智能寻迹小车设计

在历届全国大学生电子设计竞赛中，多次出现了集光、机、电一体的简易智能小车题目，如寻迹小车、坦克打靶小车。另外，在很多职业院校，单片机课程的教学也选择了小车这个载体。

本任务是设计一款基于51单片机、ST188红外传感器、L298电机驱动芯片的智能寻迹小车，最后完成在模拟环境中的寻迹、定位等功能。

1．任务要求设计并制作一款智能寻迹小车，其行驶路线如图9-35所示。

基本要求如下：

(1)寻迹小车从起跑线出发（车体不得超过起跑线），沿引导线（黑色电工胶带）行驶，到达“十”或“T”形路口（标识物）时停车lOs，然后继续行驶，直到跑完全程。

(2)寻迹小车完成上述任务后应立即停车。全程行驶时间不能大于180s，行驶时间达到180s时必须立即自动停车。

2．方案设计1)寻迹原理这里的“寻迹”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。

它利用红外线在不同颜色的物体表面TMP82C55AM-10.html" target="_blank" title="TMP82C55AM-10">TMP82C55AM-10具有不同反射性质的特点，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。单片机以是否收到反射回来的红外光为依据确定黑线的位置和小车的行走路线。红外探测器探测的距离有限，一般最大不应超过3cm。

2)总体方案根据设计要求，本系统主要由电源模块、51单片机控制器模块、寻迹传感器模块、电压比较模块、直流电机及其驱动模块等模块构成。

各组成部分的作用如下。

(1)电源模块：+6V直流电源为电机驱动部分提供工作电源。+5V直流电源为传感器模块、比较器模块，以及单片机最小系统提供工作电源。

(2)传感器模块：传感器好比小车的“眼睛”，小车在沿轨迹引导线行驶过程中可能会遇到“十”或“T”形路口、正常行驶、向右偏离轨道和向左偏离轨道等几种状态。在不同的状态下需做出不同的下一步动作。

(3)比较器模块：传感器电路输出的信号是模拟信号，不宜直接送51单片机处理。

在传感器模块与单片机之间加上比较器，其目的就是将模拟信号转换为单片机可以处理的TTL电平。

(4)电机驱动模块：小车需要完成“前进”、“后退”、“左转”、“右转”和“停止”五个基本动作，这些都需要由单片机控制驱动模块来实现，同时它还为电机提供足够的工作电流。

3．硬件设计1)电源模块一次电源采用6节5号干电池供电，经过LM7806和LM7805分别降压及稳压到+6V和+5V，详细的电路如图9-37所示。此方案电路简单，安装方便，调试容易。以+6V直流输出为例，干电池提供+9V直流电从Jl接入，经过输入滤波电容Cl和C2滤波后，送到三端稳压器LM7806进行降压及稳压，经电容C3和C4输出滤波后，由J2输出+6V直流电。VDi为电源指示灯，Ri起到分压和限流的作用。

2)传感器模块传感器模块采用ST188反射式红外传感器进行探测。只要选择数量和探测距离都合适的红外传感器，可以精确地判断出黑线的位置。ST188实物图它内部有一个红外发光二极管和一个光电耦合三极管，A为ST188内部二极管的阳极，K为内部二极管的阴极，E为三极管的发射极，C为三极管的集电极。反射过程如图9-38(b)所示。

为了顺利实现寻迹，传感器电路至少需采用3路。为便于扩展避障功能，本设计采用4路传感器。基于ST188的传感器电路如图9-39所示（一路）。R。11为二极管的限流电阻。红外发光二极管发射红外光经白色地面反射后使三极管导通（黑色地面截止），信号从取样电阻R。12中输出。

3)比较器模块利用比较原理直接将传感器模块输出的信号送入比较器，与阈值电压进行比较，输出高电平或低电平送单片机，单片机根据电平高低判断传感器是否在黑线上。本设计采用LM324实现比较器，其电路。其中，来自传感器模块的信号由各运放反相输入端输入，比较器的同相输入端由iskQ和lOkQ电阻分压形成3V阈值电压。

4)电机驱动模块本任务采用由三极管构成的H桥驱动电路驱动左右轮电机，电路原理如图9-41所示。VT9、VTio、VTn、VTlz四个三极管组成H桥的四个桥臂，VTio和VTlz组成一组，VT9和VTU组成一组，VT7控制VT9和VTio的导通与关断，VT8控制VT1，和VT12的导通与关断，而VT7和VT8由Qi和Hi控制（注：Qi和Hi不能同时为低电平，否则会出现短路），各三极管的工作情况如表9-10所示。

4．软件设计1)程序流程程序流程，单片机首先读取Pl.O～Pl.2口的状态，然后决定如何向P2口送出控制电平，驱动小车完成前进、后退、停止、左转和右转动作。