小車自動遍歷設計淺談

葛亦斌 盛蒙蒙 馬 棟 邱 燁

[摘要]系統的控制部分以單片機為核心，通過對前向通道各種傳感器信號的采集、處理，較好地實現后向通道驅動及轉向電機的運動控制和相關信息的女l理。系統采用AT89C52為中心控制器，實現電動車的智能控制功能。整個電動車智能控制系統包括：上位機實時模擬系統，主控制系統和各種標志的傳感器檢測系統三大部分。檢測控制系統通過各傳感器檢測引導線、障礙物和光源等控制信號，并送入單片機，單片機判斷、處理后，控制MOTORI(左輪驅動電機)和MOTOR~(右輪驅動電機)，以達到控制電動車行進方向的目的a在正向行駛時，當傳感器檢測到路口口時進行左轉。倒退過程中時，也將行進方向作為前方，當檢測到躥口口時進行左轉。

[關鍵詞]光電傳感器自動遍歷出錯控制

中圖分類號：TP2文獻標識碼：A文章編號：1671—7597(2009)1020044--01

一、引言

小車自動遍歷是為了讓小車能夠自動的循跡行駛完所有的標志點，實現小車識別路線，判斷路口，選擇正確的行進路線，最后返回到初始點。導引方式采用與地面顏色差別較大的引導線，使用反射式光電傳感器，驅動電路為直流電機，控制方式為單向的pwm開環控制，控制的核心是8051單片機。由于小車在行駛的路線過程中不能標志駛過的路線，因此會有一定得重復路線。在實際中最常用的是十字路口和三岔路口，并且受到傳感器的限制，本次設計主要針對小于4個路口的線路，各個路口也必須得成直角才能被傳感器識別。小車按指定路線運行，自動區分直線軌道和彎路軌道，在指定彎路處拐彎，實現靈活前進、轉彎、倒退等功能。

對于遍歷小車控制系統的設計主要有三個方面：一是控制電路；二是傳感器的安放設計；三是程序算法設計。

二、控制電路

(一)直流電機驅動電路。這里的循跡是指小車在黑色地板上循白線行走，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的特點，在小車行駛過程中不斷地向地面發射紅外光，當紅外光遇到白色紙質地板時發生漫反射，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。單片機就是否收到反射回來的紅外光為依據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，一般最大不應超過3cm。

(二)光電傳感器電路。光電傳感器接受到的是微弱的電信號，必須先通過放大器電路進行電壓的放大，然后通過光電隔離得出穩定的高低壓信號，為了在測試的時候方便觀察，在檢測到的電壓信號中并接一個小燈。共有5個傳感器：將三個傳感器分布安裝成三角型，在兩底角下在對稱安裝兩個。

(三)硬件尋跡光電對管的安裝。考慮到設計要求，本次設計僅用7對光電傳感器就能完成設計要求，中間四對傳感器用來校正小車的尋跡路線，保證小車運行的直線性。兩側的傳感器用來檢測小車過線，可以實現小車的轉彎和小車走過的方格的計數。當車體中間通過白線時，小車在相應的坐標方向上加一計數。車輪處的傳感器記錄小車的運行速度和里程數。

鍵盤電路：該項功能主要是通過掃描鍵盤通過接受到的不同的電壓來區別不同的功能，我在這里主要用到的是2x4的鍵盤，主要有：停止，前進，后退，速度1，速度2，速度3，速度4，速度5這些功能。

動態掃描占用了cpu的工作時間，雖然在此設計中沒有多大的影響，但在實物演示的時候有些影響小車的實時性，對精度要求較高的場合最好運用中斷。

該項功能主要是通過程序讀取外界得來的信號來完成電機的不同加速，停止，和后退，觀察電機上的數字就可以看出電機的速度。

由于在protuse的仿真中沒有傳感器，只能通過按鍵來模擬檢測到的仿真信號，通過讀取鍵盤的不同值模擬傳感器的功能，主要用到4個傳感器，左邊兩個，右邊兩個，相互對稱。分別為左一，左二，右一，右二。當左一和右一檢測到有信號時點擊開始以一定的速度減速，當左二，右二檢測到有信號時點擊開始以更快的速度減速。進行軟件模擬成功。

三、軟件設計

(一)傳感器數據處理及尋跡程序流程。我們用一個字節來代表車底的5個光電傳感器。用每一個位來代表當前傳感器的檢測狀態。我們把小車直線行進時分成三種狀態，當中間四個傳感器都檢測到白線時，小車在跑道的正上方，這時控制兩電機同速度全速運行。當檢測到有一個傳感器或者同側的兩個傳感器偏出白線時，小車處于微偏狀態，這時將一個電機速度調慢，另一電機速度調快，完成調整。當檢測到有三個電機偏出時，小車處于較大的偏離狀態，這時把一個電機的速度調至極低，另一電機全速運行，從而在較短時間內完成路線的調整。

用這種三級調速的尋跡算法同單純的判斷檢測到對管的位置并作出判斷的方法相比，程序思路清晰，程序執行結果較好。

該檢測傳感器子程序如下：獲取各個傳感器的電平一>轉化為小車偏離狀況：當偏離較大時調整函數：當未偏時直行函數；當微偏是微調函數；當十字路口時轉彎函數：當三岔路口時轉彎函數。

(二)算法實現。本次設計的調速主要是通過pwm進行調速，通過改變pwm的占空比來改變電機的平均電壓，以方便進行電機的調速。

在正向行駛時，當傳感器檢測到路口時進行左轉。倒退過程中時，也將行進方向作為前方，當檢測到路口時進行左轉。

四、缺陷和限制

在軟件中已近基本能夠完成小車的自動尋跡，但由于傳感器的限制，不能很好的看到仿真的效果，要確定它的實際特點就必須進行實物的設計。在規定的線路上進行測試。

十字路口和三岔路口必須做到直角，這樣傳感器就可以檢測到信號。供電電壓不穩定，易導致小車車速不穩定，則距離不好控制；另外路線固定不變，不能應對意外事件，而且想要準確跑完全程對于電動車的起始位置、直線行進參數、轉彎半徑進行精密測量和計算，智能化差。

由于條件有限，存在傳感器誤差；電機轉速的誤差使兩個相同型號的電機的轉速可能保持完全同步。

五、系統出錯處理設計

補救措施說明故障出現后可能采取的變通措施，包括：恢復及再啟動技術說明將使用的恢復再啟動技術，使軟件從故障點恢復執行或使軟件從頭開始重新運行的方法：可進行復位；運用pcb板具有更好的穩定性：運用看門狗函數，當程序跑偏可進行復位設置；不斷對程序的改進。

六、分析結果討論

在軟件的設計中完成了檢測不同的傳感器信號進行調速，和不同的鍵盤來完成電機的調速，也可以將鍵盤的函數改成無限模塊的設計，就可以進行遠距離的調速。