基于光电传感器的智能小车循迹模块设计

基于光电传感器的智能小车循迹模块设计内容摘要：

很大，不能够稳定的工作。 方案二： 采用 ST 系列反射式光电传感器。 这个系列的传感器种类齐全、价格便宜、体积小、使用方便、质量可靠、用途广泛。 采用 ST188作为红外光电传感器，当 检测到黑色区域 ， 二极管发射的红外线没有反射到光敏接收三极管，三极管截止 ；若检测到白色区域 ， 接收三极管接收到二极管发射的红外线 ， 三极管导通，满足要求，故选用性价比较高的 ST188红外光电传感器。 传感器的安装方案对比 方案一： 采用两个红外光电传感器，分别放置在电动车车头的左、右两个方向，用来控制小车的行走方向。 此方案虽然可以较好地循迹，但由于转向后的惯性，小车会沿着黑线大幅摆动。 方案二： 采用三个红外传感器，一个置于轨道中间，两个置于轨道外侧，当小车脱离轨道时，置于中间的一个红外传感器接收到光线，等待外面任一个检测到黑线后，做出相应的转向调整，直到中间的红外传感器重新检测到黑线再恢复正向行驶。 此方案能使小车较稳定地沿黑线行驶，但小车在遇到大幅转弯时会直接冲出轨道。 方案三： 采用 4个红外传感器，具体位置如图 所示。 图 传感器安装图 4 四个循迹传感器全部在一条直线上。 其中 X1与 Y1为第一级方向控制传感器，X2与 Y2 为第二级方向控制传感器，并且黑线同一边的两个传感器之间的宽度不大于黑线的宽度。 小车前进时，始终保持在 X1 和 Y1 这两个第一级传感器之间，当小车偏离黑线时，第一级传感器就能检测到黑线，把检测的信号送给单片机，单片机发出信号对小车轨迹予以纠正。 若小车回到了轨道上，即 4个传感器都接收到光线，则小车会继续行走；若小车由于惯性 过大依旧偏离轨道，越出了第一级两个传感器的探测范围，这时第二级传感器检测到并加大偏转力度，使小车迅速回到正确轨道上去。 第二级传感器作为第一级的后备保护，使小车纠正方向的速度显著提高，大大减小冲出跑道的可能，从而提高了小车循迹的可靠性，故采用此方案。 四、 传感器选用 红外传感器 ST188，采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成 ， 检测距离可调整范围大 ， 413mm 可用 ， 采用非接触检测方式。 含一个反射模块（发光二极管）和一个接收模块（光敏三极管）。 通过发射红外信号，看接收信号变化判断检测物体状态的变化。 A、 K 之间接发光二极管，C、 E 之间接光敏三极管（二者在电路中均正接，但要串联一定阻值的电阻） 图 41 ST188实物图 发光器和收光器 在 同一个装置内，利用反射原理完成光电控制作用。 正常情况下，发光器发出的光反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。 5 图 42 ST188 管脚图及内部电路 发 光二极管不断发光，当照射到黑色 线 时，光电管接收不到反光，电路 相当于 断开，电压比较器的正输入端为高电平，经过 LM234比较器整形后，输出一个图 43传感器模块电路图 6 高电平以传入单片机。 照 射到白色时， 发光二极管发射的光线被 光电管接收 到，电路相当于闭合， 输出低电平。 其中 滑动变阻器 可以调节 LM324 的门限电压。 LM324 为四运放集成电路，采用 14 脚双列直插塑料封装。 内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。 电路功耗很小，工作电压范围宽，可用正电源 3～ 30V，或正负双电源177。 1． 5V～177。 15V 工作。 在黑线检测电路中用来确定红外接收信号电平的高低，以电平高低判定黑线有无。 在电路中， LM324 的一个输入端需接滑动变阻器，通过改变滑动变阻器的阻值来提供合适的比较电压。 图 45 LM324内部电路 图 46 集成运放的管脚图 五、 其它各部分单元电路设计 图 51 时钟电路和复位电路 7 AT89C51 单片机是美国 Atm el公司生产低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4KB 的可反复擦写的只读程序存储器（ EPROM）和 128 B 的随机存取数据存储器 (RAM)，器件采用 Atm el 公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准 MCS51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（ CPU）和 Flash 存储单元，功能强大。 AT89C51 单片机可提供许多高性价比的 应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程 I/O 口、定时器 /计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。 时钟电路和复位电路 如图 51（与单片机构成最小系统） 1）采用外部时钟，晶振频率为 12MHZ 2）采用按键复位 电源采用双路开关电源。 明伟牌 D30W 双路开关电源。 输出（ 5V、 12V）。 实物图如图 52 所示。 图 52双路开关电源 该开关电源尺寸为 129X98X38mm，交流输入转换由开关选择，具有过流短路保护功能，能自冷散热。 低价位、高可靠。 电机 电机采用直流减速电机，直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。 由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生较大扭力。 可选用减速比为 1： 74 的直流电机，减速后电机的转速为 100r/min。 若车轮直径为 6cm，则小车的最大速度可以达到 求。 驱动 驱动模块采用专用芯片 L298N 作为电机驱动芯片， L298N 是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，其响应频率高，一片 L298N 可以分别控制两个直流电机。 以下为 L298N 的引脚图和输入输出关系表。 8 图 39 L298N 外部引脚 表 2 L298N 输入输出关系 停止是 步进电机 内的磁场不再旋转，这一固定的磁场所产生的力矩也称为 静力矩 迫使 步进电机 不再转动。 刹车是为了确保 步进电机 的定位准确性，在 静力矩之外再增加磨擦 力迫使电机不再转动 ，由快到慢分别为正转、停止、刹停和反转。 本设计用到电机的正转和停止，即一级转向为一个车轮高速正转，一个车轮低速正转；二级转向为一个车轮高速正转，一个车轮停转。 驱动电路。