基于单片机控制的智能循迹避障小车

1 概述 此智能车素材来源于2003年全国大学生电子设计大赛，采用 AT89S52单片机作为小车的控制中心，将各传感器的信号传至单 片机分析处理，从而控制 L293D电机驱动，控制小车和数码显示管 的显示和蜂鸣器鸣叫。利用红外传感器检测黑线，接近式开关传感 器检测薄铁片，集成红外线传感器即光电开关进行避障。此车不仅 是往届全国大学生电子设计大赛题目，而且与“飞思卡尔”全国智 能车大赛光电组命题雷同，可见其意义不同之处！2003年电子竞赛 跑道示意图：小车从起跑线开始启动，循黑迹经过直道区，并且检 测相应的铁片（方框代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf ），发出声光；然后进入 BC 弯道区，在 C 点检测铁片停留 5 s，同时声光显示；此后启动避障，寻找车库中的 灯光，进入车库，并且停放。如图 1所示。 2 整个车体模块化 全电路有中央单片机控制模块、电机驱动模块和传感器模块 （包括寻迹电路，金属探测，避障电路以及光源检测等）、声光显示 模块、电源模块。硬件总的关系如图 2所示。 2.1 电机驱动模块 电机采用的是小车自带的直流电机，使用较为方便，用 L293D 驱动。采用数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。 但是一般小电机的阻抗很小，但电流很大，分压会降低效率而且很 难实现；293的 8号管脚输入一定的电平值，可以调整作用于电机 两端电压使电机保持在合适的速度范围；单片机通过控制 293使 能端电平的高低，来实现电机的转动与否，实现小车的前进或转 向。直流电机变向原理：如左转则左轮不动，右轮转；如右转，相反； 直行则左右轮都转。但 293芯片容易发热的问题很难解决。 2.2 循迹模块 元件：采用反射式红外光电传感器 ST188。 原理：由于光线照到路面产生反射，且黑色与白色反射系数不 同，可以根据传感器接收到的光判断车是否超出黑线。ST188电路 检测到黑色或白色的时候可以产生高低电平信号的变化，并将信 号送至单片机，从而控制左右电机转动，实现小车沿黑线运动。 ST188原理：一体化红外发射接收 IRT中的发射二极管导通， 发出红外光线反射到光敏接收管上，使光敏接收管的集电极发射 极间电阻变小，输入端电平变低，输出端为高电平，9013导通，集电 极为低电平，输入单片机。 当检测到黑色条纹时，反射到 IRT中接收管上的光减少，接收 管的集电极与发射极间电阻变大，9013截止，集电极 C为高电平， 将此信号输入到单片机中进行判断。 根据实际情况，我们做了如下的改进：（1）在发光二极管的正 极部分，接入可调电位器，可以通过对该端电压的控制来调节传感 器的敏感度；（2）在电路的输出端再加一个施密特电路整形；（3）在 三极管的基集 B和发射极 E接一个电容，减少电路中的“毛刺”，增 加其抗干扰能力。 2.3 铁片检测模块 该模块采用 LJ12A3-4-Z/BY接近开关检测铁片，该传感器是 一种集成元件，具有稳定性好、外围电路简单的优点。当传感器的 探测头检测到金属时会向单片机送出一个高电平，单片机根据这 个高电平来驱动数码管显示计数；采用 74LS373锁存器驱动数码 管，单片机将检测到铁片后的计数脉冲输入锁存，让数码管显示计数。 2.4 声光指示模块 在正常运行时 LED为发光状态，由于铁片检测模块检测到第 四片时会停车，此时 LED灭，5 s后再次运行，LED亮；检测到一片 铁片时，传感器输出一个高电平到单片机，单片机发出一个信号到 蜂鸣器，蜂鸣器发声。 2.5 寻光模块 采用光敏二极管作为光源探测模块的传感器，由于光敏二极 管感光后，内阻有较大的变化，通过一定的电路转化为电压的变 化。采用 LM393比较器对 5个二极管的输出电压进行比较，光敏 二极管引起的电压变化送到比较器的反相端与基准信号进行比 较，将结果输入到单片机执行判断。 改进措施：由于光线不稳定，用 5个分布呈圆弧型光敏二极管 进行寻光，而且用黑胶带包住，否则外界影响很大！寻到光的一个 将输出一个信号到单片机，以此来控制车的转向。如图 3所示。 基于 LM393的寻光电压比较电路：LM393的二号管脚为基准 电压输入端，将需要进行比较的电压输入到三号管脚，如果比基准 电压的值大，则一号管脚输出为高电平，反之为低电平。 2.6 避障模块 采用一对集成红外线传感器即光电开关置于小车两端，选用 集光电开关的原因是其灵敏度高，较稳定，且外围电路比较简单； 红外光电开关有 3根引线，2根接电源，1根为输出，初始状态下为 高电平，检测到障碍物时变为低电平，将其信号输入单片机可对小 图 2 硬件总的关系图 基于单片机控制的智能循迹避障小车 姚 培 1 张李坚 1 周晶香 2 （1.西南交通大学，四川成都 611756；2.宿迁学院，江苏宿迁 223800） 摘 要：根据小车各部分功能，模块化硬件电路，并调试电路。将调试成功的各个模块逐个地“融合”成整体，再进行软件编程调试，直到完成 小车，使小车智能地循迹、避障、声光显示、检测铁片、寻光。 关键词：传感器；单片机；电机驱动；电源 图 1 全国大学生电子设计大赛跑道示意图 铁片探测 传感器 循迹传感器 避障传感器 寻光传感器 AT89S52 单片机 电源模块 蜂鸣器 电机驱动 LED光源显示 1m 1m 2m 0.2m 0. 3m 50 cm 5 cm C 车库 0.4m 0. 4m 14 .5 m 12 cm 光源 停车区 障碍区 5cm 5cm R=0.8m O 2cm 5cm 2m 弯道区 障 碍 物 2 12.5cm 15cm 12.5cm 5c m B 1.2m 2c m 直道区 5c m 2.3m0.4m 引导线 起跑线 障 碍 物 1 0. 4m 理论创新◆Lilun Chuangxin 192 车电机进行控制。 2.7 电源模块 电源模块分为 2部分：一部分为芯片电源模块，提供 5 V电压 驱动芯片；另一部分为电机驱动模块，提供较高的功率通过 L293D 来驱动电机。 电机驱动电源：由于小车自带 5 V的直流充电电池，用该电池 提供电源给 293芯片，一般该电池为 400 mAh的镍电池，功率大， 比较稳定耐用，可充电更加经济，且稳定性较好，使用更为方便。 芯片驱动电源：由于功率要求不大，但是稳定性要高，所以用 6 V的稳压电路带动（已经考虑了压降，当然每个电子器件的压降 不同，需要根据自己的电路，做调试）。 2.8 单片机控制模块 利用 Protel 99 SE生成以单片机为中心的 PCB 3D图，如图 4 所示，单片机 1、2号管脚接寻迹电路的两个输出端；3号管脚接铁 片检测电路的输出端；4、5号管脚接避障电路输出端；21、22、23、24 号接光源检测电路的输出；利用 Keil uVision3，进行 C语言编程， 并烧进单片机。 3 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 与经验 首先要选择合适的电路，且要不断调试。因为在实际制作过程 中，由于传感器对外界反应的灵敏性不同，需要在稳定电路的基础 上，根据环境（灯光和障碍远近以及光线明亮程度等）调试出合适 的电阻电容参数。 其次分别调试各个硬件模块，将调试出的各个电路模块综合 起来。因为容易出现干扰情况，最好采取“逐步综合”方法：将一个 模块综合后调试成功再综合另外一个，这样更能逻辑地分析出综 合时哪个模块出现了问题。 然后在制作 PCB图的时候，必须封装准确，否则在焊接时可 能焊接不上，即使一个小小的问题也可造成整个板子的浪费。 最后在写程序的时候，最好也先写好各个模块的子程序，然后 逐步综合成总的程序，原因类似模块综合原因。如有必要，请用 protues软件，进行单片机仿真，避免了软件调试时拔插单片机烧制 的麻烦。 [参考文献] [1] 郭惠，吴迅编著.单片机C语言程序设计完全自学手册.电子工业 出版社，2008 [2] 周润景，郝晓霞.传感器与检测技术.电子工业出版社，2009 收稿日期：2010-02-22 作者简介：姚培（1988-），男，江苏南通人，就读于西南交通大学机 械学院，研究方向：交通设备信息工程。 张李坚（1989-），男，江苏南通人，就读于西南交通大学土木学院， 研究方向：地质工程。 图 3 光敏二极管分布图 最大奖励电费的 0.95。 首先，对于机辆段采取低压分散补偿的方法，补偿电容器的大 小计算如下： 变压器效率按照为 0.8 计算，400 kVA的变压器可带负荷为 400×0.8=360 kW，当功率因数从 0.7提高到 0.95时，每 kW功率需 补偿电容量为 0.691 kvar。 因此，400 kVA的变压器需要补偿的电容器为 0.691×360≈ 249 kvar。 其次，对于工电段 100 kVA变压器按照供电部门变压器功率 大于或等于 100 kVA就必要安装无功补偿从而提高变压器的使用 效益的规定，依照相同的计算方法得到需要补偿电容器的容量为： 0.691×0.8×100≈55 kvar。 最后，对于车务段采取低压分散补偿和调整变压器运行方式 相结合的办法进行节能改造。对于 2台 100 kVA的变压器分别补 偿 55 kvar的电容器，然后再根据车务段负荷的具体情况合理选择 变压器的数量以达到节能的目的。 采取上述节能措施之后，本单位年耗电量减少了 11.5%，投入 的补偿电容器的成本 1年就可以收回。 6 结语 节约能源、降低损耗是企业实现可持续发展的前提和关键所 在，同时也是企业不可推卸的社会责任和使命。本文从工厂供电系 统电能损耗的几个方面进行了分析，就如何降低电能损耗，提高工 厂供电系统的利用率，并结合本单位的具体情况进行了阐述，事实 证明本文提出的方法是可行的。 [参考文献] [1] 吴斌.无功补偿对低压电网功率因数的影响[J].山西冶金，2009 （6）：70～72 [2] 薛世华.浅析电力系统低压电网无功补偿的问题[J].机电信息， 2009（36）：199～200 [3] 陶淑娴.农村电网无功补偿探讨[J].云南电力技术，2009（6）：18～ 20 [4] 卢贤成.工厂供电系统功率因数就地补偿的理论与实践[J].有色 冶金节能，2006（4） 收稿日期：2010-03-12 作者简介：荆有艳（1967-），女，辽宁人，工程师，研究方向：机电一 体化。 成圆弧型，并且 黑胶带包住，以 免受到外界环 境的影响。 图 4 PCB 3D图 （上接第 191页） Lilun Chuangxin◆理论创新 193机电信息 2010年第 12期总第 258期