单片机应用技术-基于51单片机的智能小车设计与开发 课件 项目10：智能小车爱跑圈

单片机应用技术APPLICATIONTECHNIQUESFORMICROCONTROLLER《微控制器应用技术》课程团队模块三：脉宽调制控制技术应用项目10：智能小车爱跑圈项目10：智能小车爱跑圈应该怎么做？能做成什么样？跑圈原理与方案设计跑圈硬件电路设计跑圈软件功能实现010203在前面的项目中，智能小车可以“前、后、左、右”运动了，想要到外面的世界去看一看、走一走，智能小车开始停在启停线上，启动后沿着椭圆形轨道连续跑3圈，每跑完1圈给出相应的声光指示信号，3圈结束后停在出发的启停线上同时给出声光指示信号。请使用STC15W4K32S4完成相应的功能设计。能做什么？项目10：智能小车爱跑圈红外循迹原理与方案红外线传感器是一种经济实用的循迹传感器。它可以通过测量地面上反射的红外线信号来检测机器人或车辆的位置。红外线传感器由红外光发射器、红外光接收器和检测电路三部分组成，按照其工作方式，可以分为对射型红外线传感器和反射型光红外线传感器。红外线传感器是光电传感器中的一种。智能小车跑圈最常用的方案是循迹，循迹技术是指让机器人或车辆能够根据特定的线路进行移动或导航的技术。而实现循迹的第一步是选择适合的传感器。在循迹过程中，常用的传感器包括红外线传感器、电磁传感器和摄像头等。项目10：智能小车爱跑圈红外循迹原理与方案对射型红外线传感器红外光发射器和红外光接收器分开放置，分别装在检测物通过路径的两侧。反射型红外线传感器红外光发生器和红外接收器合并在一起放置，利用光反射原理完成光电转换。对射型红外线传感器检测原理：无检测物通过时，红外光发射器发出的红外光可以顺利发射到接收器上；而当有检测物通过时，红外光发射器发出的红外光被阻挡，红外光接收器就不能接收到光发射器发出的光信号；这样红外线传感器的可以针对有无检测物分别输出两种不同的信号供单片机检测。项目10：智能小车爱跑圈红外循迹原理与方案反射型红外线传感器检测原理：正常情况下，无检测物通过时，红外光接收器收不到光红外发生器发出的红外光；而当有检测物通过时，光红外发生器发出的红外光被反射回来再被红外光接收器收到；这样红外线传感器也可以针对有无检测物分别输出两种不同的信号供单片机检测。电磁传感器是把被测物理量转换为感应电动势的一种传感器，又叫电磁式传感器、磁电传感器。具有输出信号大，抗干扰性能好，可在烟雾、油气、水气等恶劣环境中使用。它用作循迹传感器使用时，可以通过测量感应电动势来检测机器人或车辆的位置，但是通常需要在地面上布置特殊的感应线。项目10：智能小车爱跑圈红外循迹原理与方案摄像头是一种高级的循迹传感器。它可以通过拍摄地面图像并进行图像处理来检测机器人或车辆的位置。摄像头适用于复杂的环境和要求较高精度的应用场景。但是，由于处理摄像头拍摄的数据需要大量的单片机资源，因此在资源受限的单片机上使用时需要考虑整体系统性能。综上所述，在智能小车爱跑圈的项目中，优先选用红外线传感器实现循迹功能。当红外线传感器工作时，向待测物体发送红外光，红外光在不同颜色的物体上反射的程度不同，这样便可判断待测物体的黑白，甚至是灰度。项目10：智能小车爱跑圈红外循迹原理与方案在智能小车爱跑圈的项目中跑圈的轨道是用黑色的电工胶带制成的线条，由于黑色物体能够吸收所有光线，因此黑色线反射的红外线会比其他颜色的色线少。通过这种方式，红外传感器可以检测到黑线的存在或缺失，并将这个情况转化为一个开关信号输出给单片机。这样智能小车循迹就可以采用红外线传感器来检测地上的黑线，实现跑圈的功能。目前在“自动寻迹小车”中使用比较广泛的反射型红外线传感器，其型号是TCRT5000。项目10：智能小车爱跑圈红外循迹硬件电路设计TCRT5000反射型红外线(InfraredRadiation，IR)传感器主要包括一个红外线发射器（IRTx，蓝色）和一个红外线接收器（IRRx，黑色）。红外线发射器（IRTx）是一个光电二极管，包含阳级（Anode，A）和阴极（Cathode，C）两个引脚，主要用于产生红外信号。一旦将电压供应到红外线发射器，它就会立即发射红外信号。红外线接收器（IRRx）是一个光电晶体管，包含发射极（Emitter，E）和集电极（Collector，C）两个引脚，这两个引脚在读取发射回来的红外信号方面起着关键作用。项目10：智能小车爱跑圈红外循迹硬件电路设计在实际应用中，常使用5路循迹传感器进行循迹。正中间的一路传感器用于常探黑线，其余四路用于常探非黑线。在智能小车行进的过程中，当中路传感器探测不到黑线的时候，说明小车已经脱离了正轨，但是无法判断小车究竟是偏向左，还是右。此时，两边四路传感器就能起到辅助判别偏离方向的作用，当其中一边的传感器探测到黑线时，侧说明已经偏向探测到的这一方，需要对小车行进的方向做出调整。思考在每个偏离方向上设置一路传感器就能辅助判别偏离方向了，也就是使用3路循迹传感器就能达到循迹的要求了，为什么本应用中采用了5路红外传感器？项目10：智能小车爱跑圈红外循迹硬件电路设计01在同一偏离方向上设置两路红外传感器的目的是实现智能小车方向的精细控制。当偏离方向上紧挨着中路传感器的那一路传感器探测到黑线，说明小车偏离了轨道，但是偏离程度不大，可以通过控制舵机输出一个小的轴转角，将小车拉回正轨02当小车车速较快，很容发生大的偏离，一旦当偏离方向上远离中路传感器的那一路传感器探测到黑线，说明小车即将脱轨，此时控制舵机输出一大的轴转角，大幅度调整小车行进方向，直至中路传感器探测到黑线。03这样小车就可以根据偏离轨道程度的大小根据实际需要输出相应的轴转角，实现方向的精细控制，这也是小车“智能性”的体现，这就是本项目在不同偏离方向上设置2路（一共5路）传感器的原因。项目10：智能小车爱跑圈红外循迹硬件电路设计限制流过红外发生器光电二极管的电流，达到控制红外光光强的目的；而10K（103）电阻起到上拉的作用，保证红外接收器光电晶体管未接收到红外线时输出稳定可靠的电平（高电平）。图中200Ω（201）电阻启到限流的作用电路图中，红外接收器光电晶体管不包含基级引脚，晶体管的偏置主要通过接收到的红外光来控制。当红外发射器发出的红外光经反射返回到红外接收器时，光电晶体管偏置，集电极上的电平由高电平变成低电平，红外接收器输出低电平。项目10：智能小车爱跑圈红外循迹硬件电路设计红外接收器输出的信号经过74HC14整形后接到单片机的P6.0~P6.4，同时分别接一个LED指示灯，用于指示传感器工作状态和厘清智能小车循迹过程中方向控制逻辑，为软件编程提供思路。本应用中通常，红外接收器输出的信号需要经过施密特电路整形，将输出信号转换成清晰、无抖动的信号，确保检测稳定可靠。项目10：智能小车爱跑圈红外循迹硬件电路设计以中路红外传感器为例，智能小车行驶在轨道上时，中路传感器检测到黑线，红外接收器接收不到红外线，在上拉电阻的作用下，对外呈现高电平，经过74HC14反向输入到单片机，同时传感器工作状态指示LED不亮；如果智能小车偏离轨道，中路传感器检测不到黑线，红外接收器接收到反射回来的红外线，红外接收器偏置，输出低电平，经过74HC14反向输入到单片机，同时传感器工作状态指示LED亮起。补充：74HC14是一款兼容TTL器件引脚的高速CMOS器件，逻辑功能为6路斯密特触发反相器，可将缓慢变化的输入信号转换成清晰、无抖动的输出信号。项目10：智能小车爱跑圈红外循迹软件功能实现启停线轨道线项目10：智能小车爱跑圈红外循迹软件功能实现项目10：智能小车爱跑圈红外循迹软件功能实现项目10：智能小车爱跑圈红外循迹软