高永勝

【摘要】 智能作為現(xiàn)代的新發(fā)明，是以后的發(fā)展方向，它可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個環(huán)境里自動的運作，不需要人為的管理，可應(yīng)用于科學(xué)勘探等用途。我們通過軟件編程實現(xiàn)它的行進、停止的精確控制，并再次尋找到原來的軌道。

【關(guān)鍵詞】 智能小車 自動運作 尋找軌道

【中圖分類號】 G712 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2015）01-076-02

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一、功能說明

基本功能：小車能夠在設(shè)計的線路上完成尋跡功能

二、方案論證

以AT89S51單片機為核心的控制電路，采用模塊化的設(shè)計方案，運用傳感器檢測電路，實現(xiàn)小車在行駛中自動尋跡。并將循跡過程中等數(shù)據(jù)傳至單片機進行處理，然后由單片機根據(jù)所檢測數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電動小車的智能化控制。

三、各模塊設(shè)計

電路分為電源模塊、單片機系統(tǒng)模塊、電機驅(qū)動板、尋跡模塊。

智能小車運行基本原理框圖見圖1。

圖1

1. 電源模塊

采用6節(jié)1.2V干電池供電，電壓達到7V左右給直流電機供電，然后用7805降壓、穩(wěn)壓后給單片機系統(tǒng)供電。

2. 單片機系統(tǒng)模塊

本系統(tǒng)采用AT89S51單片機作為中央處理器。其主要任務(wù)是在小車行走過程中不斷讀取傳感器采集到的數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)進行處理后，來控制小車行走，同時將相關(guān)數(shù)據(jù)送顯示單元動態(tài)顯示。

單片機是把中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O接口電路、定時/計數(shù)器以及輸入輸出適配器都集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機。它的優(yōu)點是體積小，可放在儀表內(nèi)部，且單片機內(nèi)部有可以多次重復(fù)編程的閃爍ROM，并且閃爍ROM可以直接用編程器來擦寫，使用起來比較方便。

在本系統(tǒng)中，AT89S51單片機的P0口用于數(shù)碼顯示，P2.4 P2.5 P2.6 P2.7口用于電動機的PWM驅(qū)動控制，P1.0 P1.1 P1.2口用于探測軌跡，P2.1 P2.2 P2.3用于LED提示，P2.0用于倒車顯示和蜂鳴器報警。

3. 探測軌跡模塊

為了保證小車沿黑線行駛，采用了兩個檢測器并行排列，左右方向都可以進行控制，控制精度得以提高。在小車行走過程中，結(jié)合查詢方式，通過程序控制小車行走軌跡。如果左方向偏離黑線，則右側(cè)的探頭就會檢測到黑線，把信號傳送到單片機，進行處理校正?？刂破湎蛴肄D(zhuǎn)；如果右方向偏離黑線，則左側(cè)的探頭就會檢測到黑線，把信號傳送到單片機，進行處理校正?？刂破湎蜃筠D(zhuǎn)。從而保證小車沿黑線行駛。采用TK-20黑白線檢測傳感器在本設(shè)計中，要求電動小車沿著路面的黑色軌道行駛。其探測路面黑線的基本原理：光線照射到路面并反射，由于黑線和白紙對光的反射系數(shù)不同，可以根據(jù)接收到的反射光強弱來判斷是否是黑線。利用這個原理，可以控制電動小車行走的路跡。

根據(jù)黑色和白色路面對光的反射程度不同，白色反射程度強，而黑色反射程度弱。我們采用TK-20黑白線檢測傳感器，其有效探測距離達5cm。通過調(diào)節(jié)電位器，最遠可以達到10cm，受可見光干擾小，輸出信號為開關(guān)量，信號處理簡單，使用非常方便。

使用注意事項：

（1）該傳感器為開關(guān)量傳感器，輸出為TTL電平，可以直接和單片機連接，但需要在輸出端加上拉電阻（如不加上拉電阻會出現(xiàn)不規(guī)則電平輸出）。

（2）一定不要把線接錯，否則容易燒掉傳感器。

4.電動機驅(qū)動模塊

為了電路設(shè)計簡單，采用電機專用驅(qū)動芯片L298，其驅(qū)動電流大，瞬時電流最高可達2A，為電機驅(qū)動專門設(shè)計，工作穩(wěn)定可靠。

L298是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動電路?？梢苑奖愕尿?qū)動兩個直流電機，或一個兩相步進電機。

本實驗裝置我們選用驅(qū)動一臺電動機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)。EnA，EnB接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。

根據(jù)直流電機穩(wěn)態(tài)運行方程式：

U=CeФN+RaIa

其中：Ф為電機每極磁通量；Ce為電動勢常數(shù)；

N為電機轉(zhuǎn)數(shù)；Ia為電樞電流；Ra電樞回路電阻。

電機轉(zhuǎn)數(shù)N為0，電機的電流急劇增加，時間過長將會使電機燒壞。但電機起動時，電機中線圈中的電流也急劇變大，因此我們必須把這兩種狀態(tài)分開。長延時電路可把這兩種狀態(tài)區(qū)分出來。長延時電路工作原理：當(dāng)Rs1過流U5A產(chǎn)生一個負脈沖經(jīng)過微分后，脈沖觸發(fā)555的2腳，電路置位，3腳輸出高電平，由于放電端7腳開路，C1，R5及U6A組成積分器開始積分，電容C1上的充電電壓線性上升，延時運放積分常數(shù)為100R5C1。當(dāng)C1上充電電壓，即6腳電壓超過2/3VCC，555電路復(fù)位，輸出低電平。電機啟動時間一般小于0.8s，C1充電時間一般為0.8～1s。U5A輸出電平與555的3腳輸出電平經(jīng)U7相或，如果U5A輸出低電平大于C1充電時間，U7在C1充電后輸出低電平由與門U8輸入到L298的6腳ENA端使電機停止。如果U5A的輸出電平小于C1充電時間，6腳不動作電機的正常啟動。長延時電路吸收電機啟動過流電壓波形，從而使電機正常啟動。

單片機系統(tǒng)需要接收路徑識別電路的信號，采用某種路徑搜索算法進行尋線判斷，進而控制舵機和直流驅(qū)動電機的工作。小車系統(tǒng)的硬件部分讀者可以自行利用Proteus仿真。也可自行購買實物焊接制作。軟件部分讀者可以參考類似單片機案例自行采用C語言并利用Keil編程軟件實現(xiàn)。

總結(jié)

在硬件設(shè)計中，開始一個模塊設(shè)計之前和完成一個模塊設(shè)計之后都要進行測試。在動手之前務(wù)必查清楚所用元件資料，在稍微復(fù)雜一點的電路設(shè)計之前可以先搭建其中的一部分電路，測試一下是否正常，然后再進行總的電路設(shè)計。這樣循序漸進的進行設(shè)計可以節(jié)省時間保證電路的正確性。因此硬件設(shè)計完成之后首先需要測試硬件能夠正常工作，這樣在遇到問題時才能夠排除硬件的干擾找出問題的所在。不足之處在于本例還是停留在仿真階段，具體實物制作與軟件編程沒有編入其中。讀者可以據(jù)提供的思路自行改進！

[ 參 考 文 獻 ]

[1]郭天祥.51單片機C語言教程.[M]電子工業(yè)出版社.2009.

[2]周志德.單片機原理與應(yīng)用.[M]高等教育出版社.2001.