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(多图) 感应式循迹小车的设计与实现

2012年02月13日 ?? 收藏1
摘要:传统的循迹小车采用光电传感器作路面轨道检测,其工作可靠性受环境光线的影响很大,实际运行中经常要根据环境光线的变化时传感器的灵敏度进行调整。提出一种感应式循迹小车的设计方法。用金属铝箔胶带代替黑色轨道线,在小车上设置多只金属感应传感器,基于感应的方法来检测铝箔胶带路线的位置,把检测的结果送单片机处理,再由单片机输出相应控制信号驱动小车运行。所提出的方法能够完全消除环境光线对循迹小车的干扰,提高小车运行的可靠性。样品小车的测试结果表明,基于新方法设计的小车运行平稳,在长时间工作中没有出现脱轨现象,小车的整体性能良好。

循迹小车是目前较为普遍的一项智能小车制作竞赛,该制作要求小车能寻着一条黑色轨迹前进直到终点,用达到终点的时间决定竞赛成绩。到达终点的时间越短,成绩越好。在整个设计过程中,循迹小车的寻迹电路是循迹小车的一个关键部件,传统的设计采用光电传感器作为寻迹器件。然而,光电传感器对环境的光线变化比较敏感,不适合在露天环境和光照比较强的地方开展活动。通过反复试验和尝试,作者提出把金属感应传感器用于循迹小车替代光电寻迹电路,用带不干胶的金属铝箔胶带贴在地面替代黑色轨迹线条,循迹小车寻着铝箔胶带轨道前进,无需光线介入,大大增加了寻迹小车活动的环境适应性。

1 硬件及电路

感应式循迹小车是由单片机控制系统、寻迹电路、电动机驱动电路等几部分组成。

1.1 金属感应传感器电路

金属感应传感器电路在小车中实现金属铝箔路轨的感应寻迹功能,该电路是用金属探测电路改进得到的,电路如图1所示。图中,电感线圈L、电容C1、C2、C3,三极管VT1等组成了一个典型的电容三点式振荡电路,振荡电路产生的正弦波信号经VT2放大后,由VD1、VD2、C6等进行倍压整流、滤波,使三极管VT3的基极获得了一定幅度的基极电压而导通,其集电极输出低电平,后级NE555电路构成的施密特触发电路因其2脚电平小于1/3VCC,其输出端3脚输出1电平。若把电感线圈L靠近金属物体,线圈的变化磁场会在金属物体内感应出涡流而产生铁损,线圈的Q质下降,电路振荡减弱直至停止振荡。作用在VT3基极上的电压消失,三极管VT3由导通变为截止,其集电极输出高电平,该电平使后级NE555的6脚电平大于2/3VCC,其输出端3脚的电平由1跳变为0,把这个信号送给单片机I/O端口,单片机就可以通过检测该端口的信号变化,了解循迹小车的运行状态,给出相应的控制指令。在该电路中,调整可调电阻RP的电阻大小可改变电路的正反馈幅度,使振荡电路刚好处于振荡的临界点上,可调节传感器感应到金属物体的灵敏度。通过精确调节RP,可使相应金属感应传感器的灵敏度达到10mm以上。

金属感应传感器电路

1.2 单片机控制电路

整个循迹小车的设计采用51单片机构建控制系统,电路图如图2所示,该电路由电源电路、ISP下载接口、电动机驱动电路接口、AT89S 51单片机等几部分组成。把单片机的P3.4,P3. 5,P3.6端口作为传感器的输入端口,从金属感应传感器电路原理分析中可以看出,当传感器靠近金属物体时,传感器输出为低电平,无金属物体时,输出为高电平,P3.7口直接接地,方便以后寻迹程序的编写。

单片机控制电路

1.3 电动机驱动电路

机器人采用两个减速电动机分别带动左右两个动力轮,实现前进、后退、转弯等功能。电动机的驱动电路选用小直流电动机专用驱动芯片L293D,它能同时驱动2个减速电机,最大输出峰值电流达1 A,该芯片与单片机连接如图3所示。

芯片与单片机连接


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光电传感器? 灵敏度? 电容三点式振荡电路?

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