【正文】 由于小車的循跡原理和數(shù)量的限制，小車在直 線行駛時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)完全不擺頭的情況。 以上 3個(gè)狀態(tài)在 1s內(nèi)只能夠觸發(fā)一次，當(dāng)小車再次進(jìn)入此狀態(tài)時(shí)，小車將會(huì)停止。 隨后，小車進(jìn)入 100ms的低速后退，此階段主要是為了防止小車速度太快時(shí)，減速后，小車沖過(guò)頭。 懸崖停車功能 當(dāng)小車的傳感器檢測(cè)到所有傳感器都沒(méi)有收到反射信號(hào)時(shí)，小車將會(huì)迅速速停車。后進(jìn)入一般轉(zhuǎn)向模式 (小角度轉(zhuǎn)向模式 )。當(dāng)適應(yīng)道路為 2cm時(shí)， 90176。 //右電機(jī)往后 } /************************************************************************/ 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 如圖 17所示： 23 測(cè)試小車照片 圖 17 測(cè)試 后發(fā)現(xiàn)小車基本可以穿過(guò)復(fù)雜軌道，即使在直角，大角度拐彎，十字路口依然可以完成循跡功能。 Left_moto_go 。 P0= table[6]。 push_val_right=6。 //右電機(jī)往前 Left_moto_back。 state= 2。 P2 = 0xfc 。 方法二 在程序中進(jìn)行改進(jìn)，將轉(zhuǎn)向時(shí)一邊電機(jī)停止改成一邊電機(jī)后退，此方案，效果非常明顯，有效的解決了電機(jī)扭矩小的問(wèn)題 /************************************************************************/ void leftrun(void) { push_val_left=6。此方法成本適中，精度較高，易于控制。同理，轉(zhuǎn)向時(shí)低扭矩帶來(lái)的影響使得小車轉(zhuǎn)向時(shí)即使設(shè)置（例如左 5 右 0）速度理論上可行，實(shí)際上也會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)向較慢，容易沖出跑道等現(xiàn)象。 } } （ 3）、 電機(jī)精度較差和扭矩較小。 Left_moto_back。 P2 = 0xf6。 代碼如下 /************************************************************************/ //慣性抑制 void back(void) { if(push_val_back==0) { push_val_left=5。使得小車在短時(shí)間內(nèi)速度降低。產(chǎn)生的效果相當(dāng)于急剎車。 ○ 2 程序?qū)T性產(chǎn)生的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)。降低小車的速度可以延長(zhǎng)傳感器和單片機(jī)處理信號(hào)的時(shí)間，并且由于速度降低，慣性對(duì)于小車轉(zhuǎn)向行駛的影響會(huì)減少。 為了減輕速度對(duì)轉(zhuǎn)向的影響，可以采用以下幾種解決方案。 //右電機(jī)往前走 Left_moto_back 。 state= 2。 P2 = 0xfe。 //右電機(jī)慢走 } /************************************************************************/ //左小轉(zhuǎn) void l_leftrun(void) { 21 push_val_left=2。 Left_moto_go 。 P0= table[6]。 push_val_right=2。 else if(state==3) rightrun。 //左電機(jī)往前走 Right_moto_go 。 P0= table[2]。 0最小， 20 最大 push_val_right=2。 增加的代碼： /************************************************************************/ //慢速前進(jìn) void l_run(void) { if(state==1) { push_val_left=2。比如，在直角轉(zhuǎn) 20 彎時(shí)，小車需要一個(gè)比較大的轉(zhuǎn)向速率，而如果使用比較大 的轉(zhuǎn)向速率又可能使得小車在直線行駛的時(shí)候，產(chǎn)生一個(gè)嚴(yán)重的擺頭情況。 MCS51 單片機(jī)中8 位機(jī)和 1 位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相承，它 是單片機(jī)技術(shù)上的一個(gè)突破，這也是 MCS51 單片機(jī)在設(shè)計(jì)的精美之處。特別值得一提的是該單片機(jī) CPU 中的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的 1 位微計(jì)算機(jī)，這個(gè)一位微計(jì)算機(jī)有自己的 CPU、位寄存器、 I/O 口和 指令集。實(shí)際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)具有特殊功能的 RAM 區(qū)。 ○ 7 、 I/O 口 P1 口、 P2 口、 P3 口、 P4 口為 4 個(gè)并行 8 位 I/O 口。 ○ 6 、 串行口 1 個(gè)全雙工的串行口，具有四種工作方式。 ○ 4 中斷系統(tǒng) 14 具有 5 個(gè)中斷源， 2 級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。 ○ 2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 片內(nèi)為 128 個(gè)字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至 64k 字節(jié)，用來(lái)存儲(chǔ)程序在運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。但對(duì)各種功能部 件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、并行 I/O 口、串行口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤顯示器﹑打印機(jī)﹑ A/D﹑ D/A 轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。當(dāng)電源接通時(shí)，紅色電源指示燈點(diǎn)亮； 具有 3mm的螺絲孔，便于固定、安裝； 電路板尺寸： * 每個(gè)模塊在發(fā)貨已經(jīng)將閾值比較電壓通過(guò)電位器調(diào)節(jié)好，非特殊情況，請(qǐng)勿隨意調(diào)節(jié)電位器。GNDGND。小面積物體距離小 ,大面積距離大。 傳感器主動(dòng)紅外線反射探測(cè) ,因此目標(biāo)的反射率和形狀是探測(cè)距離的關(guān)鍵。 ○2 模塊參數(shù)說(shuō)明 1 當(dāng)模塊檢測(cè)到前方障礙物信號(hào)時(shí)，電路板上綠色指示燈點(diǎn)亮電平，同時(shí) OUT端口持續(xù)輸出低電平信號(hào) ,該模塊檢測(cè)距離 2～ 30cm，檢測(cè)角度 35176。 實(shí)物圖如圖 111所示 : 圖 111 (2)、模塊的相關(guān)參數(shù)介紹 ○1 模塊描述 12 該傳感器模塊對(duì)環(huán)境光線適應(yīng)能力強(qiáng)，其具有一對(duì)紅外線發(fā)射與接收管，發(fā)射管發(fā)射出一定頻率的紅外線，當(dāng)檢測(cè)方向遇到障礙物（反射面）時(shí)，紅外線反射回來(lái)被接 收管接收，經(jīng)過(guò)比較器電路處理之后，綠色指示燈會(huì)亮起，同時(shí)信號(hào)輸出接口輸出數(shù)字信號(hào)（一個(gè)低電平信號(hào)），可通過(guò)電位器旋鈕調(diào)節(jié)檢測(cè)距離，有效距離范圍 2～ 30cm，工作電壓為 。此套紅外光電傳感器固定在底盤前沿，貼近地面。該電路包括一個(gè)紅外發(fā)光二極管、一個(gè)紅外光敏二 極管及其上拉電阻。見圖 電動(dòng)車的方 向檢測(cè)電路 (a)。 C ? 電路圖 6如下： 圖 6 真值表 見圖 7（所有芯片） 輸入 輸出 Y A EN H H H L H L X L Z 圖 7 注： 在熱關(guān)斷模式下，輸出的是高阻態(tài)，而不管輸入電平。 L293和 L293D的工作溫度是從 0176。 L293，外部輸出為高速鉗位二極管，應(yīng)使用電感的瞬態(tài)抑制。當(dāng)使能輸入為低，這些驅(qū)動(dòng)器被禁用其輸出關(guān)閉，在高阻抗?fàn)顟B(tài)。啟用 1,2 EN驅(qū)動(dòng)器和 3,4 EN驅(qū)動(dòng)器。兼容所有的 TTL輸入。 L293是提供雙向驅(qū)動(dòng)電流高達(dá) 1 A，電壓是從 V至 36 V的； L293D提供雙向驅(qū)動(dòng)電流高達(dá) 600毫安，電壓是從 V至 36 V的。我組采用的是以 L293D芯片為核心的驅(qū)動(dòng)電路。 讓兩個(gè)電機(jī)直線行駛狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速盡量相同 ， 有利于減少循 跡時(shí)鴨子步和擺頭的情況。 10% rpm （ 3）、 性能介紹 直流碳刷價(jià)格便宜驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，但是受限于其電機(jī)轉(zhuǎn)軸以及外側(cè)輪胎的加工精度，在驅(qū)動(dòng)時(shí)，不容易實(shí)現(xiàn)完全相同的速度。 （ 2）、 實(shí)物圖如圖所示： 圖 3 減速齒輪箱 +直流電機(jī) 相 關(guān)參數(shù)： 8 電壓 空載電流 空載轉(zhuǎn)速 6V ≤ 200mA 200177。當(dāng)左輪比右輪轉(zhuǎn)的慢的時(shí)候小車向左轉(zhuǎn)。 二、硬件設(shè)計(jì) 直流減速電機(jī) （ 1）、 基本原理 直流減速 電機(jī)可以根據(jù)兩端的電壓的大小或者利用 pwm波和正負(fù)實(shí)現(xiàn)速度和方向的改變。 FPGA可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，集成度高，體積小，穩(wěn)定性好， IO口資源豐富，易于 進(jìn)行功能擴(kuò)展，處理速度快，常用于大規(guī)模實(shí)時(shí)性要求較高的系統(tǒng)，但價(jià)格高，編程實(shí)現(xiàn)難度大。在單芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU和系統(tǒng)可編程Flash，使得 AT89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案， 該 系列的單片機(jī)可以在線編程、調(diào)試，方便地實(shí)現(xiàn)程序的下載與整機(jī)的調(diào)試，并且價(jià)格便宜。 控制器的選擇 方案一： AT89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制器。剛買的 5號(hào)電池測(cè)得電壓為 ， 4節(jié)就是 ，單片機(jī)需要 5V電源，因此用 7805穩(wěn)壓到 5V后供電，但是其放電電流不大，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很慢，而且在使用過(guò)程中，其電壓會(huì)明顯降低，普通 5號(hào)電池會(huì)降到 以下，這樣導(dǎo)致經(jīng)過(guò) 7805穩(wěn)壓后電壓小于 5V，完全無(wú)法帶動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)正常工作，因此放棄該方案。這個(gè)電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，容易得到，而且能夠重復(fù)使用。經(jīng) 7805穩(wěn)壓后給單片機(jī)供電，而 壓可直接接在 L298驅(qū)動(dòng)芯片上作為兩個(gè)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 電壓。但需要很長(zhǎng)的線，這樣導(dǎo)致無(wú)法在室外工作。能直接為單片機(jī)提供穩(wěn)定的 +5V直流電壓。 基于以上的分析，建議電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路選擇方案三。 L293D中有兩套 H橋電路，剛好可以控制兩個(gè)電機(jī)。這個(gè)電路的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，易損壞，壽命較短，可靠性不高。更主要的問(wèn) 題在于一般電動(dòng)機(jī)的電阻比較小，但電流很大，分壓不僅會(huì)降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的選擇 方案一：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速目的。但步進(jìn)電機(jī)的抖動(dòng)比較大，輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)，價(jià)格還比較昂貴，所以這里不采用此方案。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的精密執(zhí)行原件。直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，響應(yīng)快速，體積小，重量輕，直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速 平滑、方便，調(diào)整范圍廣；過(guò)載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn) ,能滿足各種不同的特殊運(yùn)行要求，價(jià)格便宜。此時(shí)，傳感器信號(hào)發(fā)生改變，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。 6 單 片 機(jī)右 輪傳 感 器左 輪 驅(qū) 動(dòng) 模 塊電 源返 回 檢 測(cè) 信 息顯 示 模 塊 圖 2 整體框圖 如圖， 當(dāng)傳感器檢查到的信號(hào)發(fā)生改變時(shí)，會(huì)發(fā)送高低電平給單片機(jī)的 I/O口，單片機(jī)通過(guò)不斷的掃描這些信號(hào)來(lái)獲得小車當(dāng)前的狀態(tài)信息。 關(guān)鍵詞 ： AT89C51 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 PWM 波 紅外光傳感器 自動(dòng)循跡 PID 5 一、設(shè)計(jì)方案 （一）、總體設(shè)計(jì) 智能小車采用 的動(dòng)力整體結(jié)構(gòu)如下圖，當(dāng)傳感器收到信號(hào)后，單片機(jī)系統(tǒng)會(huì)對(duì)采集到的信息進(jìn)行判斷，輸出信號(hào)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，改變左右兩邊的車輪的轉(zhuǎn)速使智能小車直行或轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)循跡的功能 。在完成的既定的路線的基礎(chǔ)上，我們也進(jìn)行了很多的測(cè)試，小車的速度有了很大的提高 。利用放置在小車前方的 4 個(gè)光電對(duì)管將檢測(cè)到的信號(hào)送到單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行分析判斷，利用單片機(jī)生成的 PWM波來(lái)及時(shí)控制 2 個(gè)電動(dòng)機(jī)各自的運(yùn)行狀態(tài)，從而使小車沿著黑色軌跡自動(dòng) 行駛，實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)循跡的目的。本設(shè)計(jì)包括電源模塊、微處理器控制模塊、循跡模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。小于 180176。它 兼有面向高速公路和一般道路的功能，目前已經(jīng)能夠在校園的非結(jié)構(gòu)化道路環(huán)境下，進(jìn)行道路跟蹤和避障自主行駛。 相比于國(guó)外，我國(guó)開展智能車