自动寻线小车

1、自动循迹小车摘 要:本设计由寻迹信息采集电路，电机驱动电路，以及单片机控制模块三大部分构成。循迹小车采用红外对管传感器来识别白色路面中央的黑色引导线，通过 STM32单片机实现对驱动电机的 PWM 控制，使小车实现快速稳定地循线行驶。分模块阐述了循迹小车的原理、软硬件设计及制作过程。针对路径特点对循迹小车的方向控制和速度控制提出了相应的解决方案。实验表明，循迹小车能够较快速、平稳地完成对各种曲率引导线的循线行驶任务。该技术可广泛应用于无人生产线,自动巡逻等领域。 关键词：STM32；L298N；循迹；光电传感器；智能小车目录1.引言12.方案比较、设计与论证12.1寻迹信息采集模块12.2 驱

2、动电机的选择22.3 总体方案选择23 理论分析与计算24 系统电路设计34.1 寻迹模块34.2 电机驱动模块34.3 电源模块44.4 主控制模块44.5 总体电路55 系统软件设计56 系统测试57 结束语68 参考文献7附录一 寻迹小车总体电路原理8附录二 程序9附录三 小车结构图与实物图121.引言自动循迹小车控制系统，也就是最简单的轮式机器人，适合在一些特殊环境中工作，因其成本低廉，目前已在许多工业场合获得广泛应用。例如在高温高压环境、有毒有害气体环境以及外星探测等都有机器人的应用，所有这些应用正逐步渗入到工业生产和我们日常生活的各个层面。智能小车是一个集环境感知、规划决策、自动行

3、驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通讯及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。本文采用红外光电传感器，单片机STM32为控制核心，设计了一种具有自动循迹功能的小车系统，该智能循迹小车能沿黑色引导轨迹前进。通过构建由单片机最小系统、电源电路、电机驱动电路、循迹电路等组成的智能小车系统，实现小车智能循迹的功能。2.方案比较、设计与论证2.1寻迹信息采集模块方案一：采用一路红外对管对黑带进行高频率扫描。优点：节省系统消耗的功率，节约单片机的的I/O，硬件电路的接线变得简洁，信息处理速度快。缺点：一路红外对管影响小车行进速度由于红外对管较少，因此小车的速度要尽可能的放慢，且

4、小车的摇晃严重。信息处理速度相对于并行输出慢，相邻红外会产生干扰。方案二：采用三路红外对管对黑带进行高频率扫描。优点：小车的速度明显增加，且小车的摇晃较轻微。巡线更为准确可靠。信息处理速度较快。缺点：占用单片机的I/O较多，连线相对繁琐。相邻传感器会相互干扰，结构较为复杂。方案三：采用五路红外对管对黑带进行高频率扫描。优点：小车的速度增加并不明显，且小车的摇晃轻微。巡线准确可靠。缺点：占用单片机的I/O多，连线繁琐。相邻传感器干扰较严重，结构较为复杂，信息处理速度中等。方案选择：考虑到小车的速度以及检测的准确性，我们最终选用了方案二。智能循迹小车采用后轮驱动，左右后轮各用一个直流减速电机驱动，

5、通过调制后面两个轮子的转速从而达到控制转向的目的。在车体前部分别装有左中右三个红外反射式传感器，当小车左边的传感器检测到黑线时，说明小车车头向右边偏移，这时主控芯片控制左轮电机减速，车体向左边修正。同理当小车的右边传感器检测到黑线时，主控芯片控制右轮电机减速，车体向右边修正。当黑线在车体的中间，中间的传感器一直检测到黑线，这样小车就会沿着黑线一直行走。2.2 驱动电机的选择 直流减速电机转速平稳，速度快，功耗低，又因为本设计是用电池供电，所以我们最终选择了直流减速电机作为小车的驱动电机。2.3 总体方案选择 基于对小车寻迹准确性以及速度的综合考虑，我们最终选择的系统框图如图2-1所示：图2-1

6、 小车设计总体方案框图3 理论分析与计算（1）寻迹的实现小车在前进时，要实现寻迹功能，可以采用高灵敏度的反射式光电传感器（红外光电对管）对地面进行扫描，再将采集到的数据经过比较器后输出高低电平，最后送入单片机处理。经过对一只传感器的测试，发现红外光电对管接收管输出端的低电平输出大致为0.78V，高电平的输出大致为2.85V,经过比较器后输出低电平为0.03V,高电平为3.26V,能够被单片机所识别。（2）驱动电机及车型的选择我们选择了直流电机作为驱动电机。经过测试，该电机在两节3.7V电池供电时能够正常工作，所以，小车能够达到足够快的速度。两节电池7.4V直接供给L298N驱动器，驱动器的5V

7、端口再给单片机进行供电。考虑到小车要能够比较迅速的转向，所以我们最终选择了后轮为万向轮，前轮两轮驱动的车型。4 系统电路设计4.1 寻迹模块小车在白色地面行驶时，红外发射管发出的红外信号被反射，接收管收到信号后，输出端为低电平。而当红外信号遇到黑色导轨时，红外信号被吸收，接收管不能接收到信号，输出端为高电平。单片机通过采集每个红外接收管的输出端电压，便可以检测出轨道的位置，从而控制小车的转向，使小车一直沿轨道前进。我们采用的光电传感器为红外对管传感器，它的是采用高发射功率红外光电二极管和高度灵敏光电晶体管组成。通过测试，其检测距离在6mm-14mm。为了使检测更加准确，我们用了3只红外对管传感

8、器检测黑线，其中一只放在黑线上方，其余两只对称分布在黑线的两侧。寻迹模块的原理图如图4-1所示：图4-1 寻迹模块原理图4.2 电机驱动模块对于小车车轮的两个直流电机，我们采用了一片电机驱动芯片L298N对其进行驱动。STM32为芯片提供驱动信号，传至PWM控制各个电机的转速，从而调整小车的前进速度和转向。其原理图如图4-2所示：图4-2 电机驱动模块原理图4.3 电源模块本设计中采用的是7.4V电池供电即两节3.7V电池，直流减速电机采用7.4V供电，L298N驱动采用7.4V供电，从L298N引出5V给单片机STM32进行供电。4.4 主控制模块本设计采用了一片STM32为控制核心。主要用

9、于红外寻迹模块、轨道基准检测的数据处理以及小车的两个直流电机的驱动。STM32引脚图如图4-3所示：图4-3 STM32引脚图4.5 总体电路总体电路原理即各个驱动模块的组合见附录一。5 系统软件设计当开机时，系统复位，然后进入自动运行状态。使小车沿黑线行进，并且在小车偏离轨道后自动调整走向使之返回预定路线。该模块的具体系统设计流程框图如图5-1所示：图5-1 系统软件流程框图6 系统测试（1）测试仪器：示波器，电源，万用表。测试方法：采用模拟电路由前端到后段，数字电路先仿真再试测，先逐个模块测试再整体调试的办法。（2）寻迹采集模块测试：按图4-2连接好电路，用万用表分别测量光电传感器接收端的

10、输出电压值以及经过比较器后的电压值，其值如表6-1所示：表6-1 TCRT5000输出的电压测量传感器1234567传感器光接收端电压(V)高电平2.852.852832892.902882.86低电平0.760.670.590.660.890.740.86比较器输出端电压（V）高电平3.193.233.203.183.183.213.19低电平0.050.070.070.080.090.070.077 结束语自己写8 参考文献1杨桂林. 基于AT89S52的智能小车的设计J微计算机信息,2010.2来清民. 传感器与单片机接口及实例M. 北京:北京航空航天大学出版社,2007.3李新科,高潮. 基于语音识别和红外光电传感器的自循迹智能小车设计J.传感器与微系统,20114陈继荣.智能电子制作创新制作机器人制作入门M.北京:科学出版社,2007.5谢维成,杨加国. 单片机原理与应用及C52程序设计M.北京:清华大学出版社,2009.6 吴金