智能循迹小车

目录

1.第一章绪论

1.1循迹小车的发展现状

1.2 选题意义

1.3本设计的工作

1.3.1设计要求

1.3.2设计思路

2.第二章硬件部分简介

2.1 具体方案论证与设计

2.2 主控芯片的简介

2.2.1 光电反射式传感器（ST178）

2.2.2低功率低失调双比较器LM393

3.第三章光电循迹小车的原理

3.1原理

3.2 传感器电路

3.2.1红外反射式光电传感器原理

3.2.2黑线检测电路

3.3核心控制电路

3.3.1模数转换电路（比较器电路）

3.3.2数字逻辑电路

3.4驱动电路

3.5 拓展功能“防撞”

3.6PCB制板

3.7作品展示

3.8原件清单

4.第四章结论

5.参考文献

6.课程设计心得

绪论

1.1循迹小车发展现状与趋势

智能汽车作为一种智能化的交通工具，体现了车辆工程、人工智能、自动控制、计算机等多个学科领域理论技术的交叉和综合，是未来汽车发展的趋势。寻迹小车可以看作是缩小化的智能汽车，它实现的基本功能是沿着指定轨道自动寻迹行驶。就目前智能小车发展趋势而言：相比价格昂贵、体积大、数据处理复杂

的传感器CCD反射式光电传感器以其价格适中、体积小、数据处理方便等更具有发展优势。

1.2 选题意义

汽车电子迅猛发展，智能车产生和不断探索并服务于人类的趋势将不可阻挡。智能车的研究将会给汽车这个产生了一百多年的交通工具带来巨大的科技变革。人们在行驶汽车时，不再只在乎它的速度和效率，更多是注重驾驶时的安全性，舒适性，环保节能性和智能性等。各国科学家和汽车工作人员以及汽车爱好者都在致力于智能车的研究，研究的成果有很多都已应用于人们的日常生活生产之中，例如在2005年1月美国发射的“勇气”号和“机遇”号火星探测器实质上都是装备先进的智能车辆。因此，研究智能车的实际意义和取得的价值都非常重大。本课题利用传感器识别路径，将赛道信息进行识别处理，利用主控芯片控制小车的行进进而完成循迹。

1.3本设计的工作

1.3.1设计要求

要求：设计并制作一个简易光电智能循迹电动车，其行驶路线示意图如图1-1：（其中粗黑些为光电寻迹线）要求智能循迹小车从起点出发，沿粗黑色引导线到达终点后立即停车但行驶全程行驶时间不能大于90s。

图1-1

1.3.2设计思路

基于红外反射式光电传感器（ST178P）的寻迹原理，采用LM393、74LS00、74LS08、74LS32系列芯片构成核心控制电路。通过红外传感器（ST178P）检测路面信息、LM393数字化采集到的模拟信号、核心控制电路获取路面信息后，进行分析、处理，最后控制直流电

机转停，利用左右车轮差速完成智能循迹。为保证小车在行驶的过程中具有良好的操纵稳定性和平顺性，本文针对道路特点对小车的差速控制，以及传感器的安装都提出了较为理想的解决方案，同时采用PCB制板。实验表明：该系统抗干扰能力强，能够准确实现小车沿指定路径（黑线）快速、平稳行驶。

硬件部分简介

2.1 具体方案论证与设计

方案１：采用纯模拟电路设计。本方案采用2个光电反射式传感器，（ST178P）分别安装在循迹黑线两侧。当传感器未检测到黑线时，驱动电机转动，否则停止。此方案的优点在于电路结构简单，但是不能满足小车完成全程后立即停车的要求。

方案原理如图2-1、图2-2：

图2-1

图2-2

方案2：采用数字电路、模拟电路设计相结合。本方案采用3个光电反射式传感器，（ST178P）分别安装在循迹黑线两侧和中间。依据小车所处状态进行编码，利用数字逻辑电路控制小车进而循迹。此

方案的优点在于能够较好的完成课程设计要求，但是电路结构复杂,需要一定的动手能力。

方案原理如下图2-3、图2-4：

图2-3

图2-4

考虑课程设计的实际情况，最终选择方案2进行光电循迹小车设计。

2.2 主控芯片的简介

2.2.1 光电反射式传感器（ST178）

光电反射式传感器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。其检测距离可调整范围在 4-10mm均可用。其内结构如图2-5：

图2-5

2.2.1 低功率低失调双比较器LM393

LM393是由两个独立的，高精度电压比较器组成的集成电路，其失调电压低。它专为获得宽电压范围单电源供电设计，也可双电源供电设计，而且无论电源电压大小如何电源消耗的功率都很低。即使单电源供电比较器的共模输入电压也接近地电平。关键在于LM393可以用于简单的数模转换并直接驱动TTL、CMOS。在此课程设计中就利用其特性。其内部结构图如图2-6：

图2-6

光电循迹小车的原理

3.1原理

光电循迹小车电路由传感电路、核心控制电路、驱动电路三部分构成，如图3-1所示。光电循迹小车的工作过程如下：3个光电传感器探测路径信息，并将这些信息输入到核心控制电路：LM393先进行模数转换，74LS系列芯片再对其进行数字化逻辑处理，并将控制电信号传给驱动电路，进而驱动两个步进电机，使小车完成循迹。

图3-1

3.2 传感器电路

3.2.1红外反射式光电传感器原理

红外发射管竖直发射红外线，红外接收管接收反射回的红外线。光电传感器根据接收到红外光将光信号转化为相应的电信号。当红外线照射到白色地面时，白色地面吸收较小，如果距离取值合适，

红外接收管接收到反射回的红外线强度就较大，转化为电信号也较强；如果红外线照射到黑色引导线，黑色引导线会吸收大部分红外光，红外接收管接收到红外线强度就较弱，转化为电信号也较弱。寻迹时，黑色引导线吸收大部分的红外线而白色地面则相反，利用其转化为电信号强弱差异就可以判断小车是否沿着黑色引导线行驶。

3.2.2黑线检测电路

利用红外反射式光电传感器原理，设计传感器电路如下图3-2：

图3-2

图3-2中st178P红外反射式光电传感器工作时，理想的工作状态是输出部分处于饱和导通，查阅参数得到：UCES为0．1～0．3 V，