(精品论文)基于单片机的循迹壁障智能小车设计

基于单片机的循迹壁障智能小车设计摘 要：介绍了基于红外传感器的自寻迹小车的设计和实现。自寻迹指小车可自主沿黑色引导线前进，并实现对直流电机的自动控制。由于不同的颜色具有不同反射强度，通过合理安排红外传感器的数量和空间位置，智能车可以感知道路状况的变化。系统控制核心采用STC89C52单片机，使用驱动芯片L298N驱动直流电机。该技术可以应用于无人驾驶机动车、机器人等领域。O 引 言智能车是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通信、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。本智能车系统以MC9S12DG128芯片为核心，由电源模块、红外传感器模块、电机舵机驱动模块、速度传感器模块、通信模块、调试模块和MCU模块组成。智能车根据红外传感器采集的数据以及从速度传感器得到的速度信息，判断直道、弯道以及转弯方向和转弯半径等信息，并由核心控制单元进行PID控制算法处理后，调整伺服电机的转角和驱动电机的速度。1系统总体设计MC9S12DG128单片机使用16位HCS12内核，支持断点功能和背景调试模式，具有128 kB Flash EEPROM、8 kB RAM、2 kB EEPROM，核心运算频率50 MHz，总线频率可达32 MHz，具有丰富的I0接口，能够满足本设计的需要。本系统采用72 V电池供电，共需要4种电源，其中72 V供驱动电机使用，6 V供舵机使用，5 V供控制芯片和速度传感器使用，3 V供红外传感器使用。各种所需电源均从72 V经电源转换芯片转换得到。红外采集模块由DG128的AD模块、红外传感器ITR9904及其供电电路组成。其功能是获取前方赛道的信息，供HCS12作进一步处理。速度传感器模块由霍尔元件A04E、磁钢和HCS12输入捕捉功能构成。12个磁钢均匀分布在后轮齿槽中，霍尔元件固定在后轮附近。前进中，车轮每转动一圈，将产生12个脉冲信号。通过HSI2输入捕捉功能即可以计算出当前车速。辅助调试模块主要用于赛车系统的程序烧写、功能调试和测试、赛车状态监控、赛车系统参数和运行策略设置等方面。通信模块包括SC1通信和无线nRF2401通信。系统结构如图1所示。图1 系统结构框图2路径识别原理本系统使用的红外传感器ITR9904为连续型红外传感器，其工作电路如图2所示，ADT为电压采样点。共使用两排传感器，前排8个，问距30 mm，负责模糊判断；后排6个，间距25 mm，负责精确判断。连续型红外传感器的特点是其返回值根据红外线强度的变化而变化，而不是返回“0”或“1”来表示有没有检测到黑线。因此，可以根据各个传感器的返回值和各自的相对位置计算出黑线的相对位置，计算出的位置也是连续变化的。为了避免传感器性能的差异造成影响，本系统使用相对红外强度计算黑线位置。开始前，让每个传感器扫描赛道，得到并存储各个传感器的最大、最小值。前进过程中用实际得到的值减去最小值，再除以最大值与最小值之差，即可以得到其相对强度。然后用传感器的相对位置和传感器的相对强度作加权平均计算出黑线的相对位置。以前排传感器为例(传感器间距30 mm)：传感器位置依次为一7，一5，一3，一1，1，3，5，7。黑线相对位置公式如下 圳：P= vp i=0 i=0式中：P为黑线相对位置； 为第凡个传感器的相对强度值；p 为第n个传感器的相对位置。这种方法消除了传感器差异造成的影响，而且可以得到连续的位置信息，相邻两次位置的变化小于05 mm。17 车速测量寻迹赛车系统通过车速检测模块来读取实时车速，作为车速闭环控制的参考量。采用的方法是在赛车后轴中点位置处再增设一个测速轮，在测速轮的一面粘贴一个均匀分布有黑白条纹的编码盘。利用图8所示的检测电路来对编码盘上的黑白条纹进行检测。根据光电反射原理，在车轮转动时，红外接收管接收到反射光强弱高低变化