【文章內(nèi)容簡介】 感器使用時可以適當(dāng)加大傳感器的靈敏度，則可以往逆時針轉(zhuǎn)一定的角度。切記一點(diǎn)，不管是逆時針轉(zhuǎn)還是順時針轉(zhuǎn)都不能轉(zhuǎn)到底，要留出一點(diǎn)空間。 循跡傳感器工作原理循跡傳感器工作原理：TC端是傳感器工作控制端，為高電平時，發(fā)光二極管不工作，傳感器休眠，為低電平時，傳感器啟動。Signal端為檢測信號輸出，當(dāng)遇到黑線，黑線吸收大量的紅外線，反射的紅外線很弱，光敏三極管不導(dǎo)通，Signal輸出高電平；當(dāng)遇到白線，與黑線相反，反射的紅外線很強(qiáng)，使光敏三極管導(dǎo)通，Signal輸出低電平。下圖38為循跡傳感器的電路圖。圖38 循跡傳感器原理圖這種探測方法，即利用紅外線在不同顏色的表面特征，具有不同的反射性能，汽車行駛過程中接收地面的紅外光。當(dāng)紅外光遇到白色路線，地板發(fā)生漫反射，安裝在小型車的反射光接收器接收；如果是遇到黑色路線，紅外光將被黑線吸收，安裝在小車上的接收管沒有收到紅外光。控制器會根據(jù)是否收到反射的紅外光為判斷依據(jù)來確定的黑線的位置和小車的路線。紅外探測器距離通常是不應(yīng)超過15厘米的。紅外發(fā)射和接收紅外線感應(yīng)器，可以使自己或直接使用集成紅外探頭。調(diào)整左右傳感器之間的距離，兩探頭距離約等于黑線寬度最合適，選擇寬度為3 – 5厘米的黑線。該傳感器的靈敏度是可調(diào)的，傳感器有時遇到黑線卻不能送出相應(yīng)的信號，通過調(diào)節(jié)傳感器上的可調(diào)電阻，適當(dāng)?shù)脑龃蠡驕p小可改變靈敏度。另外，循跡傳感器的放置也是有講究的，有兩種方法，一種是兩個都是放置在黑線內(nèi)側(cè)緊貼黑線邊緣，第二種是都放置在黑線的外側(cè)，同樣緊貼黑線邊緣。本設(shè)計(jì)采用第二種方法。單片機(jī)燒錄程序后，就可以執(zhí)行循跡指令了。如果小車向前行駛時向左偏離了黑線，那么右邊傳感器會產(chǎn)生一個高電平，單片機(jī)判斷這個信號，然后向右拐回到黑線。兩傳感器輸出信號為低電平時，小車前進(jìn)。如果小車向右偏離黑線，左邊傳感器產(chǎn)生一個高電平，單片機(jī)判斷這個信號，然后向左拐。這樣，小車一定不會偏離黑線。若兩個光電傳感器同時輸出的信號為高電平，即單片機(jī)判斷的都為高電平時，小車向前直走。 尋光電路分析如下圖39所示為尋光電路圖39 尋光電路原理圖V2的電壓計(jì)算公式為：電阻R6為固定值不變有光照時R1變小，此時V2變大。當(dāng)無光照時R1變大，則V2變小。有光照情況時光敏電阻R1變小，V2變大。 假設(shè)V2=，V3電壓為 4V，則V2V3 反向端大于同向端，運(yùn)放作為比較器部分 ，則OUT5輸出低電平為低0給單片機(jī)識別，單片機(jī)通過if來掃描out5給的引腳。 循跡電路分析該智能小車在畫有黑線的白紙 “路面”上行駛，由于黑線和白紙對光線的反射系數(shù)不 同，可根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來判斷“道路”—黑線。筆者在該模塊中利用了簡單、 應(yīng)用也比較普遍的檢測方法——紅外探測法。 紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)。在 小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色地面時發(fā)生漫發(fā)射，反射 光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車上的接收管接收不到信號。 紅外對管TCRT500TCRT5000紅外對管工作原理：工作時由藍(lán)色發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外線由遮擋物反射回來被接收管接收。接收反射光線后的接收管呈導(dǎo)通狀態(tài)，與一電阻串聯(lián)即可構(gòu)成一個由發(fā)射管控制的分壓電路，由此可實(shí)現(xiàn)對遮擋物反射光線強(qiáng)度的檢測。我們經(jīng)常利用這一特性去實(shí)現(xiàn)顏色識別。其原理圖如下圖310所示。圖310 TCRT5000原理圖在小車行駛過程中發(fā)射管不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色地面時發(fā)生漫發(fā)射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，則小車上的接收管接收不到信號。如圖 310 軌跡識別電路所示，發(fā)射管（2 端）與阻值為 330 歐姆的電阻串聯(lián)發(fā)射紅外線。接收管（4）與阻值為 47K 歐姆的電阻串聯(lián)。在沒有接收到反射光線時接收管截止呈高阻態(tài)，TX 輸出高電平。當(dāng)接收管接收到反射光線時，接收管被導(dǎo)通，并且電阻遠(yuǎn)小于47K，TX 輸出低電平。對于光電傳感器沒有檢測到黑線時，則H4發(fā)光到白紙光反射到H4接收端，H4接收端導(dǎo)通，導(dǎo)通則T1接地=0。若有檢測到黑線，則H4發(fā)光到黑線光全部被吸收，H4接收端，沒有收到任何信號，因?yàn)镠4不導(dǎo)通（截止），則T1=VCC。 電壓比較器 LM324LM324電壓比較器工作原理：該芯片內(nèi)部有四組比較器，原理就是反向輸入端與同向輸入端的電壓進(jìn)行比較，若同向輸入端電壓大于反向輸入端電壓，則比較器的輸出端輸出高電平+5V；若同向輸入端的電壓小于反向輸入端的電壓，則比較器的輸出端輸出低電平0V。下圖311為LM324的原理圖。圖311 電壓比較器LM324電路圖即當(dāng)傳感器檢測到白紙有接收到反射光時，LM324的2腳比較器反向端T1=0V，3腳比較器同向端=3V；同向端大于反向端則OUT1輸出高電平。檢測到黑線沒接收到反射光了，LM324的2腳比較器反向端T1=5V，3腳比較器同向端=3V，反向端大于同向端則OUT1輸出低電平。LM324的調(diào)試方法為：看黑色物體遮擋傳感器檢測T1腳電壓變化是否正常，調(diào)節(jié)電位器R13,使得3腳電壓介于（2腳）T1電壓的最大和最小值之間。 各模塊的組裝與連接這里應(yīng)該把電機(jī)驅(qū)動輸入端接到單片機(jī)的 P0 上，因?yàn)?P0 口我們外接有上拉電阻，其他 I/O 口雖然集成上拉電阻但驅(qū)動能力太弱，很不穩(wěn)定。如果把驅(qū)動輸入端接到 P0 口仍不太受控，可以嘗試將上拉電阻改為 1K 或更小的。）循跡模塊輸出端分別接單片機(jī)的 、。注意分別對應(yīng)右邊的光電管輸出端（從循跡板對應(yīng)的右邊光電管信號輸出端接至單片機(jī) ）、左邊的光電管輸出端（從循跡板對應(yīng)的左邊光電管信號輸出端接至單片機(jī) ）、前邊的光電管輸出端（從循跡板對應(yīng)的前邊光電管信號輸出端接至單片機(jī) ）。連接好的事物圖如下圖所示。圖312 小車事物圖4 循跡小車的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)開發(fā)平臺本設(shè)計(jì)采用Keil C51單片機(jī)軟件開發(fā)平臺，Keil μ Vision系列是德國Keil Software公司出品的51系列單片機(jī)C語言集成開發(fā)系統(tǒng)。該平臺可用于編輯C或匯編源文件。它提供了豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，是目前使用最廣泛的C51集成開發(fā)環(huán)境。 小車運(yùn)動狀態(tài)分析及三路算法的設(shè)計(jì) 小車運(yùn)動狀態(tài)分析小車在運(yùn)行過程中可以前進(jìn)，可以后退，也可以轉(zhuǎn)彎。只需控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向即可。下圖41為小車結(jié)構(gòu)圖。該結(jié)構(gòu)是由2個輪胎，減速箱+電機(jī)2套2個后輪，黃色底盤 以及PCB敷銅板和亞克力板等組成。從左圖我們可以看出控制小車的核心方法就是通過單片機(jī)來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。 圖41小車結(jié)構(gòu)圖我們可用如下表41所示內(nèi)容來表明電機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)。表41電機(jī)運(yùn)動狀態(tài)左電機(jī)右電機(jī)（LA）（LB）電機(jī)狀態(tài)（RA）（RB）電機(jī)狀態(tài)00不轉(zhuǎn)00不轉(zhuǎn)01前轉(zhuǎn)01前轉(zhuǎn)10后轉(zhuǎn)10后轉(zhuǎn)11不轉(zhuǎn)11不轉(zhuǎn)下表所示為小車在跑道上的運(yùn)動狀態(tài)，可前進(jìn)后退，也可轉(zhuǎn)彎，具體事由單片機(jī)P1口各I/O口的電平高低決定的。表42小車運(yùn)動狀態(tài)小車運(yùn)動狀態(tài)0101前進(jìn)1010后退1101左轉(zhuǎn)彎0111右轉(zhuǎn)彎 三路循跡算法設(shè)計(jì) 如左圖42所示，則小車前進(jìn)?？捎萌缦鲁绦虮硎尽f(P0==0x05){P1=0X05}，則小車偏了，小車左轉(zhuǎn)彎。則可用如下程序表示。圖42小車結(jié)構(gòu)圖if(P0==0x03){P1=0X0D}，則小車偏了，小車右轉(zhuǎn)彎。if(P0==0x06){P1=0X07}由上述分析可寫出如下所示循跡核心程序X=P0amp。0XFF。switch(X){case 0x00:P1=0x0f； break；case 0x01:P1=0x0d； break；case 0x02:； break；case 0x03:P1=0x0d； break；case 0x04:P1=0x07； break；case 0x05:P1=0x05； break；case 0x06:P1=0x07； break；case 0x07:； break； default: break。} 軟件設(shè)計(jì)流程圖 單片機(jī)初始化程序后，小車通過傳感器判定路況并設(shè)定狀態(tài)，通過光電傳感器檢測到的光電信號，來控制小車運(yùn)行狀態(tài)，具體程序如下所示。 軟件的調(diào)試 程序?qū)懞煤笠话愣紩懈鞣N錯誤，有些錯誤是語法錯誤，編譯器在編譯時會給出提示，按照提示進(jìn)行修改即可。還可能有不容易發(fā)現(xiàn)的邏輯錯誤、算法的不完善等問題，這些問題只能通過反復(fù)調(diào)試來解決。Keil μ Vision提供了多種調(diào)試方法幫助我們對程序進(jìn)行調(diào)試。 設(shè)置和刪除斷點(diǎn)在軟件開發(fā)過程中，設(shè)置斷點(diǎn)+單步運(yùn)行是最常用的程序調(diào)試方法。在程序可能出現(xiàn)問題的地方加上斷點(diǎn)，當(dāng)程序運(yùn)行到斷點(diǎn)處會停止，這時再采用單步方式來運(yùn)行。這種做法能夠有效地縮小出錯范圍，幫助我們更快地找到出現(xiàn)問題的程序塊。當(dāng)程序編譯之后，通過Debug菜單下的Start/Stop Debug Session命令啟動Keil μ Vision的調(diào)試界面，這時我們在源程序窗口待添加斷點(diǎn)的行號前雙擊鼠標(biāo)，就可以在該行添加一個斷點(diǎn)。也可以通過View菜單下的Disassemblely Window選項(xiàng)查看源程序反匯編以后的匯編代碼窗口（這里的匯編代碼與項(xiàng)目中的C51源程序是對應(yīng)的，在這兩個窗口添加斷點(diǎn)是等效的），并在該窗口中雙擊待添加斷點(diǎn)。在其中一個窗口添加斷點(diǎn)后另一個窗口也會自動在相應(yīng)位置加上斷點(diǎn)。再次雙擊斷點(diǎn)可以取消該斷點(diǎn)。 查看和修改寄存器的內(nèi)容在調(diào)試過程中，可以通過View菜單下的Registers Windows來查看各寄存器的內(nèi)容，由于它們都是通過軟件仿真來模擬的，并非真正運(yùn)行在MCS51單片機(jī)上，所以我們不僅可以觀察程序運(yùn)行過程中各寄存器的值，還可以在需要時，在程序運(yùn)行過程中進(jìn)行修改，只要雙擊該數(shù)值，修改完畢后按回車鍵即可。 觀察和修改變量通過View菜單下的Watch Windows/Watch1或Watch2子菜單可以打開一個查看窗口，如圖43所示。在查看窗口中雙擊或按下F2可以添加想要查看的變量或寄存器值，包括程序中定義的變量、定時器/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值、I/O接口狀態(tài)等，雙擊變量的當(dāng)前值可以改變它。圖43 調(diào)試界面窗口 查看存儲器區(qū)域Keil μ Vision允許區(qū)域性的觀察和修改所有的存儲器數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是由軟件模擬得到的。由于MCS51單片機(jī)的存儲器資源可以被劃分成4個區(qū)域：內(nèi)部可直接尋址RAM區(qū)data、內(nèi)部間接尋址RAM區(qū)idata、外部RAM區(qū)xdata、程序存儲器ROM區(qū)code。為了區(qū)分這些區(qū)域，Keil μ Vision將它們分別表示為D、I、X、C。例如，D：0x00表示內(nèi)部直接可尋址RAM區(qū)從0x00處開始的存儲單元。通過這種表示方法，可以準(zhǔn)確描述我們想要觀察或修改的存儲區(qū)域。結(jié) 論本設(shè)計(jì)循跡小車在白色地板上循黑線行走，由于黑線和白色地板對光線的反射系數(shù)不同，根據(jù)接收到的反射光的強(qiáng)弱來判斷“道路”。本設(shè)計(jì)中采用紅外探測法。紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的位置和小車的行走路線。智能小車應(yīng)用前景廣闊，它可以按照預(yù)先設(shè)定的模塊在一個特定的環(huán)境里自動的運(yùn)行，可運(yùn)用于科學(xué)勘探等用途，無需人為的管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或更高的目標(biāo)。智能機(jī)器人正在代替人們完成這些任務(wù)，凡不宜有人直接承擔(dān)的任務(wù)，均可由智能機(jī)器人代替，可以適應(yīng)不同環(huán)境，不受溫度、濕度等條件的影響，完成危險地段，人類無法介入等特殊情況下的任務(wù)，智能小車就是其中的一個體現(xiàn)。智能車輛又稱為輪式移動機(jī)器人，是移動機(jī)器人的一種，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動駕駛等多種功能于一體的綜合體統(tǒng)。如果將以上技術(shù)引用到現(xiàn)實(shí)生活中，可以使我們的未來生活變得更加智能。除了潛在的軍用價值外，還可以應(yīng)用于科學(xué)研究、地質(zhì)勘探、危險搜索、智能救援等，其在交通運(yùn)輸中的應(yīng)用前景也受到西方國家的普遍關(guān)注。參考文獻(xiàn)[1] 鄧興成，［M］. 成都：電子科技大學(xué)出版社，2004..[2] 呂敏. 基于51單片機(jī)電動智能小車設(shè)計(jì)[D]..[3] 田玉，周維華. 單片機(jī)應(yīng)用——智能循跡小車設(shè)計(jì)[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，學(xué)術(shù)論壇：152.[4] 朱濤. 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