小车自动遍历设计浅谈

葛亦斌 盛蒙蒙 马 栋 邱 烨

[摘要]系统的控制部分以单片机为核心，通过对前向通道各种传感器信号的采集、处理，较好地实现后向通道驱动及转向电机的运动控制和相关信息的女l理。系统采用AT89C52为中心控制器，实现电动车的智能控制功能。整个电动车智能控制系统包括：上位机实时模拟系统，主控制系统和各种标志的传感器检测系统三大部分。检测控制系统通过各传感器检测引导线、障碍物和光源等控制信号，并送入单片机，单片机判断、处理后，控制MOTORI(左轮驱动电机)和MOTOR~(右轮驱动电机)，以达到控制电动车行进方向的目的a在正向行驶时，当传感器检测到路口口时进行左转。倒退过程中时，也将行进方向作为前方，当检测到蹿口口时进行左转。

[关键词]光电传感器自动遍历出错控制

中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1671—7597(2009)1020044--01

一、引言

小车自动遍历是为了让小车能够自动的循迹行驶完所有的标志点，实现小车识别路线，判断路口，选择正确的行进路线，最后返回到初始点。导引方式采用与地面颜色差别较大的引导线，使用反射式光电传感器，驱动电路为直流电机，控制方式为单向的pwm开环控制，控制的核心是8051单片机。由于小车在行驶的路线过程中不能标志驶过的路线，因此会有一定得重复路线。在实际中最常用的是十字路口和三岔路口，并且受到传感器的限制，本次设计主要针对小于4个路口的线路，各个路口也必须得成直角才能被传感器识别。小车按指定路线运行，自动区分直线轨道和弯路轨道，在指定弯路处拐弯，实现灵活前进、转弯、倒退等功能。

对于遍历小车控制系统的设计主要有三个方面：一是控制电路；二是传感器的安放设计；三是程序算法设计。

二、控制电路

(一)直流电机驱动电路。这里的循迹是指小车在黑色地板上循白线行走，通常采取的方法是红外探测法。红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体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，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，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，小车上的接收管接收不到红外光。单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过3cm。

(二)光电传感器电路。光电传感器接受到的是微弱的电信号，必须先通过放大器电路进行电压的放大，然后通过光电隔离得出稳定的高低压信号，为了在测试的时候方便观察，在检测到的电压信号中并接一个小灯。共有5个传感器：将三个传感器分布安装成三角型，在两底角下在对称安装两个。

(三)硬件寻迹光电对管的安装。考虑到设计要求，本次设计仅用7对光电传感器就能完成设计要求，中间四对传感器用来校正小车的寻迹路线，保证小车运行的直线性。两侧的传感器用来检测小车过线，可以实现小车的转弯和小车走过的方格的计数。当车体中间通过白线时，小车在相应的坐标方向上加一计数。车轮处的传感器记录小车的运行速度和里程数。

键盘电路：该项功能主要是通过扫描键盘通过接受到的不同的电压来区别不同的功能，我在这里主要用到的是2x4的键盘，主要有：停止，前进，后退，速度1，速度2，速度3，速度4，速度5这些功能。

动态扫描占用了cpu的工作时间，虽然在此设计中没有多大的影响，但在实物演示的时候有些影响小车的实时性，对精度要求较高的场合最好运用中断。

该项功能主要是通过程序读取外界得来的信号来完成电机的不同加速，停止，和后退，观察电机上的数字就可以看出电机的速度。

由于在protuse的仿真中没有传感器，只能通过按键来模拟检测到的仿真信号，通过读取键盘的不同值模拟传感器的功能，主要用到4个传感器，左边两个，右边两个，相互对称。分别为左一，左二，右一，右二。当左一和右一检测到有信号时点击开始以一定的速度减速，当左二，右二检测到有信号时点击开始以更快的速度减速。进行软件模拟成功。

三、软件设计

(一)传感器数据处理及寻迹程序流程。我们用一个字节来代表车底的5个光电传感器。用每一个位来代表当前传感器的检测状态。我们把小车直线行进时分成三种状态，当中间四个传感器都检测到白线时，小车在跑道的正上方，这时控制两电机同速度全速运行。当检测到有一个传感器或者同侧的两个传感器偏出白线时，小车处于微偏状态，这时将一个电机速度调慢，另一电机速度调快，完成调整。当检测到有三个电机偏出时，小车处于较大的偏离状态，这时把一个电机的速度调至极低，另一电机全速运行，从而在较短时间内完成路线的调整。

用这种三级调速的寻迹算法同单纯的判断检测到对管的位置并作出判断的方法相比，程序思路清晰，程序执行结果较好。

该检测传感器子程序如下：获取各个传感器的电平一>转化为小车偏离状况：当偏离较大时调整函数：当未偏时直行函数；当微偏是微调函数；当十字路口时转弯函数：当三岔路口时转弯函数。

(二)算法实现。本次设计的调速主要是通过pwm进行调速，通过改变pwm的占空比来改变电机的平均电压，以方便进行电机的调速。

在正向行驶时，当传感器检测到路口时进行左转。倒退过程中时，也将行进方向作为前方，当检测到路口时进行左转。

四、缺陷和限制

在软件中已近基本能够完成小车的自动寻迹，但由于传感器的限制，不能很好的看到仿真的效果，要确定它的实际特点就必须进行实物的设计。在规定的线路上进行测试。

十字路口和三岔路口必须做到直角，这样传感器就可以检测到信号。供电电压不稳定，易导致小车车速不稳定，则距离不好控制；另外路线固定不变，不能应对意外事件，而且想要准确跑完全程对于电动车的起始位置、直线行进参数、转弯半径进行精密测量和计算，智能化差。

由于条件有限，存在传感器误差；电机转速的误差使两个相同型号的电机的转速可能保持完全同步。

五、系统出错处理设计

补救措施说明故障出现后可能采取的变通措施，包括：恢复及再启动技术说明将使用的恢复再启动技术，使软件从故障点恢复执行或使软件从头开始重新运行的方法：可进行复位；运用pcb板具有更好的稳定性：运用看门狗函数，当程序跑偏可进行复位设置；不断对程序的改进。

六、分析结果讨论

在软件的设计中完成了检测不同的传感器信号进行调速，和不同的键盘来完成电机的调速，也可以将键盘的函数改成无限模块的设计，就可以进行远距离的调速。