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(多图) 低成本8位单片机控制的光电寻迹智能车

电子设计工程 牛俊英?? 2012年02月20日 ?? 收藏0
智能车竞速比赛以及多种智能车的应用场合中,需要智能车沿着某条轨迹快速前进,使用普通红外传感器、激光传感器、摄像头识别均可有效提取路面轨道信息而解决这一问题,现在常见使用16位单片机作为控制核心。普通红外传感器因为易受干扰、前瞻距离短等缺点已经较少使用,摄像头有丰富的数据信息,但是低成本8位单片机不能很好的处理这些信息。激光传感器成本适中,处理的信号便于8位单片机处理,能够有效的节省硬件成本。针对寻迹智能车进行了软硬件设计,采用3位freescale单片机MC9S08AC16作为控制核心,使用激光传感器提取赛道信息,采用低成本的红外测速方案,算法使用以PID为基础的枚举查表法,做到了处理快速高效。整个设计既满足了竞速小车的响应迅速的要求,又是一种较低成本的设计方案。

1 车模安装

智能车的控制采用的是前轮转向,B型车模采用的是国内厂商生产的1:16的电动越野遥控车的底盘部分,突出特点为四轮驱动,四轮独立悬挂。反射式光电传感器在小车前方一字形简单排布,14个发射,7个接收,一个发射带两个接收,传感器的前瞻可以达到40cm以上,两个激光发射头间距1.8cm。传感器单元安装图如图1所示。

传感器单元安装图

系统选用红外传感器作为测速传感器把红外传感器安装在后轮上,在后轮的内壁贴上黑白等距的胶带,这样子安装就充分利用了空间,且完成了测速的要求。红外传感器测速安装图如图2所示。车轮转动时,红外传感器将会输出脉冲电平,检测脉冲频率将得到小车速度。这种测速方法无法达到光电解码器的精度,但是对于小车的速度处理并没有太大影响,而光电解码器价格昂贵,安装在齿轮上,同等电源和PWM的输出时,小车速度会变慢。

红外传感器测速安装图

2 硬件设计

电源管理模块采用7.2 V 2 000 mAh Ni-Cd蓄电池作为系统能源,并且通过降压稳压电路分出6 V,5 V分别给舵机和单片机等供电;使用H桥及其相关器件做了直流电机驱动模块;转向伺服舵机控制智能车转向;用红外传感器测量模块实时测量智能车车速;采用激光传感器作为赛道的检测;系统充分使用了M9S8AC16CG单片机的外围模块,具体使用到的模块包括:定时器模块、PWM脉冲宽度调制模块、中断模块、I/O端口和实时时钟模块等。

2.1 最小系统及主板

系统采用的常规使用的最小系统板,以MC9S08AC16为核心的单片机系统的最小系统主要包括以下几个部分:时钟电路(外接的8 MHz的石英晶振)、电源电路(提供5 V直流电源)、复位电路、BDM接口(通过BDM头向单片机下载和调试程序)。

主板上有组成本系统的主要电路,具体包括:

电源稳压电路 7.2 V的电池电源将会通过3个集成稳压电路处理成两个5 V、一个约5~7.2 V的可调直流输出,其中一个5 V直流电源供单片机和相关外设工作,另外一个5V直流单独供激光传感器工作,可调直流输出供舵机工作,采用这种电源设计方式,可以提供所需不同大小的电源,同时在舵机、激光传感器工作时不会影响单片机的工作电源。

接口电路 包括舵机接口、电机驱动接口、电源接口、调试用人机界面电路接口、单片机最小系统插座。

电机驱动板作为一个独立的单元制作的直流电机“H”型双极性驱动电路。

2.2 传感器模块

采用14个发射,7个接收,两个发射一个接收为一组一字排开。每次选中不相邻两个发射管发射,由两个接收譬分别接受。AC16单片机的IO端口进行控制,由74LD164驱动选择要发射的传感器,由一个555芯片发出100 kHz的频率震荡波,激光管发光。接受部分有一个相匹配的100 kHz的接收管接收返回的光,7路接收管的接收信号直接进单片机。传感器原理如图3所示。

传感器原理


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单片机? 光电寻迹? 智能车?

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