摘 要：文章設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了以單片機(jī)為核心，采用位置反饋傳感器、紅外對射、反射傳感器、光敏傳感器以及金屬探測傳感器等多種傳感技術(shù)的智能玩具電動車。采用了簡單的人工智能技術(shù)，使用模糊控制方案，完成了自動尋跡等功能。

關(guān)鍵詞：智能玩具電動車；單片機(jī)；傳感技術(shù)

1 概述

文章在普通玩具電動車的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，采用雙直流電機(jī)分別完成轉(zhuǎn)向和驅(qū)動控制的功能，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了以單片機(jī)為核心，利用位置反饋傳感器、紅外對射、反射傳感器、光敏傳感器以及金屬探測傳感器等多種傳感技術(shù)，使用簡單的人工智能技術(shù)和模糊控制方案，完成自動尋跡，變速行駛，姿態(tài)調(diào)整，多檔方向控制，正向逆向行駛，狀態(tài)記憶，彎道尋跡運(yùn)行，繞過障礙物行駛，準(zhǔn)確進(jìn)入車庫并停車，實(shí)時(shí)探測金屬薄片存儲相關(guān)信息并發(fā)出聲光信號，以及測量全程時(shí)間等多個(gè)智能化功能。

借鑒了車輛制動裝置ABS（自動防抱死）功能，將整個(gè)剎車過程分割為幾個(gè)子過程，有效防止了輪胎打滑。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個(gè)智能玩具電動車系統(tǒng)完成從外部環(huán)境獲取信息，并把所獲取的信息轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠識別的有效信號，然后單片機(jī)控制系統(tǒng)對雙直流電機(jī)和顯示部分進(jìn)行控制，再轉(zhuǎn)化為智能玩具電動車的具體行為，整個(gè)過程運(yùn)用了簡單的人工智能技術(shù)。

2.1 電機(jī)部分

采用普通玩具電動車上自帶的雙直流電機(jī)分別負(fù)責(zé)智能玩具電動車的驅(qū)動和轉(zhuǎn)向的功能，依據(jù)外圍紅外反射傳感器所采集到的信息可以補(bǔ)足直流電機(jī)定位不準(zhǔn)的缺點(diǎn)，同時(shí)紅外反射傳感器的使用還能實(shí)現(xiàn)比較準(zhǔn)確的尋跡行駛，用較好的控制算法及特色硬件來提高智能玩具電動車的整體性能，具有很高的性能/價(jià)格比。

2.2 電機(jī)控制部分

采用簡單的門電路構(gòu)成譯碼電路，使用89C52單片機(jī)[1]直接控制雙直流電機(jī)。單片機(jī)用位控技術(shù)完成其他控制功能。雖然這樣占用了單片機(jī)很多資源，但是對于能源要求很高的本系統(tǒng)來說，這在很大程度上保證了系統(tǒng)的正常工作，而且能大幅度節(jié)省能源。避免了大量使用繼電器所消耗能源過大的缺點(diǎn)。提高了智能玩具電動車的使用時(shí)間，達(dá)到節(jié)能的目的。

2.3 顯示部分

采用液晶顯示板來完成顯示的功能。液晶與數(shù)碼管相比有諸多優(yōu)點(diǎn)，如消耗電能特別小、能顯示多行漢字等。

2.4 探測及繞開障礙物檢測

為提高探測信號準(zhǔn)確性和抗干擾性，設(shè)計(jì)采用了光敏傳感器，直接根據(jù)誘導(dǎo)光源的信號進(jìn)行判斷。光敏傳感器擁有很高的靈敏度，為了抗干擾還可以把光敏傳感器預(yù)先進(jìn)行特殊處理，采用多光敏傳感器結(jié)構(gòu)。

2.5 電源部分

設(shè)計(jì)采用了雙電源供電，將直流電動機(jī)驅(qū)動電源與芯片和傳感器的電源完全隔離。既可以保證芯片正常工作，也足以滿足為多種傳感器供電的目的。

3 設(shè)計(jì)原理分析

3.1 按引導(dǎo)線行駛

根據(jù)不同位置紅外反射傳感器采集到場地的信號，單片機(jī)控制智能玩具電動車前輪的轉(zhuǎn)向，以達(dá)到尋跡的目的。尋跡行駛過程中使用增量控制方案。為了防止智能玩具電動車在拐彎的過程中偏離軌道的程度太大，本系統(tǒng)采用一定步進(jìn)的增量調(diào)節(jié)速度方式。單片機(jī)便能依據(jù)這些信號對智能玩具電動車的姿態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。再加上智能玩具電動車的前輪具有方向鎖死的功能，這樣，在紅外反射傳感器和前輪位置反饋傳感器探測到的信息和單片機(jī)控制的有機(jī)結(jié)合之下，智能玩具電動車按照引導(dǎo)線行走的穩(wěn)定性和可靠性得到了很大的保障。

3.2 正逆向行駛

集成功率芯片L293B的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個(gè)橋式電路，使用L293B驅(qū)動后輪電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。

3.3 脈寬調(diào)制調(diào)節(jié)速度

可以通過調(diào)節(jié)電阻和電容的大小改變振蕩電路的周期。利用可控電位計(jì)X9312的變阻功能，實(shí)現(xiàn)定頻調(diào)制脈寬。電機(jī)速度由不同占空比的PWM[3]信號來調(diào)節(jié)。

3.4 光誘導(dǎo)行駛

經(jīng)特殊改制的光敏傳感器接受到200W白熾燈發(fā)出的強(qiáng)光時(shí)，智能玩具電動車在強(qiáng)光源的引導(dǎo)之下向前行駛。智能玩具電動車前頭三個(gè)光敏傳感器呈扇形分布，中間光管與兩邊光管的夾角都為60度，接收光管都經(jīng)過了加導(dǎo)光管等一些特殊處理，三個(gè)接收管采集到光源信號會給出光源的具體方向參數(shù)，這就為智能玩具電動車的正確轉(zhuǎn)向提供了可靠的保證。

4 傳感器

傳感器[3]是必不可少的信號接收和發(fā)射裝置，它們負(fù)責(zé)采集所有外部環(huán)境的各種信息，基本上智能玩具電動車的每一個(gè)動作和每一個(gè)姿態(tài)都和傳感器有著密切的關(guān)系。

4.1光敏傳感器

亦稱光電傳感器，它是一種能量轉(zhuǎn)換器件，是利用各種手段將光能量變換成相應(yīng)的電信號的器件，即把入射電磁輻射能量轉(zhuǎn)換成電能，然后通過對電能信號的測量了解輻射源的大體性質(zhì)（在本系統(tǒng)中，主要為光源位置）。

4.2 紅外反射傳感器

車前輪處的三個(gè)橫向排列的紅外反射傳感器是用來探測引導(dǎo)線的，兩個(gè)相鄰傳感器之間有一定的距離，當(dāng)路面信息改變時(shí)，左中右三個(gè)傳感器將反饋回不同的信息。

4.3 金屬探測傳感器

該部分是利用渦流原理來解決的。當(dāng)探測器遇到金屬薄片時(shí)，振蕩電路的頻率將產(chǎn)生相應(yīng)的改變，以示出金屬物體（鐵片）被檢測到。

4.4 紅外對射傳感器

后輪處紅外對射傳感器是用來測量智能玩具電動車行駛速度的傳感器。該傳感器的對射口與小車后輪電機(jī)的一個(gè)碼盤成90度，該碼盤的齒寬足以擋住對射口，當(dāng)碼盤隨車軸一起轉(zhuǎn)動時(shí)，紅外對射管就會測到不連續(xù)的信號。

5 結(jié)束語

文章設(shè)計(jì)的智能玩具電動車，實(shí)現(xiàn)了在尋跡的過程中完全達(dá)到了不脫離引導(dǎo)線的良好效果。

參考文獻(xiàn)

[1]沈德金，陳粵初，等.MCS-51系列單片機(jī)接口電路與應(yīng)用程序?qū)嵗齕M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1991，4.

[2]Howard M. Berlin，Guide to CMOS Basics， Circuits & Experiments Howard M.Berlin，Ltd.

[3]蘇鐵力，等.傳感器及其接口技術(shù)[M].北京：中國石化出版社，2000.

作者簡介：齊楠，工程師，畢業(yè)于浙江大學(xué)信息學(xué)部控制科學(xué)與工程系控制理論與控制工程專業(yè)，碩士研究生。現(xiàn)就職于遼寧省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，主要從事電子電氣產(chǎn)品的檢測與研究。