅外光電傳感器，單片機STM32為控制核心，設(shè)計了一種具有自動循跡功能的小車系統(tǒng)，該智能循跡小車能沿黑色引導(dǎo)軌跡前進。通過構(gòu)建由單片機最小系統(tǒng)、電源電路、電機驅(qū)動電路、循跡電路等組成的智能小車系統(tǒng)，實現(xiàn)小車智能循跡的功能。2.方案比較、設(shè)計與論證2.1尋跡信息采集模塊方案一：采用一路紅外對管對黑帶進行高頻率掃描。優(yōu)點：節(jié)省系統(tǒng)消耗的功率，節(jié)約單片機的的I/O，硬件電路的接線變得簡潔，信息處理速度快。缺點：一路紅外對管影響小車行進速度由于紅外對管較少，因此小車的速度要盡可能的放慢，且

4、小車的搖晃嚴重。信息處理速度相對于并行輸出慢，相鄰紅外會產(chǎn)生干擾。方案二：采用三路紅外對管對黑帶進行高頻率掃描。優(yōu)點：小車的速度明顯增加，且小車的搖晃較輕微。巡線更為準確可靠。信息處理速度較快。缺點：占用單片機的I/O較多，連線相對繁瑣。相鄰傳感器會相互干擾，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。方案三：采用五路紅外對管對黑帶進行高頻率掃描。優(yōu)點：小車的速度增加并不明顯，且小車的搖晃輕微。巡線準確可靠。缺點：占用單片機的I/O多，連線繁瑣。相鄰傳感器干擾較嚴重，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，信息處理速度中等。方案選擇：考慮到小車的速度以及檢測的準確性，我們最終選用了方案二。智能循跡小車采用后輪驅(qū)動，左右后輪各用一個直流減速電機驅(qū)動，

5、通過調(diào)制后面兩個輪子的轉(zhuǎn)速從而達到控制轉(zhuǎn)向的目的。在車體前部分別裝有左中右三個紅外反射式傳感器，當小車左邊的傳感器檢測到黑線時，說明小車車頭向右邊偏移，這時主控芯片控制左輪電機減速，車體向左邊修正。同理當小車的右邊傳感器檢測到黑線時，主控芯片控制右輪電機減速，車體向右邊修正。當黑線在車體的中間，中間的傳感器一直檢測到黑線，這樣小車就會沿著黑線一直行走。2.2 驅(qū)動電機的選擇 直流減速電機轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，速度快，功耗低，又因為本設(shè)計是用電池供電，所以我們最終選擇了直流減速電機作為小車的驅(qū)動電機。2.3 總體方案選擇 基于對小車尋跡準確性以及速度的綜合考慮，我們最終選擇的系統(tǒng)框圖如圖2-1所示：圖2-1

6、 小車設(shè)計總體方案框圖3 理論分析與計算（1）尋跡的實現(xiàn)小車在前進時，要實現(xiàn)尋跡功能，可以采用高靈敏度的反射式光電傳感器（紅外光電對管）對地面進行掃描，再將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過比較器后輸出高低電平，最后送入單片機處理。經(jīng)過對一只傳感器的測試，發(fā)現(xiàn)紅外光電對管接收管輸出端的低電平輸出大致為0.78V，高電平的輸出大致為2.85V,經(jīng)過比較器后輸出低電平為0.03V,高電平為3.26V,能夠被單片機所識別。（2）驅(qū)動電機及車型的選擇我們選擇了直流電機作為驅(qū)動電機。經(jīng)過測試，該電機在兩節(jié)3.7V電池供電時能夠正常工作，所以，小車能夠達到足夠快的速度。兩節(jié)電池7.4V直接供給L298N驅(qū)動器，驅(qū)動器的5V

7、端口再給單片機進行供電?？紤]到小車要能夠比較迅速的轉(zhuǎn)向，所以我們最終選擇了后輪為萬向輪，前輪兩輪驅(qū)動的車型。4 系統(tǒng)電路設(shè)計4.1 尋跡模塊小車在白色地面行駛時，紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外信號被反射，接收管收到信號后，輸出端為低電平。而當紅外信號遇到黑色導(dǎo)軌時，紅外信號被吸收，接收管不能接收到信號，輸出端為高電平。單片機通過采集每個紅外接收管的輸出端電壓，便可以檢測出軌道的位置，從而控制小車的轉(zhuǎn)向，使小車一直沿軌道前進。我們采用的光電傳感器為紅外對管傳感器，它的是采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高度靈敏光電晶體管組成。通過測試，其檢測距離在6mm-14mm。為了使檢測更加準確，我們用了3只紅外對管傳感

8、器檢測黑線，其中一只放在黑線上方，其余兩只對稱分布在黑線的兩側(cè)。尋跡模塊的原理圖如圖4-1所示：圖4-1 尋跡模塊原理圖4.2 電機驅(qū)動模塊對于小車車輪的兩個直流電機，我們采用了一片電機驅(qū)動芯片L298N對其進行驅(qū)動。STM32為芯片提供驅(qū)動信號，傳至PWM控制各個電機的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)整小車的前進速度和轉(zhuǎn)向。其原理圖如圖4-2所示：圖4-2 電機驅(qū)動模塊原理圖4.3 電源模塊本設(shè)計中采用的是7.4V電池供電即兩節(jié)3.7V電池，直流減速電機采用7.4V供電，L298N驅(qū)動采用7.4V供電，從L298N引出5V給單片機STM32進行供電。4.4 主控制模塊本設(shè)計采用了一片STM32為控制核心。主要用

9、于紅外尋跡模塊、軌道基準檢測的數(shù)據(jù)處理以及小車的兩個直流電機的驅(qū)動。STM32引腳圖如圖4-3所示：圖4-3 STM32引腳圖4.5 總體電路總體電路原理即各個驅(qū)動模塊的組合見附錄一。5 系統(tǒng)軟件設(shè)計當開機時，系統(tǒng)復(fù)位，然后進入自動運行狀態(tài)。使小車沿黑線行進，并且在小車偏離軌道后自動調(diào)整走向使之返回預(yù)定路線。該模塊的具體系統(tǒng)設(shè)計流程框圖如圖5-1所示：圖5-1 系統(tǒng)軟件流程框圖6 系統(tǒng)測試（1）測試儀器：示波器，電源，萬用表。測試方法：采用模擬電路由前端到后段，數(shù)字電路先仿真再試測，先逐個模塊測試再整體調(diào)試的辦法。（2）尋跡采集模塊測試：按圖4-2連接好電路，用萬用表分別測量光電傳感器接收端的

10、輸出電壓值以及經(jīng)過比較器后的電壓值，其值如表6-1所示：表6-1 TCRT5000輸出的電壓測量傳感器1234567傳感器光接收端電壓(V)高電平2.852.852832892.902882.86低電平0.760.670.590.660.890.740.86比較器輸出端電壓（V）高電平3.193.233.203.183.183.213.19低電平0.050.070.070.080.090.070.077 結(jié)束語自己寫8 參考文獻1楊桂林. 基于AT89S52的智能小車的設(shè)計J微計算機信息,2010.2來清民. 傳感器與單片機接口及實例M. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007.3李新科,高潮. 基于語音識別和紅外光電傳感器的自循跡智能小車設(shè)計J.傳感器與微系統(tǒng),20114陳繼榮.智能電子制作創(chuàng)新制作機器人制作入門M.北京:科學(xué)出版社,2007.5謝維成,楊加國. 單片機原理與應(yīng)用及C52程序設(shè)計M.北京:清華大學(xué)出版社,2009.6 吳金