基于MC9S12XS128的智能迷宮小車設計

陳嬌英

【摘要】選用MC9S12XS128為主控芯片，采用三方位大功率紅外檢測、舵機控制動力、PWM速度控制等技術，設計一款智能迷宮小車，包括小車的機械結構裝配、電路控制、軟件編程、控制算法及調試方法等。實踐結果證明，所設計的智能迷宮小車能實現自動避障、選擇路線、尋跡，在迷宮中運行平穩，快速，高效從起點尋找路線走到終點，而且經濟成本低。

【關鍵詞】MC9S12XS128智能迷宮小車避障尋跡

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）06C-0190-03

隨著智能電子技術的迅速發展和普及應用，社會發展對電子技術要求越來越高，智能迷宮小車的出現為今后能夠更好運用智能汽車及機器人替代人工活動奠定了基礎。經過完善的迷宮小車將可以廣泛用于軍事排雷、火災現場的搶救、有害氣體中毒的搶救等活動。然而，目前的迷宮小車還是停留在人工遠程控制階段，真正能實現自主學習的智能小車還有待繼續研發。本文設計的智能小車模型是一輛由PCB電路板組合重裝的小車，全車機械部件均安裝固定在PCB板上，不用再進行機械部件制作，對于實驗研究階段的機器人開發很有意義。走迷宮智能小車主要是基于自主反應式智能系統原理，電機控制方法為單向PWM開環控制，直流電機驅動。選擇MC9S12XS128單片機為控制核心，采用與地面顏色有較大差別的導引線，通過反射式紅外傳感器進行導引，障礙物位置用紅外一體化接收頭進行檢測，只要改變單片機產生的PWM方波的占空比，就可以在設計范圍內實現360度全方位移動，從而實現在迷宮中自主迷宮探路、路線識別、自動避障，選擇正確的路線行進，從起始點尋找路線走到終點。

一、整體方案設計

為了使智能小車能夠在迷宮中平穩行駛、精確快速探索迷宮路線，要求小車必須能夠控制精準，準確地對不同路況進行快速判斷并做出對應的操作，自動順利地進行避障，所以所設計的智能小車靈活性非常重要。為了實現此目標，電路選用了三個檢測路況的傳感器，用于檢測左、右、前邊、兩邊的路況，車子行進規則選擇適合的迷宮搜索算法為依據，遍歷所有路徑，尋找最短路徑方案。所以本控制系統設計方案：采用16位處理器MC9S12XS128，電機轉動速率采用PWM控制，兩個電機選用L293進行驅動，測距利用紅外傳感器，選擇LM1117和LM2940高性能穩壓芯片組成穩壓電路，通過光敏三極管電路檢測終點，用舵機改裝成小車的動力系統。智能迷宮小車設計整體方案圖1所示。

圖1 智能迷宮小車工作原理方框圖

二、控制原理分析

（一）路徑識別的分析。為了進一步找出控制車體的規律和數據，反復實踐研究了反射電壓和墻面距離的關系，不斷對模擬量反射管的電壓值連續采樣，車體和墻壁之間的距離通過電壓值大小來識別，車體位置與對應有效的控制方法不斷調整匹配。最終得出實踐測量數據結果分別為圖2、圖3、圖4所示。

圖2左紅外接收管反射電壓和墻面距離的特性曲線圖

圖3右紅外接收管反射電壓和墻面距離的特性曲線圖

圖4中間紅外接收管反射電壓和墻面距離的特性曲線圖

可見，在反射電壓和墻面距離特性曲線圖表中，接收電壓與反射距離基本接近線性關系，從而為智能迷宮小車控制提供了理論依據，依據左、中、右各路反射回來的電壓即可知道車的左、中、右和墻壁的距離，依據三方位的信息即可控制小車實現左轉、右轉、后退、90度轉、180度轉、直線行走。為了避免轉彎的時候車子與墻面相撞、小車突然卡死等一些意外情況，另外增加兩個用于轉彎角度定位的傳感器，在車子轉彎時，它們負責記錄轉彎時的一些數據。

（二）紅外檢測仲裁。具體如下：

1.線行駛。小車直線行駛控制圖5所示，把長度為10 cm的小車等效為一點，當小車行駛到1位置時，根據左傳感器檢測到距離左邊墻3 cm的信號，判斷小車已左偏且遠離右墻；當小車行駛到2位置時，根據右邊傳感器檢測到距離右邊墻3 cm的信號，判斷小車已右偏且遠離左墻；同理當小車行駛到達3位置時，判斷小車已偏右并接近右墻；行駛到達4位置時，判斷小車已偏左且遠離右墻。因此，通過四個狀態就可正確判斷小車的行駛位置，而且行駛在中線4 cm范圍不碰墻壁。

圖5智能迷宮小車直線行駛控制

2.路口處仲裁。圖6所示，小車行駛于路口時，通過“0、1、2”號紅外接收管接收到的電壓值不同對小車所處的狀態進行判斷。如果“0”號傳感器檢測到電壓值在0.8V范圍內，探測到距離超出15cm，判斷距離右邊為“無窮遠”，則說明右邊有路口；如果“1”號傳感器檢測到電壓值在2.5V以上，判斷距離前方5cm處有墻壁，則說明前方無路；如果“2”號傳感器的電壓值在0.8V以上，判斷距離左邊15cm以內有墻壁，則說明左邊無路口，此刻策略是右轉90度。

圖6智能迷宮小車路口處仲裁

圖7智能迷宮小車整體總裝

3.舵機轉向的控制。如表1所示，左舵機的方向控制信號用B0、B1表示，右舵機的方向控制信號用B2、B3表示，那么轉動時間長短的不同，就分別代表了45度、90度、180度旋轉狀態。

表1舵機轉向的控制

使能EN 左電機 右電機 左電機 右電機 電動車運行狀態

控制信號 B0 B1 B2 B3

1 0 1 0 1 正轉 正轉 前行

1 0 1 1 0 正轉 反轉 右轉

1 0 1 1 1 正轉 停 以右電機為中心原地右轉

1 1 0 0 1 反轉 正轉 左轉

1 1 1 0 1 停 正轉 以左電機為中心原地左轉

1 1 0 1 0 反轉 反轉 后退

1/0 0 0 0 0 停止 停止 停止

1/0 1 1 1 1 制動 制動 制動

三、硬件電路設計

為了制作出一個達到設計性能指標的智能迷宮小車，進行了多次硬件電路方案的修改，最后選用了直流電機控制車子的轉向，在三輪式后面加一個重新設計的萬向輪，用用舵機取代減速電機，電機轉速慢，輸出轉矩大，動力強，容易控制。電機角度控制精確度高。再用周長比較大的車輪換上，實踐結果證明效果很好。整車裝拼圖7所示。

（一）MC9S12XS128控制器。為了滿足對設計靈活性和平臺兼容性的需求，選用MC9S12XS128控制器，該控制器能實現一系列汽車電子平臺上的可升級性、硬、軟件可重用性、兼容性。采用S12 V2 CPU內核，可在40MKHz總線頻率上運行，有4KB、128KB、256KB閃存選項，帶有校正錯誤功能（ECC），還有ECC的4 KB-8KB DataFlash，可以用于實現數據或程序存儲。

（二）電源模塊。選用智能車1800mAH大容量電池，輸出電壓為7.2V作為直流穩壓電源電路，由LM1117構成的直流穩壓電路輸出6.0V電壓；由LM2940構成的直流穩壓電路輸出5.0V電壓，由LM1117和LM2940構成具有電流限制和熱保護功能電路。電路輸出電流達800mA，輸出電壓穩定、精度高、失真小。

（三）電機驅動模塊。電機驅動電路采用高性能的L293驅動芯片，傳動機構采用兩個相同型號的舵機改裝而成，能靈活實現電機的正轉和反轉。

（四）反射紅外傳感模塊。紅外檢測依據多個反饋點的數據，使用多點檢測方法。接收管接收紅外線信號的強弱與電流成正比，通過電阻把電流轉換成電壓值，再經LM358構成的電壓跟隨器以及電容濾波，給AD轉換電路提供穩定的電壓值。從而能更好實現高精度控制。

（五）光敏檢測模塊。光敏檢測模塊采用光敏三極管進行檢測，安裝在紅外模塊的下面，并向車里面延伸，在距車頭往里3 cm處，確保三極管只能接受到紅光信息避免紅外發射管發射的紅外線影響。

四、軟件設計

系統軟件設計流程圖8所示。

圖8系統軟件設計流程

五、總結

設計的智能小車能夠在迷宮場地內快速順暢完成直行前進、倒退、急停，以及原地實現90度、180度轉彎，在行駛過程中通過紅外檢測信號快速自我調節；沒有出現判斷失誤、轉向卡死、死循環等問題；達到自動避障、選擇路線、尋跡，在迷宮中自動從起點尋找路線走到終點。本文提出的控制方法可以應用于無人工廠，倉庫，服務機器人等領域。對實驗室無人駕駛智能汽車及機器人研究開發應用具有一定參考價值。

【參考文獻】

［1］Joseph L Jones.機器人編程技術——基于行為的機器人實戰指南［M］.北京：機械出版社，2007

［2］卓晴，黃開勝，邵貝.學做智能——挑戰飛思卡爾杯［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2007

［3］馬忠梅，籍順心，張凱，等. 單片機的C語言應用程序設計［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2003

［4］王威. HCS12微控制器原理及應用［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2007

［5］黃智偉.全國大學生電子設計競賽訓練教程［M］.北京：電子工業出版社，2005

（責編黎原）

【摘要】選用MC9S12XS128為主控芯片，采用三方位大功率紅外檢測、舵機控制動力、PWM速度控制等技術，設計一款智能迷宮小車，包括小車的機械結構裝配、電路控制、軟件編程、控制算法及調試方法等。實踐結果證明，所設計的智能迷宮小車能實現自動避障、選擇路線、尋跡，在迷宮中運行平穩，快速，高效從起點尋找路線走到終點，而且經濟成本低。

【關鍵詞】MC9S12XS128智能迷宮小車避障尋跡

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）06C-0190-03

隨著智能電子技術的迅速發展和普及應用，社會發展對電子技術要求越來越高，智能迷宮小車的出現為今后能夠更好運用智能汽車及機器人替代人工活動奠定了基礎。經過完善的迷宮小車將可以廣泛用于軍事排雷、火災現場的搶救、有害氣體中毒的搶救等活動。然而，目前的迷宮小車還是停留在人工遠程控制階段，真正能實現自主學習的智能小車還有待繼續研發。本文設計的智能小車模型是一輛由PCB電路板組合重裝的小車，全車機械部件均安裝固定在PCB板上，不用再進行機械部件制作，對于實驗研究階段的機器人開發很有意義。走迷宮智能小車主要是基于自主反應式智能系統原理，電機控制方法為單向PWM開環控制，直流電機驅動。選擇MC9S12XS128單片機為控制核心，采用與地面顏色有較大差別的導引線，通過反射式紅外傳感器進行導引，障礙物位置用紅外一體化接收頭進行檢測，只要改變單片機產生的PWM方波的占空比，就可以在設計范圍內實現360度全方位移動，從而實現在迷宮中自主迷宮探路、路線識別、自動避障，選擇正確的路線行進，從起始點尋找路線走到終點。

一、整體方案設計

為了使智能小車能夠在迷宮中平穩行駛、精確快速探索迷宮路線，要求小車必須能夠控制精準，準確地對不同路況進行快速判斷并做出對應的操作，自動順利地進行避障，所以所設計的智能小車靈活性非常重要。為了實現此目標，電路選用了三個檢測路況的傳感器，用于檢測左、右、前邊、兩邊的路況，車子行進規則選擇適合的迷宮搜索算法為依據，遍歷所有路徑，尋找最短路徑方案。所以本控制系統設計方案：采用16位處理器MC9S12XS128，電機轉動速率采用PWM控制，兩個電機選用L293進行驅動，測距利用紅外傳感器，選擇LM1117和LM2940高性能穩壓芯片組成穩壓電路，通過光敏三極管電路檢測終點，用舵機改裝成小車的動力系統。智能迷宮小車設計整體方案圖1所示。

圖1 智能迷宮小車工作原理方框圖

二、控制原理分析

（一）路徑識別的分析。為了進一步找出控制車體的規律和數據，反復實踐研究了反射電壓和墻面距離的關系，不斷對模擬量反射管的電壓值連續采樣，車體和墻壁之間的距離通過電壓值大小來識別，車體位置與對應有效的控制方法不斷調整匹配。最終得出實踐測量數據結果分別為圖2、圖3、圖4所示。

圖2左紅外接收管反射電壓和墻面距離的特性曲線圖

圖3右紅外接收管反射電壓和墻面距離的特性曲線圖

圖4中間紅外接收管反射電壓和墻面距離的特性曲線圖

可見，在反射電壓和墻面距離特性曲線圖表中，接收電壓與反射距離基本接近線性關系，從而為智能迷宮小車控制提供了理論依據，依據左、中、右各路反射回來的電壓即可知道車的左、中、右和墻壁的距離，依據三方位的信息即可控制小車實現左轉、右轉、后退、90度轉、180度轉、直線行走。為了避免轉彎的時候車子與墻面相撞、小車突然卡死等一些意外情況，另外增加兩個用于轉彎角度定位的傳感器，在車子轉彎時，它們負責記錄轉彎時的一些數據。

（二）紅外檢測仲裁。具體如下：

1.線行駛。小車直線行駛控制圖5所示，把長度為10 cm的小車等效為一點，當小車行駛到1位置時，根據左傳感器檢測到距離左邊墻3 cm的信號，判斷小車已左偏且遠離右墻；當小車行駛到2位置時，根據右邊傳感器檢測到距離右邊墻3 cm的信號，判斷小車已右偏且遠離左墻；同理當小車行駛到達3位置時，判斷小車已偏右并接近右墻；行駛到達4位置時，判斷小車已偏左且遠離右墻。因此，通過四個狀態就可正確判斷小車的行駛位置，而且行駛在中線4 cm范圍不碰墻壁。

圖5智能迷宮小車直線行駛控制

2.路口處仲裁。圖6所示，小車行駛于路口時，通過“0、1、2”號紅外接收管接收到的電壓值不同對小車所處的狀態進行判斷。如果“0”號傳感器檢測到電壓值在0.8V范圍內，探測到距離超出15cm，判斷距離右邊為“無窮遠”，則說明右邊有路口；如果“1”號傳感器檢測到電壓值在2.5V以上，判斷距離前方5cm處有墻壁，則說明前方無路；如果“2”號傳感器的電壓值在0.8V以上，判斷距離左邊15cm以內有墻壁，則說明左邊無路口，此刻策略是右轉90度。

圖6智能迷宮小車路口處仲裁

圖7智能迷宮小車整體總裝

3.舵機轉向的控制。如表1所示，左舵機的方向控制信號用B0、B1表示，右舵機的方向控制信號用B2、B3表示，那么轉動時間長短的不同，就分別代表了45度、90度、180度旋轉狀態。

表1舵機轉向的控制

使能EN 左電機 右電機 左電機 右電機 電動車運行狀態

控制信號 B0 B1 B2 B3

1 0 1 0 1 正轉 正轉 前行

1 0 1 1 0 正轉 反轉 右轉

1 0 1 1 1 正轉 停 以右電機為中心原地右轉

1 1 0 0 1 反轉 正轉 左轉

1 1 1 0 1 停 正轉 以左電機為中心原地左轉

1 1 0 1 0 反轉 反轉 后退

1/0 0 0 0 0 停止 停止 停止

1/0 1 1 1 1 制動 制動 制動

三、硬件電路設計

為了制作出一個達到設計性能指標的智能迷宮小車，進行了多次硬件電路方案的修改，最后選用了直流電機控制車子的轉向，在三輪式后面加一個重新設計的萬向輪，用用舵機取代減速電機，電機轉速慢，輸出轉矩大，動力強，容易控制。電機角度控制精確度高。再用周長比較大的車輪換上，實踐結果證明效果很好。整車裝拼圖7所示。

（一）MC9S12XS128控制器。為了滿足對設計靈活性和平臺兼容性的需求，選用MC9S12XS128控制器，該控制器能實現一系列汽車電子平臺上的可升級性、硬、軟件可重用性、兼容性。采用S12 V2 CPU內核，可在40MKHz總線頻率上運行，有4KB、128KB、256KB閃存選項，帶有校正錯誤功能（ECC），還有ECC的4 KB-8KB DataFlash，可以用于實現數據或程序存儲。

（二）電源模塊。選用智能車1800mAH大容量電池，輸出電壓為7.2V作為直流穩壓電源電路，由LM1117構成的直流穩壓電路輸出6.0V電壓；由LM2940構成的直流穩壓電路輸出5.0V電壓，由LM1117和LM2940構成具有電流限制和熱保護功能電路。電路輸出電流達800mA，輸出電壓穩定、精度高、失真小。

（三）電機驅動模塊。電機驅動電路采用高性能的L293驅動芯片，傳動機構采用兩個相同型號的舵機改裝而成，能靈活實現電機的正轉和反轉。

（四）反射紅外傳感模塊。紅外檢測依據多個反饋點的數據，使用多點檢測方法。接收管接收紅外線信號的強弱與電流成正比，通過電阻把電流轉換成電壓值，再經LM358構成的電壓跟隨器以及電容濾波，給AD轉換電路提供穩定的電壓值。從而能更好實現高精度控制。

（五）光敏檢測模塊。光敏檢測模塊采用光敏三極管進行檢測，安裝在紅外模塊的下面，并向車里面延伸，在距車頭往里3 cm處，確保三極管只能接受到紅光信息避免紅外發射管發射的紅外線影響。

四、軟件設計

系統軟件設計流程圖8所示。

圖8系統軟件設計流程

五、總結

設計的智能小車能夠在迷宮場地內快速順暢完成直行前進、倒退、急停，以及原地實現90度、180度轉彎，在行駛過程中通過紅外檢測信號快速自我調節；沒有出現判斷失誤、轉向卡死、死循環等問題；達到自動避障、選擇路線、尋跡，在迷宮中自動從起點尋找路線走到終點。本文提出的控制方法可以應用于無人工廠，倉庫，服務機器人等領域。對實驗室無人駕駛智能汽車及機器人研究開發應用具有一定參考價值。

【參考文獻】

［1］Joseph L Jones.機器人編程技術——基于行為的機器人實戰指南［M］.北京：機械出版社，2007

［2］卓晴，黃開勝，邵貝.學做智能——挑戰飛思卡爾杯［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2007

［3］馬忠梅，籍順心，張凱，等. 單片機的C語言應用程序設計［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2003

［4］王威. HCS12微控制器原理及應用［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2007

［5］黃智偉.全國大學生電子設計競賽訓練教程［M］.北京：電子工業出版社，2005

（責編黎原）

【摘要】選用MC9S12XS128為主控芯片，采用三方位大功率紅外檢測、舵機控制動力、PWM速度控制等技術，設計一款智能迷宮小車，包括小車的機械結構裝配、電路控制、軟件編程、控制算法及調試方法等。實踐結果證明，所設計的智能迷宮小車能實現自動避障、選擇路線、尋跡，在迷宮中運行平穩，快速，高效從起點尋找路線走到終點，而且經濟成本低。

【關鍵詞】MC9S12XS128智能迷宮小車避障尋跡

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）06C-0190-03

隨著智能電子技術的迅速發展和普及應用，社會發展對電子技術要求越來越高，智能迷宮小車的出現為今后能夠更好運用智能汽車及機器人替代人工活動奠定了基礎。經過完善的迷宮小車將可以廣泛用于軍事排雷、火災現場的搶救、有害氣體中毒的搶救等活動。然而，目前的迷宮小車還是停留在人工遠程控制階段，真正能實現自主學習的智能小車還有待繼續研發。本文設計的智能小車模型是一輛由PCB電路板組合重裝的小車，全車機械部件均安裝固定在PCB板上，不用再進行機械部件制作，對于實驗研究階段的機器人開發很有意義。走迷宮智能小車主要是基于自主反應式智能系統原理，電機控制方法為單向PWM開環控制，直流電機驅動。選擇MC9S12XS128單片機為控制核心，采用與地面顏色有較大差別的導引線，通過反射式紅外傳感器進行導引，障礙物位置用紅外一體化接收頭進行檢測，只要改變單片機產生的PWM方波的占空比，就可以在設計范圍內實現360度全方位移動，從而實現在迷宮中自主迷宮探路、路線識別、自動避障，選擇正確的路線行進，從起始點尋找路線走到終點。

一、整體方案設計

為了使智能小車能夠在迷宮中平穩行駛、精確快速探索迷宮路線，要求小車必須能夠控制精準，準確地對不同路況進行快速判斷并做出對應的操作，自動順利地進行避障，所以所設計的智能小車靈活性非常重要。為了實現此目標，電路選用了三個檢測路況的傳感器，用于檢測左、右、前邊、兩邊的路況，車子行進規則選擇適合的迷宮搜索算法為依據，遍歷所有路徑，尋找最短路徑方案。所以本控制系統設計方案：采用16位處理器MC9S12XS128，電機轉動速率采用PWM控制，兩個電機選用L293進行驅動，測距利用紅外傳感器，選擇LM1117和LM2940高性能穩壓芯片組成穩壓電路，通過光敏三極管電路檢測終點，用舵機改裝成小車的動力系統。智能迷宮小車設計整體方案圖1所示。

圖1 智能迷宮小車工作原理方框圖

二、控制原理分析

（一）路徑識別的分析。為了進一步找出控制車體的規律和數據，反復實踐研究了反射電壓和墻面距離的關系，不斷對模擬量反射管的電壓值連續采樣，車體和墻壁之間的距離通過電壓值大小來識別，車體位置與對應有效的控制方法不斷調整匹配。最終得出實踐測量數據結果分別為圖2、圖3、圖4所示。

圖2左紅外接收管反射電壓和墻面距離的特性曲線圖

圖3右紅外接收管反射電壓和墻面距離的特性曲線圖

圖4中間紅外接收管反射電壓和墻面距離的特性曲線圖

可見，在反射電壓和墻面距離特性曲線圖表中，接收電壓與反射距離基本接近線性關系，從而為智能迷宮小車控制提供了理論依據，依據左、中、右各路反射回來的電壓即可知道車的左、中、右和墻壁的距離，依據三方位的信息即可控制小車實現左轉、右轉、后退、90度轉、180度轉、直線行走。為了避免轉彎的時候車子與墻面相撞、小車突然卡死等一些意外情況，另外增加兩個用于轉彎角度定位的傳感器，在車子轉彎時，它們負責記錄轉彎時的一些數據。

（二）紅外檢測仲裁。具體如下：

1.線行駛。小車直線行駛控制圖5所示，把長度為10 cm的小車等效為一點，當小車行駛到1位置時，根據左傳感器檢測到距離左邊墻3 cm的信號，判斷小車已左偏且遠離右墻；當小車行駛到2位置時，根據右邊傳感器檢測到距離右邊墻3 cm的信號，判斷小車已右偏且遠離左墻；同理當小車行駛到達3位置時，判斷小車已偏右并接近右墻；行駛到達4位置時，判斷小車已偏左且遠離右墻。因此，通過四個狀態就可正確判斷小車的行駛位置，而且行駛在中線4 cm范圍不碰墻壁。

圖5智能迷宮小車直線行駛控制

2.路口處仲裁。圖6所示，小車行駛于路口時，通過“0、1、2”號紅外接收管接收到的電壓值不同對小車所處的狀態進行判斷。如果“0”號傳感器檢測到電壓值在0.8V范圍內，探測到距離超出15cm，判斷距離右邊為“無窮遠”，則說明右邊有路口；如果“1”號傳感器檢測到電壓值在2.5V以上，判斷距離前方5cm處有墻壁，則說明前方無路；如果“2”號傳感器的電壓值在0.8V以上，判斷距離左邊15cm以內有墻壁，則說明左邊無路口，此刻策略是右轉90度。

圖6智能迷宮小車路口處仲裁

圖7智能迷宮小車整體總裝

3.舵機轉向的控制。如表1所示，左舵機的方向控制信號用B0、B1表示，右舵機的方向控制信號用B2、B3表示，那么轉動時間長短的不同，就分別代表了45度、90度、180度旋轉狀態。

表1舵機轉向的控制

使能EN 左電機 右電機 左電機 右電機 電動車運行狀態

控制信號 B0 B1 B2 B3

1 0 1 0 1 正轉 正轉 前行

1 0 1 1 0 正轉 反轉 右轉

1 0 1 1 1 正轉 停 以右電機為中心原地右轉

1 1 0 0 1 反轉 正轉 左轉

1 1 1 0 1 停 正轉 以左電機為中心原地左轉

1 1 0 1 0 反轉 反轉 后退

1/0 0 0 0 0 停止 停止 停止

1/0 1 1 1 1 制動 制動 制動

三、硬件電路設計

為了制作出一個達到設計性能指標的智能迷宮小車，進行了多次硬件電路方案的修改，最后選用了直流電機控制車子的轉向，在三輪式后面加一個重新設計的萬向輪，用用舵機取代減速電機，電機轉速慢，輸出轉矩大，動力強，容易控制。電機角度控制精確度高。再用周長比較大的車輪換上，實踐結果證明效果很好。整車裝拼圖7所示。

（一）MC9S12XS128控制器。為了滿足對設計靈活性和平臺兼容性的需求，選用MC9S12XS128控制器，該控制器能實現一系列汽車電子平臺上的可升級性、硬、軟件可重用性、兼容性。采用S12 V2 CPU內核，可在40MKHz總線頻率上運行，有4KB、128KB、256KB閃存選項，帶有校正錯誤功能（ECC），還有ECC的4 KB-8KB DataFlash，可以用于實現數據或程序存儲。

（二）電源模塊。選用智能車1800mAH大容量電池，輸出電壓為7.2V作為直流穩壓電源電路，由LM1117構成的直流穩壓電路輸出6.0V電壓；由LM2940構成的直流穩壓電路輸出5.0V電壓，由LM1117和LM2940構成具有電流限制和熱保護功能電路。電路輸出電流達800mA，輸出電壓穩定、精度高、失真小。

（三）電機驅動模塊。電機驅動電路采用高性能的L293驅動芯片，傳動機構采用兩個相同型號的舵機改裝而成，能靈活實現電機的正轉和反轉。

（四）反射紅外傳感模塊。紅外檢測依據多個反饋點的數據，使用多點檢測方法。接收管接收紅外線信號的強弱與電流成正比，通過電阻把電流轉換成電壓值，再經LM358構成的電壓跟隨器以及電容濾波，給AD轉換電路提供穩定的電壓值。從而能更好實現高精度控制。

（五）光敏檢測模塊。光敏檢測模塊采用光敏三極管進行檢測，安裝在紅外模塊的下面，并向車里面延伸，在距車頭往里3 cm處，確保三極管只能接受到紅光信息避免紅外發射管發射的紅外線影響。

四、軟件設計

系統軟件設計流程圖8所示。

圖8系統軟件設計流程

五、總結

設計的智能小車能夠在迷宮場地內快速順暢完成直行前進、倒退、急停，以及原地實現90度、180度轉彎，在行駛過程中通過紅外檢測信號快速自我調節；沒有出現判斷失誤、轉向卡死、死循環等問題；達到自動避障、選擇路線、尋跡，在迷宮中自動從起點尋找路線走到終點。本文提出的控制方法可以應用于無人工廠，倉庫，服務機器人等領域。對實驗室無人駕駛智能汽車及機器人研究開發應用具有一定參考價值。

【參考文獻】

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（責編黎原）