循跡小車

循跡小車簡介

　　一款自動(dòng)循跡小車的設(shè)計(jì)方案 自動(dòng)循跡小車是比較熱門地電子競賽，有許多設(shè)計(jì)方案。做單片機(jī)的工程師相比都堆循跡小車有所認(rèn)識，它是自動(dòng)引導(dǎo)機(jī)器人系統(tǒng)的基本應(yīng)用，那么今天小編就給大家介紹下自動(dòng)自動(dòng)循跡小車的原理，智能循跡小車的應(yīng)用，智能循跡小車程序，循跡小車用途等知識吧！

循跡小車百科

　　做單片機(jī)的工程師相比都堆循跡小車有所認(rèn)識，它是自動(dòng)引導(dǎo)機(jī)器人系統(tǒng)的基本應(yīng)用，那么今天小編就給大家介紹下自動(dòng)自動(dòng)循跡小車的原理，智能循跡小車的應(yīng)用，智能循跡小車程序，循跡小車用途等知識吧！

　　自動(dòng)循跡小車的原理

　　1.小車控制及驅(qū)動(dòng)單元的選擇

　　此部分是整個(gè)小車的大腦，是整個(gè)小車運(yùn)行的核心部件，起著控制小車所有運(yùn)行狀態(tài)的作用。通常選用單片機(jī)作為小車的核心控制單元，本文以臺灣凌陽公司的 SPCE061A單片機(jī)為例予以介紹。SPCE061是一款擁有2K RAM、32KFlash、32 個(gè)I/O 口，并集成了AD/DA功能強(qiáng)大的16位微處理器，它還擁有豐富的語音處理功能，為小車的功能擴(kuò)展提供了相當(dāng)大的空間。只要按照該單片機(jī)的要求對其編制程 序就可以實(shí)現(xiàn)很多不同的功能。

　　小車驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般利用現(xiàn)成的玩具小車上的配套直流電機(jī)?？紤]到小車必須能夠前進(jìn)、倒退、停止，并能靈活轉(zhuǎn)向，在左右兩輪各裝一個(gè)電機(jī)分別進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。當(dāng)左輪 電機(jī)轉(zhuǎn)速高于右輪電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)小車向右轉(zhuǎn)，反之則向左轉(zhuǎn)。為了能控制車輪的轉(zhuǎn)速，可以采取PWM調(diào)速法，即由單片機(jī)的IOB8、IOB9輸出一系列頻率固定 的方波，再通過功率放大來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在單片機(jī)中編程改變輸出方波的占空比就可以改變加到電機(jī)上的平均電壓，從而可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。左右輪兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的 配合就可以實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)、倒退、轉(zhuǎn)彎等功能。

　　2.小車循跡的原理

　　這里的循跡是指小車在白色地板上循黑線行走，通常采取的方法是紅外探測法。

　　紅外探測法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在小車行駛過程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反 射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，小車上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來的紅外光為依據(jù)來確定黑線的 位置和小車的行走路線。紅外探測器探測距離有限，一般最大不應(yīng)超過15cm。對于發(fā)射和接收紅外線的紅外探頭，可以自己制作或直接采用集成式紅外探頭。

　?。?）自制紅外探頭電路如圖1所示，紅外光的發(fā)送接收選用型號為ST168的對管。當(dāng)小車在白色地面行駛時(shí)，裝在車下的紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線信號， 經(jīng)白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信號，那么圖中光敏三極管將導(dǎo)通，比較器輸出為低電平；當(dāng)小車行駛到黑色引導(dǎo)線時(shí)，紅外線信號被黑色吸收 后，光敏三極管截止，比較器輸出高電平，從而實(shí)現(xiàn)了通過紅外線檢測信號的功能。將檢測到的信號送到單片機(jī)I/O口，當(dāng)I/O口檢測到的信號為高電平時(shí)，表 明紅外光被地上的黑色引導(dǎo)線吸收了，表明小車處在黑色的引導(dǎo)線上；同理，當(dāng)I/O口檢測到的信號為低電平時(shí)，表明小車行駛在白色地面上。此種方法簡單，價(jià) 格便宜，靈敏度可調(diào)，但是容易受到周圍環(huán)境的影響，特別是在圖1較強(qiáng)的日光燈下，對檢測到的信號有一定的影響。

　?。?）集成式紅外探頭可以采用型號為E3F－DS10C4集成斷續(xù)式光電開關(guān)探測器，它具有簡單、可靠的工作性能，只要調(diào)節(jié)探頭上的一個(gè)旋鈕就可以 控制探頭的靈敏度。該探頭輸出端只有三根線（電源線、地線、信號線），只要將信號線接在單片機(jī)的I/O口，然后不停地對該I/O口進(jìn)行掃描檢測，當(dāng)其為高 電平時(shí)則檢測到白紙，當(dāng)為低電平時(shí)則檢測到黑線。此種探頭還能有效地防止普通光源（如日光燈等）的干擾。其缺點(diǎn)則是體積比較大，占用了小車有限的空間。

　　3.紅外探頭的安裝

　　在小車具體的循跡行走過程中，為了能精確測定黑線位置并確定小車行走的方向，需要同時(shí)在底盤裝設(shè)4個(gè)紅外探測頭，進(jìn)行兩級方向糾正控制，提高其循跡的可靠 性。這4個(gè)紅外探頭的具體位置如圖2所示。圖中循跡傳感器共安裝4個(gè)，全部在一條直線上。其中InfraredMR與InfraredML 為第一級方向控制傳感器，InfraredSR 與InfraredSL 為第二級方向控制傳感器。小車行走時(shí)，始終保持黑線（如圖2 中所示的行走軌跡黑線）在InfraredMR和InfraredML這兩個(gè)第一級傳感器之間，當(dāng)小車偏離黑線時(shí)，第一級探測器一旦探測到有黑線，單片機(jī) 就會(huì)按照預(yù)先編定的程序發(fā)送指令給小車的控 制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)再對小車路徑予以糾正。若小車回到了軌道上，即4個(gè)探測器都只檢測到白紙，則小車會(huì)繼續(xù)行走；若小車由于慣性過大依舊偏離軌道，越出了第 一級兩個(gè)探測器的探測范圍，這時(shí)第二級動(dòng)作，再次對小車的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行糾正，使之回到正確軌道上去?？梢钥闯?，第二級方向探測器實(shí)際是第一級的后備保護(hù)，從而 提高了小車循跡的可靠性。

　　4.軟件控制

　　其程序控制框圖如圖3。小車進(jìn)入循跡模式后，即開始不停地掃描與探測器連接的單片機(jī)I/O口，一旦檢測到某個(gè)I/O口有信號，即進(jìn)入判斷處理程序 （switch），先確定4個(gè)探測器中的哪一個(gè)探測到了黑線，如果InfraredML（左面第一級傳感器）或者InfraredSL（左面第二級傳感 器）探測到黑線，即小車左半部分壓到黑線，車身向右偏出，此時(shí)應(yīng)使小車向左轉(zhuǎn)；如果是InfraredMR（右面第一級傳感 器）或InfraredSR（右面第二級傳感器）探測到了黑線，即車身右半部壓住黑線，小車向左偏出了軌跡，則應(yīng)使小車向右轉(zhuǎn)。在經(jīng)過了方向調(diào)整后，小車 再繼續(xù)向前行走，并繼續(xù)探測黑線重復(fù)上述動(dòng)作。

　　由于第二級方向控制為第一級的后備，則兩個(gè)等級間的轉(zhuǎn)向力度必須相互配合。第二級通常是在超出第一級的控制范圍的情況下發(fā)生作用，它也是最后一層保護(hù)，所 以它必須要保證小車回到正確軌跡上來，則通常使第二級轉(zhuǎn)向力度大于第一級，即level2》level1（level1、level2為小車轉(zhuǎn)向力 度，其大小通過改變單片機(jī)輸出的占空比的大小來改變），具體數(shù)值在實(shí)地實(shí)驗(yàn)中得到。

　　專家點(diǎn)評：根據(jù)本文所講述的方法，我們可以較容易地做出按照一定軌跡行走的智能電動(dòng)小車。但是按照該方法行走的小車如果是走直線，有可能會(huì)是蛇形前進(jìn)。為 了使小車能夠按軌跡行走的更流暢，可以在軟件編程時(shí)運(yùn)用一些簡單的算法。例如，在對小車進(jìn)行糾偏時(shí)，適當(dāng)提前停止糾偏，而不要等到小車完全不偏時(shí)再停止， 以防止小車的過沖。

　　51單片機(jī)尋跡小車完整程序

　　今天終于把小車調(diào)成功了耶?。。?/p>

　　費(fèi)了好大勁去調(diào)PWM波把速度降下來，然后寫轉(zhuǎn)彎，左轉(zhuǎn)大灣，左轉(zhuǎn)小灣，右轉(zhuǎn)大灣，右轉(zhuǎn)小灣，四個(gè)紅外收發(fā)管，所以就寫了四個(gè)轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)。

　　P1是用來控制電機(jī)的端口，IN~控制前進(jìn)后退，EN~控制小車能不能走，P0是紅外接收的口，為1時(shí)表示探測到黑線

　　zkb為占空比，通過zkb來控制小車的速度，t為相當(dāng)于總時(shí)間，zkb是在t時(shí)間內(nèi)電機(jī)工作的時(shí)間。

　　下面是我寫的程序：

　　#include 《reg52.h》

　　sbit IN1 = P1^0;

　　sbit IN2 = P1^1;

　　sbit ENA = P1^2;

　　sbit IN3 = P1^3;

　　sbit IN4 = P1^4;

　　sbit ENB = P1^5;

　　sbit left1 = P0^0;

　　sbit left2 = P0^1;

　　sbit right1 = P0^2;

　　sbit right2 = P0^3;

　　unsigned char zkb1 = 0;

　　unsigned char zkb2 = 0;

　　unsigned char t = 0;

　　void init（）

　　{

　　EA = 1;

　　TMOD |= 0x01;

　　TH0 =（65536 - 100） / 256;

　　TL0 = （65536 - 100）% 256;

　　ET0 = 1;

　　TR0 = 1;

　　}

　　void timer0（） interrupt 1

　　{

　　TH0 = （65536 - 100） / 256;

　　TL0 = （65536 - 100） % 256;

　　if（t 《 zkb1）

　　{

　　// if（t % 2 == 0）

　　// {

　　// ENA = 1;

　　// }

　　// else

　　// {

　　// ENA = 0;

　　// }

　　ENA = 1;

　　}

　　else

　　{

　　ENA = 0;

　　}

　　if（t 《 zkb2）

　　{

　　// if（t%2 == 0）

　　// {

　　// ENB = 1;

　　// }

　　// else

　　// {

　　// ENB = 0;

　　// }

　　ENB =1;

　　}

　　else

　　{

　　ENB = 0;

　　}

　　++t;

　　if（t 》= 50）

　　{

　　t = 0;

　　}

　　}

　　void turn_left1（）

　　{

　　zkb1 = 13;

　　zkb2 = 0;

　　}

　　void turn_left2（）

　　{

　　zkb1 = 13;

　　zkb2 = 0;

　　}

　　void turn_right1（）

　　{

　　zkb1 = 0;

　　zkb2 = 13;

　　}

　　void turn_right2（）

　　{

　　zkb1 = 0;

　　zkb2 = 13;

　　}

　　void qianjin（）

　　{

　　zkb1 = 8;

　　zkb2 = 8;

　　}

　　void xunji（）

　　{

　　unsigned char flag;

　　if（（right2 == 0）&&（right1 == 0）&&（left1 == 0）&&（left2 == 0））

　　{

　　flag = 0;

　　}

　　if（（right2 == 0）&&（right1 ==1）&&（left1 == 0）&&（left2 == 0））

　　{

　　flag = 1;

　　}

　　if（（right2 == 0）&&（right1 == 0）&&（left1 == 1）&&（left2 == 0））

　　{

　　flag = 2;

　　}

　　if（（right2 == 0）&&（right1 == 0）&&（left1 == 0）&&（left2 == 1））

　　{

　　flag = 3;

　　}

　　if（（right2 == 1）&&（right1 == 0）&&（left1 == 0）&&（left2 == 0））

　　{

　　flag = 4;

　　}

　　switch（flag）

　　{

　　case 0:qianjin（）;break;

　　case 1:turn_right1（）;break;

　　case 2:turn_left1（）;break;

　　case 3:turn_left2（）;break;

　　case 4:turn_right2（）;break;

　　default:qianjin（）;break;

　　}

　　}

　　void main（）

　　{

　　init（）;

　　// zkb1 = 40;

　　// zkb2 = 30;

　　IN1 = 0;

　　IN2 = 1;

　　IN3 = 0;

　　IN4 = 1;

　　while（1）

　　{

　　xunji（）;

　　}

　　}