简易智能小车(第四组)

简易智能小车

第四组：胡思铖、陈涛、涂雅菲摘要：本系统以89S52单片机为核心，利用了红外传感器、光敏传感器、超声传感波器、霍尔传感器及接近开关，通过对各方向上传感器所测数值的比较判断，利用单片机控制小车的左转、右转、前进及后退，完成对小车状态的即时控制，同时可在小车运动过程中显示即时速度和总运行时间。实现了小车在直道和弯道区按照黑带线的引导向前行驶，在障碍区灵活蔽障和在光敏区按照光线引导顺利进入车库的功能。达到了小车行驶超过90秒或离光源10至20厘米距离时自动停车的要求，并在黑带引导区可检测金属片，记录并存储遇到各金属片的时间和其离起点的距离，在遇到最后一块金属片时停车5秒同时显示所遇金属片信息。小车在整个运动过程中速度较快、蔽障灵活，路程、速度及时间记录准确，成功地完成了题目的各项要求。

Abstract: This system is based on a single chip as a kernel. Infrared transducer, photoconductive transducer, ultrasonic transducer, Hole transducer and adjacent switch are used in this system. The single chip controls the car to turn left, turn right, forwarding or countermarch through judging values which measured by these transducers and displays the instant speed and total time of the car. Running along the black line in the road and flexible evading of obstacles, as well as entering into the garage through detecting light from bulb are achieved. The car won’t stop until total time exceed 90 seconds or the distance from car to lamp-house reach 10 to 20 centimeters. Foils can be found and the data of these foils in distance and time will be displayed during the 5 second’s stop after finding the last metal. During the process, all the aim can be well achieved.

一、方案论证与选择

1、电机驱动电路

方案一：调压方式

调压方法通过电阻网络或数字电位器调整电机的分压，从而达到调速目的，但是这种方法只能实现有限级调速，而且由于电机的内阻一般较小，因此分压后电机的效率不高。方案二：继电器方式

采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过控制开关的切换速度实现对小车的速度进行调整。此方案电路简单，但继电器的机械特性易损坏、寿命短、可靠性不高。

方案三：达林顿管组成H型PWM电路

由达林顿管组成的H型PWM电路是目前比较广泛应用的一种方法。达林顿管交替工作在饱和与截止的模式下，因此效率非常高。H型PWM电路可以简单地实现转速和方向的控制，电子开关的速度很快，稳定性也极强。

方案四：利用单片机产生高低电平控制电机转速

利用单片机产生高低电平驱动直流电机。当单片机向直流电机提供高电平时，电机就会全速转动，当向直流电机提供低电平时，电机停止转动。所以向直流电机提供一定频率的高低电平，并改变其占空比可使电机转速可调。同时该方案还可使直流电机反接电平令电机反转，达到令小车后退的目的。该方案利于程序控制，硬件简单易行，只需将单片机和驱动电路相连即可。

基于以上分析，为了便于程序简单控制，减少硬件连接，选用方案四。

2、小车导向与驱动方式

方案一：后轮驱动，后轮导向

采用这种驱动方式的电动车的两个直流电机，一个电机驱动左后轮，左后轮和左前轮通过齿轮传动；另一个直流电机控制右轮。当两个轮子的转动速度不一样时，小车转向速

度慢的一方。采用这种驱动方式的小车，转动方向很灵活，并且动力强劲、机动性好，可以完成原地转动变换方向，缺点是耗电量大。

方案二：前轮导向，后轮驱动

采用这种驱动方式的电动车需要两个直流电机，一个电机控制小车的运动方向，安装在前轮控制左右摆动；另一个电机驱动小车运动，安装在后轮负责前进和后退。这种驱动方式在快速转向时存在困难、机动性较差、不能完成原地旋转，如果速度稍快可能导致小车直接冲出轨道，但优点是比较省电。

基于以上分析，省电较为重要，小车行驶全程都由电池供电，而驱动电路又是耗电量较大的方面，应尽量节约用电。同时，如果在转弯时让小车的红外检测灵敏，前轮转幅较大，一定的车速足以让小车在弯道上正常行驶。所以选用方案二。

3、小车行程与距离的检测

方案一：使用红外反射式传感器

使用红外反射式传感器，将在黑色的轮子上涂上适当数量的白条，就可以利用反射式红外来检测小车的行程。总体计算方法与方案一相同。

方案二：使用霍尔器件

霍尔器件利用了霍尔效应的原理，即置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向的两个面之间将产生电动势。当霍尔器件检测到磁片时会产生脉冲，如在小车的轮子内侧放置一定数量等角度间隔的小磁片，则通过对一秒钟内该脉冲的检测可得到小车的即时速度。每个即时速度的累加即为路程。

基于以上分析，两种方案的计数方式基本相同，但是由于小车构造，在车轮内侧等角度间隔放置小磁片较为方便，而在轮子上涂白条较难实现等间隔，而且白条在不断测试过程中容易脱落。故选用方案二。

另外在磁片安装部位选择也存在方案选择问题：

方案一：安装在后轮上

如将磁片安装在后轮内，则在小车行使过程中出现打滑情况，该路程也将被计入，使路程与速度纪录与实际情况有较大误差。

方案二：安装在前轮上

因为本车采用后轮驱动前轮导向的方法，故磁片安装在前轮测量误差较小。

基于以上分析，采用误差较小的方案二。

4、引导线检测方案

方案一：光敏电阻检测

光敏电阻是一种对光敏感的元件，是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感。它在无光照射时，呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小。按光谱特性可分为可见光光敏电阻器、紫外光光敏电阻器和紫外光光敏电阻器。光敏电阻检测到黑线时电阻很大，检测到白线时电阻很小，利用这一差别，将电阻值的跃变转化为电压的跃变，实现对黑线白纸的检测，但同时会受到外界光线的影响。

方案二：红外传感器检测

一般红外线频段能量较弱，红外线波长大，近距离衰减小，在一定程度上能避免外界光源干扰，探测近距离黑线更可靠。

基于以上分析，采用较可靠的方案二。

通过红外传感器控制小车时也存在方案选择：

方案一：直接判断电压值

该方案直接检测光敏电阻上的电压变化，检测到白纸时电压小，检测到黑带时电压大，通过几个部位上的红外传感器所测值大小控制小车前轮的导向。但是当红外传感器阻从白纸到黑带的过程中电压值是以一定速度渐变的，判断比较的门限值较难控制，很容易因为前轮转向不及时冲出跑道，此时为了补充这一不足需在车底按照品字型安装三个传感