基于单片机控制的智能循迹避障小车

1、 理论创新LilunChuangxin 基于单片机控制的智能循迹避障小车 姚 培 张李坚 周晶香 （1.西南交通大学，四川成都611756；2.宿迁学院，江苏宿迁223800） 摘 要：根据小车各部分功能，模块化硬件电路，并调试电路。将调试成功的各个模块逐个地“融合”成整体，再进行软件编程调试，直到完成小车，使小车智能地循迹、避障、声光显示、检测铁片、寻光。 关键词：传感器；单片机；电机驱动；电源1 概述 2.2 循迹模块 此智能车素材来源于2003年全国大学生电子设计大赛，采用 元件：采用反射式红外光电传感器ST188。AT89S52单片机作为小车的控制中心，将各传感器的信号传至单 原理：由

2、于光线照到路面产生反射，且黑色与白色反射系数不片机分析处理，从而控制L293D电机驱动，控制小车和数码显示管 同，可以根据传感器接收到的光判断车是否超出黑线。ST188电路的显示和蜂鸣器鸣叫。利用红外传感器检测黑线，接近式开关传感 检测到黑色或白色的时候可以产生高低电平信号的变化，并将信器检测薄铁片，集成红外线传感器即光电开关进行避障。此车不仅 号送至单片机，从而控制左右电机转动，实现小车沿黑线运动。是往届全国大学生电子设计大赛题目，而且与“飞思卡尔”全国智 ST188原理：一体化红外发射接收IRT中的发射二极管导通，能车大赛光电组命题雷同，可见其意义不同之处！2003年电子竞赛 发出红外光线

3、反射到光敏接收管上，使光敏接收管的集电极发射跑道示意图：小车从起跑线开始启动，循黑迹经过直道区，并且检 极间电阻变小，输入端电平变低，输出端为高电平，9013导通，集电测相应的铁片（方框代表），发出声光；然后进入BC弯道区，在C 极为低电平，输入单片机。点检测铁片停留5s，同时声光显示；此后启动避障，寻找车库中的 当检测到黑色条纹时，反射到IRT中接收管上的光减少，接收灯光，进入车库，并且停放。如图1所示。 管的集电极与发射极间电阻变大，9013截止，集电极C为高电平， 将此信号输入到单片机中进行判断。 1m 1m 2m 根据实际情况，我们做了如下的改进：1）在发光二极管的正 m 障 cm 3

4、 m 5 极部分，接入可调电位器，可以通过对该端电压的控制来调节传感 . c碍 0.2m 0 0 5物 C 车库 1 器的敏感度；（2）在电路的输出端再加一个施密特电路整形；3）在 4m . cm 0.4m 2 三极管的基集B和发射极E接一个电容，减少电路中的“毛刺”，增光源 5m 1 . 障碍区 R=0.8m 4 O m 加其抗干扰能力。 2cm 2 5cm 5cm停车区 障 5cm 2.3 铁片检测模块 碍 弯道区 物 该模块采用LJ12A34ZBY接近开关检测铁片，该传感器是 cm 2 5 m 12.5cm c 一种集成元件，具有稳定性好、外围电路简单的优点。当传感器的 m 2 15cm

5、 .4 0 直道区 mB 12.5cm c 探测头检测到金属时会向单片机送出一个高电平，单片机根据这 5 0.4m 引导线 2.3m 1.2m 个高电平来驱动数码管显示计数；采用74LS373锁存器驱动数码 起跑线 管，单片机将检测到铁片后的计数脉冲输入锁存，让数码管显示计数。 图1 全国大学生电子设计大赛跑道示意图 2.4 声光指示模块2 整个车体模块化 在正常运行时LED为发光状态，由于铁片检测模块检测到第 四片时会停车，此时LED灭，5s后再次运行，LED亮；检测到一片 全电路有中央单片机控制模块、电机驱动模块和传感器模块 铁片时，传感器输出一个高电平到单片机，单片机发出一个信号到（包括

6、寻迹电路，金属探测，避障电路以及光源检测等）、声光显示 蜂鸣器，蜂鸣器发声。模块、电源模块。硬件总的关系如图2所示。 2.5 寻光模块 铁片探测 采用光敏二极管作为光源探测模块的传感器，由于光敏二极 传感器 AT89S52 管感光后，内阻有较大的变化，通过一定的电路转化为电压的变 单片机 蜂鸣器 化。采用LM393比较器对5个二极管的输出电压进行比较，光敏 循迹传感器 二极管引起的电压变化送到比较器的反相端与基准信号进行比 避障传感器 电机驱动 电源模块 较，将结果输入到单片机执行判断。 寻光传感器 LED光源显示 改进措施：由于光线不稳定，用5个分布呈圆弧型光敏二极管 图2 硬件总的关系图

7、进行寻光，而且用黑胶带包住，否则外界影响很大！寻到光的一个2.1 电机驱动模块 将输出一个信号到单片机，以此来控制车的转向。如图3所示。 电机采用的是小车自带的直流电机，使用较为方便，用L293D 基于LM393的寻光电压比较电路：LM393的二号管脚为基准驱动。采用数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。 电压输入端，将需要进行比较的电压输入到三号管脚，如果比基准但是一般小电机的阻抗很小，但电流很大，分压会降低效率而且很 电压的值大，则一号管脚输出为高电平，反之为低电平。难实现；293的8号管脚输入一定的电平值，可以调整作用于电机 2.6 避障模块两端电压使电机保持在合适的速度范围；

8、单片机通过控制293使 采用一对集成红外线传感器即光电开关置于小车两端，选用能端电平的高低，来实现电机的转动与否，实现小车的前进或转 集光电开关的原因是其灵敏度高，较稳定，且外围电路比较简单；向。直流电机变向原理：如左转则左轮不动，右轮转；如右转，相反； 红外光电开关有3根引线，2根接电源，1根为输出，初始状态下为直行则左右轮都转。但293芯片容易发热的问题很难解决。 高电平，检测到障碍物时变为低电平，将其信号输入单片机可对小192 LilunChuangxin理论创新 成圆弧型，并且 黑胶带包住，以 免受到外界环 境的影响。 图4 PCB3D图 图3 光敏二极管分布图 的电阻电容参数。车电机

9、进行控制。 其次分别调试各个硬件模块，将调试出的各个电路模块综合 电源模块 起来。因为容易出现干扰情况，最好采取“逐步综合”方法：将一个2.7 电源模块分为2部分：一部分为芯片电源模块，提供5V电压 模块综合后调试成功再综合另外一个，这样更能逻辑地分析出综驱动芯片；另一部分为电机驱动模块，提供较高的功率通过L293D 合时哪个模块出现了问题。来驱动电机。 然后在制作PCB图的时候，必须封装准确，否则在焊接时可 电机驱动电源：由于小车自带5V的直流充电电池，用该电池 能焊接不上，即使一个小小的问题也可造成整个板子的浪费。提供电源给293芯片，一般该电池为400mAh的镍电池，功率大， 最后在写程

10、序的时候，最好也先写好各个模块的子程序，然后比较稳定耐用，可充电更加经济，且稳定性较好，使用更为方便。 逐步综合成总的程序，原因类似模块综合原因。如有必要，请用 芯片驱动电源：由于功率要求不大，但是稳定性要高，所以用 protues软件，进行单片机仿真，避免了软件调试时拔插单片机烧制6V的稳压电路带动（已经考虑了压降，当然每个电子器件的压降 的麻烦。不同，需要根据自己的电路，做调试）。2.8 单片机控制模块 参考文献 利用Protel99SE生成以单片机为中心的PCB3D图，如图4 郭惠，吴迅编著单片机语言程序设计完全自学手册电子工业所示，单片机1、2号管脚接寻迹电路的两个输出端；3号管脚接铁

11、 出版社，片检测电路的输出端；4、5号管脚接避障电路输出端；21、22、23、24 周润景，郝晓霞传感器与检测技术电子工业出版社，号接光源检测电路的输出；利用KeiluVision3，进行C语言编程，并烧进单片机。 收稿日期：201002223 总结与经验 作者简介：姚培（1988），男，江苏南通人，就读于西南交通大学机 首先要选择合适的电路，且要不断调试。因为在实际制作过程 械学院，研究方向：交通设备信息工程。中，由于传感器对外界反应的灵敏性不同，需要在稳定电路的基础 张李坚（1989），男，江苏南通人，就读于西南交通大学土木学院，上，根据环境（灯光和障碍远近以及光线明亮程度等）调试出合适

12、研究方向：地质工程。（上接第191页）最大奖励电费的0.95。 在，同时也是企业不可推卸的社会责任和使命。本文从工厂供电系 首先，对于机辆段采取低压分散补偿的方法，补偿电容器的大 统电能损耗的几个方面进行了分析，就如何降低电能损耗，提高工小计算如下： 厂供电系统的利用率，并结合本单位的具体情况进行了阐述，事实 变压器效率按照为0.8计算，400kVA的变压器可带负荷为 证明本文提出的方法是可行的。400×0.8360kW，当功率因数从0.7提高到0.95时，每kW功率需补偿电容量为0.691kvar。 参考文献 因此，400kVA的变压器需要补偿的电容器为0.691×360 吴斌无功补偿对低压电网功率因数的影响山西冶金，249kvar。 （）： 其次，对于工电段100kVA变压器按照供电部门变压器功率 薛世华浅析电力系统低压电网无功补偿的问题机电信息，大于或等于100kVA就必要安装无功补偿从而提高变压器的使用 （）：效益的规定，依照相同的计算方法得到需要补偿电容器的容量为： 陶淑娴农村电网无功补偿探讨云南电力技术，（）：0.691×0.8×10055kvar。 最后，对于车务段采取低压分散补偿和调整变压器运行方式 卢贤成工厂供电系统功率因数就地补偿的理论与实践有色相结合的办法进行节能改造。对于2台100kVA的变压器分别补 冶金节