《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 嵌入式技術(shù) > 設(shè)計應(yīng)用 > 感應(yīng)式循跡小車的設(shè)計與實現(xiàn)
感應(yīng)式循跡小車的設(shè)計與實現(xiàn)
摘要: 傳統(tǒng)的循跡小車采用光電傳感器作路面軌道檢測,其工作可靠性受環(huán)境光線的影響很大,實際運行中經(jīng)常要根據(jù)環(huán)境光線的變化時傳感器的靈敏度進行調(diào)整,。提出一種感應(yīng)式循跡小車的設(shè)計方法,。用金屬鋁箔膠帶代替黑色軌道線,,在小車上設(shè)置多只金屬感應(yīng)傳感器,,基于感應(yīng)的方法來檢測鋁箔膠帶路線的位置,,把檢測的結(jié)果送單片機處理,,再由單片機輸出相應(yīng)控制信號驅(qū)動小車運行,。所提出的方法能夠完全消除環(huán)境光線對循跡小車的干擾,,提高小車運行的可靠性。樣品小車的測試結(jié)果表明,,基于新方法設(shè)計的小車運行平穩(wěn),,在長時間工作中沒有出現(xiàn)脫軌現(xiàn)象,小車的整體性能良好,。
Abstract:
Key words :

摘要:傳統(tǒng)的循跡小車采用光電傳感器作路面軌道檢測,,其工作可靠性受環(huán)境光線的影響很大,實際運行中經(jīng)常要根據(jù)環(huán)境光線的變化時傳感器的靈敏度進行調(diào)整,。提出一種感應(yīng)式循跡小車的設(shè)計方法,。用金屬鋁箔膠帶代替黑色軌道線,在小車上設(shè)置多只金屬感應(yīng)傳感器,,基于感應(yīng)的方法來檢測鋁箔膠帶路線的位置,,把檢測的結(jié)果送單片機處理,再由單片機輸出相應(yīng)控制信號驅(qū)動小車運行,。所提出的方法能夠完全消除環(huán)境光線對循跡小車的干擾,,提高小車運行的可靠性。樣品小車的測試結(jié)果表明,,基于新方法設(shè)計的小車運行平穩(wěn),,在長時間工作中沒有出現(xiàn)脫軌現(xiàn)象,小車的整體性能良好,。

   循跡小車是目前較為普遍的一項智能小車制作競賽,,該制作要求小車能尋著一條黑色軌跡前進直到終點,用達到終點的時間決定競賽成績,。到達終點的時間越短,,成績越好。在整個設(shè)計過程中,,循跡小車的尋跡電路是循跡小車的一個關(guān)鍵部件,,傳統(tǒng)的設(shè)計采用光電傳感器作為尋跡器件。然而,,光電傳感器對環(huán)境的光線變化比較敏感,,不適合在露天環(huán)境和光照比較強的地方開展活動。通過反復(fù)試驗和嘗試,,作者提出把金屬感應(yīng)傳感器用于循跡小車替代光電尋跡電路,,用帶不干膠的金屬鋁箔膠帶貼在地面替代黑色軌跡線條,循跡小車尋著鋁箔膠帶軌道前進,,無需光線介入,,大大增加了尋跡小車活動的環(huán)境適應(yīng)性,。

1 硬件及電路

    感應(yīng)式循跡小車是由單片機控制系統(tǒng)、尋跡電路,、電動機驅(qū)動電路等幾部分組成,。

1.1 金屬感應(yīng)傳感器電路

     金屬感應(yīng)傳感器電路在小車中實現(xiàn)金屬鋁箔路軌的感應(yīng)尋跡功能,該電路是用金屬探測電路改進得到的,,電路如圖1所示,。圖中,電感線圈L,、電容C1,、C2、C3,,三極管VT1等組成了一個典型的電容三點式振蕩電路,,振蕩電路產(chǎn)生的正弦波信號經(jīng)VT2放大后,由VD1,、VD2,、C6等進行倍壓整流、濾波,,使三極管VT3的基極獲得了一定幅度的基極電壓而導(dǎo)通,,其集電極輸出低電平,后級NE555電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)電路因其2腳電平小于1/3VCC,,其輸出端3腳輸出1電平,。若把電感線圈L靠近金屬物體,線圈的變化磁場會在金屬物體內(nèi)感應(yīng)出渦流而產(chǎn)生鐵損,,線圈的Q質(zhì)下降,,電路振蕩減弱直至停止振蕩。作用在VT3基極上的電壓消失,,三極管VT3由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?,其集電極輸出高電平,該電平使后級NE555的6腳電平大于2/3VCC,,其輸出端3腳的電平由1跳變?yōu)?,,把這個信號送給單片機I/O端口,單片機就可以通過檢測該端口的信號變化,,了解循跡小車的運行狀態(tài),,給出相應(yīng)的控制指令。在該電路中,,調(diào)整可調(diào)電阻RP的電阻大小可改變電路的正反饋幅度,使振蕩電路剛好處于振蕩的臨界點上,,可調(diào)節(jié)傳感器感應(yīng)到金屬物體的靈敏度,。通過精確調(diào)節(jié)RP,,可使相應(yīng)金屬感應(yīng)傳感器的靈敏度達到10mm以上。

金屬感應(yīng)傳感器電路

1.2 單片機控制電路

    整個循跡小車的設(shè)計采用51單片機構(gòu)建控制系統(tǒng),,電路圖如圖2所示,,該電路由電源電路、ISP下載接口,、電動機驅(qū)動電路接口,、AT89S51單片機等幾部分組成。把單片機的P3.4,,P3. 5,,P3.6端口作為傳感器的輸入端口,從金屬感應(yīng)傳感器電路原理分析中可以看出,,當(dāng)傳感器靠近金屬物體時,,傳感器輸出為低電平,無金屬物體時,,輸出為高電平,,P3.7口直接接地,方便以后尋跡程序的編寫,。

單片機控制電路

1.3 電動機驅(qū)動電路

     機器人采用兩個減速電動機分別帶動左右兩個動力輪,,實現(xiàn)前進、后退,、轉(zhuǎn)彎等功能,。電動機的驅(qū)動電路選用小直流電動機專用驅(qū)動芯片L293D,它能同時驅(qū)動2個減速電機,,最大輸出峰值電流達1 A,,該芯片與單片機連接如圖3所示。

芯片與單片機連接

2 循跡小車的尋跡控制

2.1 傳感器的位置

     感應(yīng)式循跡小車底盤結(jié)構(gòu)如圖4,,底盤左右兩輪都為動力輪,,分別由兩個減速電動機驅(qū)動,后面的小輪為隨動輪,,隨著兩個動力輪的運行而運行,。3個金屬感應(yīng)傳感器的電感線圈并排安裝在機器人的前面,距地面約5毫米左右的距離,,正常運行時,,讓中間的一個傳感器位于道路的正上方,處于檢測到金屬物體的狀態(tài),,傳感器輸出為0電平,,旁邊兩個傳感器在道路兩邊,沒有檢測到金屬物體,輸出為1電平,,3個傳感器的輸出端與單片機對應(yīng)端口連接,,電平輸出信號就是單片機端口的輸入信號。

感應(yīng)式循跡小車底盤結(jié)構(gòu)

2.2 尋跡狀態(tài)分析

      在循跡小車尋著鋁箔膠帶軌道運行的過程中,,會出現(xiàn)正常運行,,右邊偏離軌道,左邊偏離軌道等各種情況,,按照上面?zhèn)鞲衅鞯脑O(shè)置,,循跡小車在正常行駛時,傳遞到單片機端口的電平信號是101,,由于事先已將單片機的P3.7口接地,,因此,傳遞給單片機P3口的高4位電平信號為0101,,當(dāng)循跡小車從右邊偏離軌道時,,左邊和中間的傳感器會同時檢測到金屬體,此時,,3個傳感器的輸出狀態(tài)為100,,單片機P3口的高4位電平信號為0100,定義這種偏離為右偏,,如果繼續(xù)右偏,,中間的傳感器會從右邊離開軌道,此時,,只有左邊的傳感器檢測到金屬體,,此時單片機端口的電平信號為0110,把這種偏離定義為嚴重右偏,。用這種方法,。可以定義機器人7個尋跡狀態(tài),,把這些狀態(tài)對應(yīng)的電平信號用BCD碼表示,,并以此排序,得到端口對應(yīng)的尋跡狀態(tài)編碼表,,如表1所示,。

尋跡狀態(tài)編碼表

2.3 尋跡狀態(tài)分析

    循跡小車由左右兩只電動機驅(qū)動,實現(xiàn)前進,、后退,、轉(zhuǎn)彎等各種運動,控制信號由單片機P2口的低4位給出,。對循跡小車的轉(zhuǎn)彎控制采用一輪停止,,一輪運行的方法實現(xiàn),,用轉(zhuǎn)彎的時間來控制循跡小車轉(zhuǎn)彎的幅度,同樣是左轉(zhuǎn),,轉(zhuǎn)彎1s和轉(zhuǎn)彎2s轉(zhuǎn)彎的幅度是不一樣的,,后者轉(zhuǎn)彎的幅度大,,把轉(zhuǎn)彎帽度大的叫“急轉(zhuǎn)”,,如“右急轉(zhuǎn)”,“左急轉(zhuǎn)”,,以區(qū)別轉(zhuǎn)彎幅度小的左轉(zhuǎn),,右轉(zhuǎn)等。結(jié)合表1,,針對各種可能的尋跡狀態(tài),,制定出控制方案如表2所示。

控制方案

    根據(jù)單片機系統(tǒng)圖,、表1和表2,,把電動機控制參數(shù)和延時參數(shù)以壓縮BCD碼的形式組合為一個字節(jié),控制參數(shù)放高4位,,延時參數(shù)放低4位,,整理后,可得到單片機信號端口和控制端口對應(yīng)關(guān)系的編碼表,,如表3所示,,可在此基礎(chǔ)上進行尋跡機器人的程序設(shè)計。

 

 

單片機信號端口和控制端口對應(yīng)關(guān)系的編碼表

3 循跡小車的程序設(shè)計

3. 1 總體設(shè)計思路

    在循跡小車運行過程中,,不斷讀取P3口的狀態(tài)值,,取出高4位,將結(jié)果存入累加器A中,,然后用查表的方法,,取出對應(yīng)的組合參數(shù)表值,在讀出的表值中,,高4位為控制電動機運行的參數(shù),,低4位為電機運行的延時參數(shù),把高4位和低4位數(shù)從字節(jié)中分離出來,,將高4位數(shù)送入P2口對循跡小車運動狀態(tài)進行控制,,將低4位值賦予延時子程序的R0,延時時間為R0×T(ms),,T是單位時間,,需根據(jù)循跡小車的速度性能確定,用以控制各運行狀態(tài)的運行時間,。另外,,在循跡小車尋跡過程中,,常會出現(xiàn)循跡小車出軌的情況,一旦循跡小車脫離尋跡軌道,,往往意味著尋跡失敗,,因此需在程序中增加挽救措施,讓循跡小車在發(fā)現(xiàn)自已脫軌后,,立即后退,,回到軌道線繼續(xù)運行。根據(jù)以上設(shè)計思路,,循跡小車的控制流程圖如圖5所示,。

循跡小車的控制流程圖

3.2 主要匯編程序?qū)崿F(xiàn)

匯編程序

匯編程序

4 結(jié)論

    為提高傳統(tǒng)循跡小車的運行可靠性,文章提出感應(yīng)式循跡小車的設(shè)計方法,,且詳細地闡述了該設(shè)計的主婁組成:循跡小車的硬件及電路,、循跡小車的循跡控制和單片機的程序?qū)崿F(xiàn)。

    按照本文所提出的新方法,,作者成功地設(shè)計和制作了感應(yīng)式循跡小車的樣品,,樣品實際測試結(jié)果表明:基于新方法設(shè)計的小車運行平穩(wěn),在長時間工作中沒有出現(xiàn)脫軌現(xiàn)象,,循跡小車的運行與環(huán)境光的強弱沒有關(guān)系,,小車的整體性能較好。

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),,未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載,。