段焜

（江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江蘇徐州，221011）

基于單片機(jī)的智能循跡小車設(shè)計(jì)

段焜

（江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江蘇徐州，221011）

智能循跡汽車是汽車電子、人工智能、機(jī)械制造等多種學(xué)科領(lǐng)域的結(jié)合體，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。智能循跡小車運(yùn)用單片機(jī)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)利用傳感器進(jìn)行識(shí)別賽道的信息，接著在利用傳感器檢測(cè)智能車的加速度及其速度，實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定的循跡進(jìn)行行駛。智能汽車研究也越來(lái)越受到關(guān)注，智能汽車的適應(yīng)能力較強(qiáng)，可按照事先的軌道進(jìn)行自行運(yùn)作，不需要路徑管理，即可完成預(yù)期目標(biāo)。在科技發(fā)展迅猛的現(xiàn)代化社會(huì)，汽車普及率也已經(jīng)處于高峰狀態(tài)，不少汽車制造商提出無(wú)人駕駛的概念，比如：特斯拉，因此設(shè)計(jì)具有很高科研價(jià)值。

單片機(jī)；智能；小車設(shè)計(jì)

1 智能循跡小車的結(jié)構(gòu)組成和設(shè)計(jì)

智能循跡小車的車體結(jié)構(gòu)如圖1可以看出，智能遁跡小車的主要結(jié)構(gòu)是控制電路板和傳感器，電機(jī)和底盤部件幾個(gè)主要部分組成。

圖1 智能遁跡小車車體結(jié)構(gòu)

智能遁跡小車是單片控制電路遁跡電路、避障電路、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路幾個(gè)部分組成。其中系統(tǒng)總框架可以在圖片2中看出，智遁跡以AT89S52單片機(jī)作為整個(gè)控制電路板的核心內(nèi)容進(jìn)行外接控制電機(jī)和紅外傳感器的使用。再者，智能遁跡小車使用來(lái)驅(qū)使舵機(jī)來(lái)完成小車你最基本的動(dòng)作，換句話說，就是完成智能遁跡小車前行和后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止、掉頭等基本的任務(wù)功能。從傳感器的角度分析，智能遁跡小車從選擇上是選擇了QTI紅外傳感器來(lái)探測(cè)地面上的黑白斑馬線，并在小車車體的下方分別安裝上4個(gè)QTI傳感器，與此同時(shí)，傳感器的信號(hào)是連接著單片機(jī)的四個(gè)小腳，基于單片機(jī)的傳感器就可以檢測(cè)到信號(hào)，并控制小車的不斷前行。最后，智能遁跡小車的底部可以安裝電池盒和底盤木本和尾輪還有左右輪一些部件，下車前行的兩側(cè)分別是驅(qū)動(dòng)輪，在校車后面有一個(gè)尾輪作為支撐，這樣智能遁跡小車在隱形的過程中就可以進(jìn)行靈活性并自由的進(jìn)行遁跡活動(dòng)。

圖2 系統(tǒng)框架

2 智能遁跡小車硬件設(shè)計(jì)

2.1 伺服電機(jī)

伺服電機(jī)中的伺服舵機(jī)在懸著的時(shí)候可以按照指令進(jìn)行控制小車的位置和速度的快慢,輸入線，分別是紅黑白三種顏色，其中紅色的電源線，黑色是代表著底線，白色的是信號(hào)控制線，伺服舵機(jī)內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，能夠產(chǎn)生信號(hào)的寬度和另一個(gè)比較器，可以進(jìn)行基準(zhǔn)信號(hào)和外加信號(hào)的比較，來(lái)判斷方向和大小，進(jìn)而產(chǎn)生電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生。脈沖序號(hào)是經(jīng)過零點(diǎn)表進(jìn)行標(biāo)定后，不會(huì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的伺服電機(jī)，如果發(fā)現(xiàn)這個(gè)時(shí)候的伺服電機(jī)發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，就表示該點(diǎn)擊需要進(jìn)行標(biāo)定，在高電平持續(xù)時(shí)間為一點(diǎn)三毫秒時(shí)候，電機(jī)進(jìn)行順時(shí)針的高速旋轉(zhuǎn)的形態(tài)出現(xiàn)，當(dāng)高電平持續(xù)時(shí)間為一點(diǎn)毫秒時(shí)刻，電機(jī)進(jìn)行逆時(shí)針的高速行駛。

2.2 循跡傳感器

2.2.1 傳感器選擇

傳感器的原理和傳感器的連接，QTI是通過一個(gè)發(fā)光的二極管和一個(gè)光敏三極管耦合進(jìn)行得到了一個(gè)和光敏相似得電阻，對(duì)信號(hào)等電平進(jìn)行控制，傳感器是一個(gè)雷士黑色的表面，反光的效率相對(duì)極小，光敏三極管并不存在導(dǎo)通作用。因此可以看出，三極管及其電容組成的RC電路是在時(shí)間常數(shù)相對(duì)較大，電壓大部分在三極管的兩端，，相反，如果傳感器的經(jīng)過表面比較的亮和光滑，反射率就會(huì)太高。

2.2.2 小車遁跡策略

圖3 小車循跡策略

圖4 小車循跡策略

把四個(gè)QTI傳感器信號(hào)線連接到小車想用的I或者0端口，選定對(duì)象P2中的P2.1、P2.2、P2.3、P2.4進(jìn)行相關(guān)信號(hào)線的連接，使用不同顏色的線有助于檢查時(shí)候是否錯(cuò)誤，方便快捷。

圖3、圖4可以看出，傳感器是集中在一條直線上的，而P2.2、P2.3引腳第一級(jí)向上傳感信號(hào)，其中的P2.1、P2.4是第二級(jí)出納干信號(hào)。智能遁跡小車在前行的過程中，如果出現(xiàn)黑線就會(huì)在第一條傳感器的下面，如果小車發(fā)生了偏離現(xiàn)象，傳感器就會(huì)檢測(cè)出錯(cuò)誤并及時(shí)糾正，把小車帶入到正確的軌道中去。第二級(jí)唇干器在實(shí)際的運(yùn)行中是第一級(jí)傳感器的后備裝置，如果小車偏離的角度較大，就會(huì)使用第二級(jí)出現(xiàn)進(jìn)行糾正，從而就可以保證小車的正常行駛，提高了小車的遁跡可行性和可靠性。

3 智能遁基本動(dòng)作設(shè)計(jì)

3.1 小車基本動(dòng)作實(shí)現(xiàn)

智能遁跡小車在前行的過程中，如果從不同的方向和角度進(jìn)行觀察轉(zhuǎn)動(dòng)輪子的方向，其實(shí)是不一致的，也是不一樣的，左邊的是逆時(shí)針，右邊的是順時(shí)針的進(jìn)行開動(dòng)。智能遁跡小車在同樣的道理驅(qū)使下，小車在做其他的動(dòng)作時(shí)刻，也可以對(duì)其輪子進(jìn)行方向上觀察，根據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)可以看出，改變小車的速度時(shí)候，我們可以通過控制參數(shù)的變化來(lái)改變小車的速度大小，小車的兩個(gè)輪子速度和方向控制著小車的自身的方向和速度，因此，在C語(yǔ)言上，可以直接利用LEFT和RIGHT來(lái)表示左右輪子的參數(shù)進(jìn)行用for循環(huán)來(lái)說實(shí)現(xiàn)控制脈沖的數(shù)量。

3.2 循跡功能實(shí)現(xiàn)

表1 循跡功能

從表格1可以看出，智能小車的遁跡策略是相同的，在傳感器的測(cè)試基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)用move函數(shù)進(jìn)行完成長(zhǎng)期的循跡過程，并對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的修正和優(yōu)化，假如：智能遁跡小車走向白色的線就會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)停止的現(xiàn)象，從一條黑線走向另外一條黑線就會(huì)出現(xiàn)不少的功能和現(xiàn)象，根據(jù)提到的智能遁跡小車的使用方式和設(shè)計(jì)方法，可以看出，在此種設(shè)計(jì)方式上，智能遁跡小車可以進(jìn)行智能平穩(wěn)的形式，基本上不存在偏離的現(xiàn)象，在進(jìn)行轉(zhuǎn)彎和掉頭的過程中也可以很好的進(jìn)行運(yùn)行，保證小車的正常速度。

4 總結(jié)

想要設(shè)計(jì)一套高精度、高穩(wěn)定的智能遁跡小車，需要對(duì)其進(jìn)行硬件電路和循跡控制及其軟件的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的解說，并對(duì)小車的小轉(zhuǎn)彎和大轉(zhuǎn)彎進(jìn)行的靈敏度進(jìn)行加強(qiáng)，讓小車可以順利的進(jìn)行轉(zhuǎn)彎和通過，并對(duì)小車傾斜線轉(zhuǎn)彎的處理進(jìn)行變速和提高，還需要保持在不偏離路徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)節(jié)。智能遁跡小車的設(shè)計(jì)涉及的方面十分多，在小車設(shè)計(jì)中，單片機(jī)和傳感器是十分重要的課題，不同的單片機(jī)智能遁跡小車的性能也就不盡相同。把AT89S52作為單片機(jī)的核心，QTI紅外傳感器作為基礎(chǔ)進(jìn)行的循跡小車，在傳感器輸送信號(hào)的過程中，對(duì)小車進(jìn)行智能性的控制，實(shí)現(xiàn)小車的前行、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、掉頭等一些列的活動(dòng)，此方法的智能遁跡小車具有很強(qiáng)的運(yùn)行能力，也可以更好的控制小車運(yùn)行的過程和方向。

[1]張煥梅.基于單片機(jī)的自動(dòng)循跡小車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化. 2017(05).

[2]董雷剛,崔曉微,張丹,張華,安向明.復(fù)雜路況下的智能循跡小車方案設(shè)計(jì)[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù).2014(07).

[3]馬家慶,于兆勤,劉建群,黃惠敬,陳煒楠.自動(dòng)循跡機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 教育教學(xué)論壇.2014(20).

Design of intelligent tracking car based on MCU

Duan Kun
(Jiangsu safety technology, Career Academy，Xuzhou Jiangsu, 221011)

The intelligent tracking car is a combination of artificial intelligence, automotive electronics,machinery manufacturing and other fields, has higher application value The use of single-chip intelligent tracking car based on the design, at the same time using the sensor to identify the track information,then the acceleration and velocity is detected by a sensor of intelligent vehicle, achieve rapid and stable tracking of driving More and more attention has been paid to the research of intelligent vehicle The adaptive ability of smart vehicle is stronger It can operate automatically according to the prior track Without the management of path, the desired goal can be achieved. With the rapid development of science and technology in modern society, the popularity rate of automobiles has also been at its peak Many automobile manufacturers have proposed the concept of unmanned driving, such as Tesla, so the design has high scientific research value

single chip microcomputer; intelligence; car design