智能寻迹小车
栏目编辑 李健智能寻迹小车
Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ Ｔｒａｃｅ－ｋｅｅｐｉｎｇ Ｈａｎｄｃａｒｔ
■ 李毅 卢仁义 吴甜 解放军炮兵学院（安徽合肥２３００３１）不同，可根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”—黑线。笔者在该模块中利用了简单、应用也比较普遍的检测方法——红外探测法。红外探测法，即利用红外线在不同颜色
的物理表面具有不同的反射性质的特点。在
小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，
当红外光遇到白色地面时发生漫发射，反射
光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑
线则红外光被吸收，则小车上的接收管接收不到信号。传感器的选择市场上用于红外探测法的器件较多，可
以利用反射式传感器外接简单电路自制探
头，也可以使用结构简单、工作性能可靠的
集成式红外探头。ＳＴ系列集成红外探头价格
便宜、体积小、使用方便、性能可靠、用途
广泛，所以该系统中最终选择了ＳＴ１６８反射
传感器作为红外光的发射和接收器件，其内
部结构和外接电路均较为简单，如图２所示：
ＳＴ１６８采用高发射功率红外光、电二极
管和高灵敏光电晶体管组成，采用非接触式
检测方式。ＳＴ１６８的检测距离很小，一般为
８￣１５毫米，因为８毫米以下是它的检测盲区，
而大于１５毫米则很容易受干扰。笔者经过多
次测试、比较，发现把传感器安装在距离检
测物表面１０毫米时，检测效果最好。
Ｒ１限制发射二极管的电流，发射管的电
流和发射功率成正比，但受其极限输入正向
电流５０ｍＡ的影响，用Ｒ１＝１５０的电阻作为限
流电阻，Ｖｃｃ＝５Ｖ作为电源电压，测试发现发射
功率完全能满足检测需要；可变电阻Ｒ２可限
制接收电路的电流，一方面保护接收红外管；
在历届全国大学生电子设计竞赛中多次出现了集光、机、电于一体的简易智能小车题目。笔者通过论证、比较、实验之后，制作出了简易小车的寻迹电路系统。整个系统基于普通玩具小车的机械结构，并利用了小车的底盘、前后轮电机及其自动复原装置，能够平稳跟踪路面黑色轨迹运行。总体方案整个电路系统分为检测、控制、驱动三个模块。首先利用光电对管对路面信号进行检测，经过比较器处理之后，送给软件控制模块进行实时控制，输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制整个小车的运图１ 智能小车寻迹系统框图动。系统方案方框图如图１所示。
传感检测单元
小车循迹原理
该智能小车在画
有黑线的白纸 “路面”
上行驶，由于黑线和白
图２ ＳＴ１６８检测电路另一方面可调节检测电路的灵敏度。因为传感器输出端得到的是模拟电压信号，所以在输出端增加了比较器，先将ＳＴ１６８输出电压与２．５Ｖ进行比较，再送给单片机处理和控制。传感器的安装正确选择检测方法和传感器件是决定循
２００８．６纸对光线的反射系数ｗｗｗ．ｅｅｐｗ．ｃｏｍ．ｃｎ
栏目编辑 李健迹效果的重要因素，而且正确的器件安装方脉宽及其占空比的大小来控制电机的转速，法也是循迹电路好坏的一个重要因素。从简从而控制小车的速度。经过多次试验，最终单、方便、可靠等角度出发，同时在底盘装确定合适的脉宽和占空比，基本能保证小设４个红外探测头，进行两级方向纠正控制，车在所需要的速度范围内平稳前行。将大大提高其循迹的可靠性，具体位置分布
如图３所示。电机驱动单元图
３ 红外探头的分布图
图中循迹传感器全部在一条直线上。其从单片机输出的信号功率很弱，即使中Ｘ１与Ｙ１为第一级方向控制传感器，Ｘ２与在没有其它外在负载时也无法带动电机，Ｙ２为第二级方向控制传感器，并且黑线同一所以在实际电路中我们加入了电机驱动芯边的两个传感器之间的宽度不得大于黑线的片提高输入电机信号的功率，从而能够根宽度。小车前进时，始终保持（如图３中所示据需要控制电机转动。根据驱动功率大小的行走轨迹黑线）在Ｘ１和Ｙ１这两个第一级传以及连接电路的简化要求选择Ｌ２９８Ｎ，其感器之间，当小车偏离黑线时，第一级传感器外形、管脚分布如图５所示。
就能检测到黑线，把检测的信号送给小车的从图中可以知道，一块Ｌ２９８Ｎ芯片能处理、控制系统，控制系统发出信号对小车轨够驱动两个电机转动，它的使能端可以外迹予以纠正。第二级方向探测器实际是第一接高低电平，也可以利用单片机进行软件级的后备保护，它的存在是考虑到小车由于控制，极大地满足各种复杂电路需要。另图
４ 系统的程序流程图惯性过大会依旧偏离轨道，再次对小车的运外，Ｌ２９８Ｎ的驱动功率较大，能够根据输入动进行纠正，从而提高了小车循迹的可靠性。电压的大小输出不同的电压和功率，解决了
负载能力不够这个问题。
软件控制单元
单片机选型及程序流程结语
此部分是整个小车运行的核心部件，起此方案选择的器件比较简单，实际中也着控制小车所有运行状态的作用。控制方法很容易实现。经过多次测试，结果表明在一有很多，大部分都采用单片机控制。由于５１定的弧度范围内，小车能够沿着黑线轨迹行单片机具有价格低廉是使用简单的特点，这进，达到了预期目标。不足之处，由于小车里选择了ＡＴＭＥＬ公司的ＡＴ８９Ｓ５１作为控制采用直流电机，其速度控制不够精确和稳核心部件，其程序控制方框图如图４所示。
定，不能实现急转和大弧度的拐弯。
小车进入循迹模式后，即开始不停地扫
描与探测器连接的单片机Ｉ／Ｏ口，一旦检测参考文献：
到某个
Ｉ／Ｏ
口有信号变化，程序就进入判断１． 赵家贵、付小美、董平，新编传感器电图５ Ｌ２９８Ｎ管脚分布图程序，把相应的信号发送给电动机从而纠正路设计手册，中国计量出版社，２００２
２． 李华等，ＭＣＳ－
小车的状态。５１系列单片机实用接
车速的控制口技术，北京航空航天
车速调节的方法有两种：一是用步进电大学出版社，２００３
３． 王晓明，电动
机代替小车上原有的直流电机；二是在原有机的单片机控制，北京
直流电机的基础上，采用ＰＷＭ
调速法进行调
航空航天大学出版社，
速。考虑到机械装置不便于修改等因素，
这里
２００２
选择后者，利用单片机输出端输出高电平的
２００８．６ｗｗｗ．ｅｅｐｗ．ｃｏｍ．ｃｎ