智能小车 黑白线识别 寻光 寻迹 电机驱动原理分析 3路寻迹算法分析 含原理图和程序
智能寻迹小车以及程序之欧阳语创编
寻迹小车在历届全国大学生电子设计竞赛中多次出现了集光、机、电于一体的简易智能小车题目。
笔者通过论证、比较、实验之后，制作出了简易小车的寻迹电路系统。
整个系统基于普通玩具小车的机械结构，并利用了小车的底盘、前后轮电机及其自动复原装置，能够平稳跟踪路面黑色轨迹运行。
总体方案整个电路系统分为检测、控制、驱动三个模块。
首先利用光电对管对路面信号进行检测，经过比较器处理之后，送给软件控制模块进行实时控制，输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制整个小车的运动。
系统方案方框图如图1所示。
图1 智能小车寻迹系统框图传感检测单元小车循迹原理该智能小车在画有黑线的白纸“路面”上行驶，由于黑线和白纸对光线的反射系数不同，可根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”—黑线。
笔者在该模块中利用了简单、应用也比较普遍的检测方法——红外探测法。
红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物理表面具有不同的反射性质的特点。
在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色地面时发生漫发射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，则小车上的接收管接收不到信号。
传感器的选择市场上用于红外探测法的器件较多，可以利用反射式传感器外接简单电路自制探头，也可以使用结构简单、工作性能可靠的集成式红外探头。
ST系列集成红外探头价格便宜、体积小、使用方便、性能可靠、用途广泛，所以该系统中最终选择了ST168反射传感器作为红外光的发射和接收器件，其内部结构和外接电路均较为简单，如图2所示：图2 ST168检测电路ST168采用高发射功率红外光、电二极管和高灵敏光电晶体管组成，采用非接触式检测方式。
ST168的检测距离很小，一般为8~15毫米，因为8毫米以下是它的检测盲区，而大于15毫米则很容易受干扰。
笔者经过多次测试、比较，发现把传感器安装在距离检测物表面10毫米时，检测效果最好。
R1限制发射二极管的电流，发射管的电流和发射功率成正比，但受其极限输入正向电流50mA的影响，用R1=150的电阻作为限流电阻,Vcc=5V作为电源电压，测试发现发射功率完全能满足检测需要；可变电阻R2可限制接收电路的电流，一方面保护接收红外管；另一方面可调节检测电路的灵敏度。
智能小车寻光原理
智能小车寻光原理智能小车是一种基于人工智能技术的智能设备，它能够利用光线传感器感知光线的强弱并做出相应的动作。
智能小车寻光原理是指它通过光线传感器感知到光线的强弱，并根据预设的算法来判断光线的方向，从而调整自身的行进方向，使其能够朝着光线的方向前进。
智能小车中的光线传感器通常采用光敏电阻（LDR）或光电二极管（LED）等元件。
当光线照射在光敏电阻或光电二极管上时，这些元件的电阻或电流会发生变化。
通过测量这些变化，智能小车可以感知到光线的强弱。
在智能小车的行进过程中，光线传感器会不断感知光线的强弱，并将这些数据传输给控制系统。
控制系统会根据预设的算法对这些数据进行处理，判断光线的方向。
根据判断结果，控制系统会调整小车的行进方向，使其朝着光线的方向前进。
智能小车寻光原理的实现离不开光线传感器和控制系统的配合。
光线传感器负责感知光线的强弱，并将这些数据传输给控制系统。
控制系统则负责对光线数据进行处理和判断，并控制小车的行进方向。
在实际应用中，智能小车寻光原理可以应用于自动驾驶汽车、智能家居等领域。
例如，自动驾驶汽车可以利用光线传感器感知到道路上的光线情况，从而调整行驶方向和速度。
智能家居可以根据光线传感器感知到的光线强弱来自动调节室内光线的亮度，提供更加舒适的居住环境。
智能小车寻光原理的实现还可以进一步扩展，例如可以利用多个光线传感器来感知光线的方向，从而实现更加精确的光线追踪。
此外，还可以结合其他传感器，例如温度传感器、声音传感器等，来实现更多功能的智能小车。
智能小车寻光原理是通过光线传感器感知光线的强弱，并根据预设的算法来判断光线的方向，以调整自身的行进方向。
这一原理在实际应用中具有广泛的应用前景，可以应用于自动驾驶汽车、智能家居等领域，为人们的生活带来更多的便利和舒适。
循迹、避障、寻光小车实验报告
简易智能小车摘要：本系统基于自动控制原理，以MSP430为控制核心，用红外传感器、光敏三极管、霍尔传感器、接近开关之间相互配合，实现了小车的智能化，小车完成了自动寻迹、避障、寻光入库、计时、铁片检测、行程测量的功能。
本系统采用液晶LCD12864显示数据，良好的人机交流界面，显示小车行程的时间、铁片中心线离起始线的距离和铁片的个数。
整个系统控制灵活，反应灵敏。
关键词：MSP430 传感器 LCD12864目录一、方案论证与比较 (3)1、题目任务要求及相关指标的分析 (3)2、方案的比较与选择 (3)（1）控制单元的选择 (3)（2）直流电机驱动电路的选择 (3)（3）轨迹探测模块选择 (3)（4）金属片的探测 (3)（5）路程测量方案的选择 (4)（6）避障方案的选择 (4)（7）小车寻光方案的选择 (4)（8）电源的选择 (4)（9）刹车机构功能方案比较 (5)二、系统总体设计方案及实现方框图 (5)1、系统总体设计方案 (5)2、系统实现框图 (5)三、理论分析与计算 (5)1、铁片中心线距离的测量 (5)2、小车行程时间的测量 (5)四、主要功能电路设计 (6)1、小车循迹模块 (6)2、小车检测铁片模块 (6)3、小车测距模块 (6)4、小车避障模块 (6)5、小车寻光模块 (6)6、直流电机驱动模块 (7)五、系统软件的设计 (8)六、测试量数据与分析 (8)1、测量数据 (8)2、数据分析 (8)参考文献 (8)一、方案论证与比较1.题目任务要求及相关指标的分析题目要求小车按照规定的跑道行驶，同时检测在跑道下的铁片，在检测到最后一块铁片时小车会有连续的声光显示；后又可以准确的避开障碍，而且不与障碍物接触；最后，在光源的引导下，进入车库。
智能小车有显示功能，可以显示检测到铁片的数量，金属片距起点的距离，行驶的总时间。
整个行驶过程中的总时间不大于90秒，小车在行驶90秒后会自动停车。
2. 方案的比较与选择（1）控制单元的选择方案一：利用单片机与FPGA配合使用。
智能循迹小车2024
智能循迹小车的引言概述智能循迹小车是近年来兴起的一种智能机器人，它能够通过内置的传感器和程序，自动识别和跟踪预定的路径。
这种小车使用了先进的计算机视觉技术和控制算法，能够在各种环境中准确地进行循迹。
智能循迹小车在许多领域中都得到了广泛的应用，包括工业自动化、物流运输、仓储管理等。
本文将对智能循迹小车的原理、技术和应用进行详细阐述。
智能循迹小车的原理和技术1. 传感器技术a. 摄像头传感器：通过摄像头传感器，智能循迹小车可以捕捉环境中的图像，并进行图像处理和识别。
b. 距离传感器：距离传感器可以帮助智能循迹小车感知周围环境中的障碍物，并避免碰撞。
c. 地盘传感器：地盘传感器用于检测小车在路径上的位置和姿态，以便进行准确的定位和导航。
2. 计算机视觉技术a. 特征提取：通过计算机视觉技术，智能循迹小车可以从摄像头捕捉的图像中提取关键特征，例如路径轮廓、颜色等。
b. 物体识别：利用深度学习算法，智能循迹小车可以识别环境中的物体，例如道路标志和交通信号灯，以便做出相应的反应。
c. 路径规划：根据图像处理和物体识别的结果，智能循迹小车可以计算出最优的路径规划，以达到快速而安全地循迹的目的。
3. 控制算法a. PID控制算法：智能循迹小车使用PID控制算法来实现精确的速度和方向控制，以便按照预定的路径进行循迹。
b. 路径校正算法：当智能循迹小车发现偏离路径时，会通过路径校正算法对速度和方向进行调整，以便重新回到预定的路径上。
智能循迹小车的应用1. 工业自动化a. 生产线物料运输：智能循迹小车可以自动将物料从一个地点运输到另一个地点，减少人力成本和提高生产效率。
b. 仓储管理：智能循迹小车可以在仓库中自动识别货物并进行搬运和分拣，提升仓储管理的效率和精确度。
2. 物流运输a. 快递配送：智能循迹小车可以在城市道路上按照预定的路径进行循迹，实现快递的自动配送和准时派送。
b. 高速公路货物运输：智能循迹小车可以在高速公路上准确无误地进行循迹，减少人为驾驶过程中的车祸风险。
寻迹电路的工作原理-概述说明以及解释
寻迹电路的工作原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述寻迹电路是一种常用于机器人、智能小车等自动化设备中的电路组件，它能够通过传感器检测地面上的线路或特定标记，从而实现自动导航和行驶。
寻迹电路作为现代自动化领域中的重要组成部分，具有较高的实用价值和广泛的应用领域。
本文将详细介绍寻迹电路的基本原理、组成结构以及作用，希望能够帮助读者更好地理解和应用这一关键电路技术。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下:本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分中，首先概述了寻迹电路的重要性和作用，然后介绍了文章的结构和目的。
在正文部分中，将深入探讨寻迹电路的定义和作用、基本组成以及工作原理。
结合具体的案例和实验，解释寻迹电路的工作原理。
在结论部分，总结了寻迹电路在现代科技中的重要性，探讨了其在不同领域的应用和发展前景。
最后，对整篇文章进行了总结和结论。
通过这样的结构安排，读者可以全面了解寻迹电路的工作原理及其重要性，并对其未来的发展有所展望。
1.3 目的本文的主要目的是通过深入探讨寻迹电路的工作原理，帮助读者更好地理解该技术在电子领域中的重要性和应用。
我们将详细介绍寻迹电路的定义、作用和基本组成，重点解析其工作原理和实现方式，以及在实际应用中的优势和限制。
通过本文的阐述，读者将能够全面了解寻迹电路的工作机制，为其在实际项目中的应用提供更多的参考和指导。
同时，我们也将展望寻迹电路在未来发展中可能的方向和潜力，为读者提供更多的思考和启发。
愿本文能够为读者带来新的见解和启示，促进该领域的不断创新和发展。
2.正文2.1 寻迹电路的定义和作用寻迹电路是一种能够检测和跟踪特定线路或路径的电路。
它主要通过感知地面上的信号来辨识路径，并通过控制器或驱动器进行反馈控制，使机器或车辆能够沿着设定的路径行进。
寻迹电路在现代自动化系统中扮演着重要的角色。
它广泛应用于智能小车、机器人、无人机等领域。
通过寻迹电路，这些设备能够自动遵循指定的路径，实现自主导航和运动控制。
智能循迹避障小车报告
智能循迹避障小车报告摘要：本智能识别小车以stc89c52单片机为控制芯片，以直流电机，光电传感器，超声波传感器，电源电路以及其他电路构成。
系统由stc89c52通过io口，通过红外传感器检测黑线，利用单片机输出pwm脉冲控制直流电机的转速和转向，循迹由tcrt5000型光电对管完成。
一、系统设计1、小车循迹，避障原理这里的循进是指小车在白色地板上寻黑线行走，通常采取的方法是红外探测法。
红外探测法，即利用红外a在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色地板时，发生漫反射反射光被装在小车上的按收管按收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光，单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。
红外探测器探测距离有限一殷最大不应超过3cm。
而避障则就是通过超声波模块不断向前方升空超声波信号，通过发送散射回去的超声波信号，从而同时实现的避障。
当前方存有障碍物时，超声波可以向单片机串口传送一串数字，这些数字就是当前小车距离障碍物得距离。
当串口发送至信号时，可以引起串口中断，单片机通过加载距离值，并且对此数值展开分析是不是距离小车很将近，就是的话就展开转为；否则稳步循迹。
当小车碰到第一个障碍后，就计数一次，这样当碰到第二个障碍物时，小车就可以以相同的形式避开障碍物了。
2、选用方案（1）：使用成品的小车地盘，通过装配去顺利完成任务；（2）：使用stc89c52单片机做为主控制器；（3）：采用7v电源经7805稳压芯片降压后为其他芯片及器件供电。
（4）：采用tcrt5000型红外传感器进行循迹；（5）：l298n作为直流电机的驱动芯片；（6）：通过对l298nCX600X端的输出pwm去掌控电机输出功率和转为；3、系统机构框图如下所示：超声波模块稳压电源模块主控制芯片stc89c52l298n直流电机电压比较器红外传感器二、硬件实现及单元电路设计与分析1、微掌控模块设计与分析微控制器模块我们采用stc89c52。
智能寻迹避障小车寻迹系统设计
智能寻迹避障小车寻迹系统设计文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]第二章智能寻迹避障小车寻迹系统设计1．任务任务一：产生智能寻迹避障小车沿黑线转圈的控制程序；任务二：产生智能寻迹避障小车带状态显示沿黑线转圈的控制程序；2．要求（1）能控制智能寻迹避障小车沿黑线实现转圈功能；（2）行走过程中小车一直压着黑线走，不得冲出黑线圆圈之外或之内；（3）智能寻迹避障小车可以从小于90度的任意方向寻找到黑线圆圈；项目描述该项目的主要内容是：在智能寻迹避障小车电机控制系统之上扩展寻迹电路，然后运用C语言对系统进行编程，使智能寻迹避障小车实现沿黑线转圆圈的功能，并且在行走过程中小车一直压着黑线走，不得冲出黑线圆圈之外或之内；当人为将小车拿开，再从小于90度的任意方向放置小车，小车应能重新找回轨道，并沿黑线继续转圈。
通过该项目的学习与实践，可以让读者获得如下知识和技能：继续掌握单片机I/O端口的应用；掌握红外线收、发对管的工作原理与控制方法；掌握数码管的工作原理与控制方法；掌握单片机C语言的编程方法与技巧；能够编写出智能寻迹避障小车沿黑线实现转圈功能的控制函数；必备知识2.1.1 关于红外线传感器红外线定义：在光谱中波长自至400微米的一段称为红外线，红外线是不可见光线。
所有高于绝对零度（℃）的物质都可以产生红外线。
现代物理学称之为热射线。
医用红外线可分为两类：近红外线与远红外线。
红外线发射器：红外线发射管在LED封装行业中主要有三个常用的波段，如下850NM、875NM、940NM。
根据波长的特性运用的产品也有很大的差异，850NM波长的主要用于红外线监控设备，875NM主要用于医疗设备，940NM波段的主要用于红外线控制设备。
如：红外线遥控器、光电开关、光电计数设备等。
红外线对管应用：本项目中，小车的寻迹功能采用红外线收、发对管实现。
具体工作过程如下：两对红外线收、发对管安装在智能寻迹避障小车底盘正前方，红外发射管一直发射信号，接收管时刻准备接收信号。
小车寻迹
这里的光电开关又叫光电对管（一个红外发射管和一个基极内接的感光三极管） 因为这是循迹小车我选用rpr220，我以上传电路图我补充一句光电耦合器原理也类似光电对管只不过把发光管和感光管镶嵌在内部，而且值得注意的是光电耦合器规格只有多少电压的，我没有听说有多少电流的，要用光耦还不如用三极管更直接。
其实不推荐使用光耦做驱动，我的电路就是使用l298n 驱动12v 电机顺便说一下，电路图里有一个电机接一个电容主要是针对电机调速，而我的电机灵敏度不好，加一个电容起缓冲作用，而l298芯片的电路典型法中没有。
我最近做了个循迹小车结题报告如下。
其实是否用光电隔离取决于你驱动的电机的电流大小如果电流不到1安不用光电耦合也行。
光耦驱动好像不行，不太稳定测速用码盘的话最好做的越密越好，否则实际运行中轮子会晃动等等很多原因使结果误差很大，因为一般光电开关都会有聚光器，很小的晃动都能感觉到循迹小车摘要：通过制作小车可以加深对单片机控制的熟练程度，同时初步学习项目开发的过程。
小车按照给定的路线行走，有定时，显示运行时间，计时，粗测行走距离等功能。
一、设计任务：1、设计要求（1）自动寻迹小车开始处于设置模式下，通过按键设置运行时间，完成设置时间后，按下开始键小车启动，同时显示当前运行的时间。
（2）小车按指定路线运行，自动区分直线轨道和弯路轨道，在指定弯路处拐弯，实现灵活前进、转弯等功能。
（3）小车行走在预设的时间后，自动停止，数码管显示行走的时间，3秒后显示行走距离。
（4）中途可以按右键强制停止，提前结束，显示行走时间，距离。
2、小车循迹的原理这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，通常采取的方法是红外探测法。
红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。
寻迹避障小车基本知识
循迹避障小车原理一）小车功能实现利用光电传感（红外对射管，红外发射与接收二极管组成）检测黑白线，实现小车能跟着白线（或黑线）行走，同时也可避开障碍物，即小车寻迹过程中，若遇障碍物可自行绕开，绕开后继续寻迹。
二）电路分析1. 光电传感循迹光电传感器原理，利用黑白线对红外线不同的反射能力。
然后通过光敏二极管或光敏三极管，接收反射回的不同光强信号，把不同光强转换为电流信号，最后通过电阻，转换为单片机可识别的高低电平。
光电传感器实现循迹的基本电路如下图所示循迹传感器基本电路电路解释：TC端是传感器工作控制端，为高电平时，发光二极管不工作，传感器休眠，为低电平时，传感器启动。
Signal端为检测信号输出，当遇到黑线，黑线吸收大量的红外线，反射的红外线很弱，光敏三极管不导通，sig nal输出高电平，当遇到白线，与黑线相反，反射的红外线很强，使光敏三极管导通, signal输出低电平。
寻迹部分调整左右传感器之间的距离，两探头距离约等于白线宽度最合适，一般白线宽度选择范围为3 -5厘米比较合适。
注意：该传感器的灵敏度是可调的，偶尔传感器遇到白线却不能送出相应的信号，通过调节传感器上的可调电阻，适当的增大或减小灵敏度。
另外，循迹传感器的安放也算是比较有讲究的，有两种方法，一种是两个都是放置在白线内侧但紧贴白线边缘，第二种是都放置在白线的外侧，同样紧贴白线边缘。
我们通常采用第二种方法。
编写程序使小车遇白线时，小车跟着白线走。
当小车先前前进时，如果向左偏离了白线。
那么右边传感器会产生一个低电平，单片机判断这个信号，然后向右拐。
回到白线后。
两传感器输出信号为高电平。
小车前进。
如果小车向右偏离白线，左边传感器产生一个低电平，单片机判断这个信号，然后向左拐。
如此如此，小车必不偏离白线。
若小车的两对光电传感器同时输出的信号为高电平（黑底）或低电平（白底），即单片机判断的都为高电平或低电平，小车向前直走，在此过程中（直走）小车若遇白线，小车又重复上面动作跟着白线走。
基于红外反射式光电传感器的智能循迹小车
基于红外反射式光电传感器的智能循迹小车
本文所述的智能寻迹小车采用红外光电传感器来识别道路中央的黑色引导线，通过单片机来控制步进电机调节转向和转速，从而实现小车快速稳
定的寻迹行驶。
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方向控制和速度控制，以及传感器的安装都提出
了较为理想的解决方案。
1 系统工作原理
1.1 智能小车寻迹原理
在智能车系统中，寻迹电路采用红外光电传感器进行检测并且寻迹运动。
红外发射管发射的红外线具有一定的方向性，当红外线照射到白色地面
时会有较大的反射，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;如果红外线照射到黑色标志线，黑色标志线会吸收大部分红外光，红外接收管接收到红外线强度就很弱。
寻迹时，引导线是黑颜色，不宜反光，当红外发射管输出信号照射到黑色引导线上时输出一个非常微弱的低电平，
这个过程是一个负跳变过程，通过对此信号高低电平的检测就可以知道小车
是正在沿着引导线行驶，若不是沿着引导线行驶，单片机根据传感器送回的。
智能小车循迹原理
智能小车循迹原理1. 引言智能小车是近年来人工智能领域的热门研究方向之一。
循迹技术是智能小车的核心功能之一，其原理是通过感知环境中的轨道，并根据轨道的变化来控制小车的行驶方向。
本文将深入探讨智能小车循迹的原理及其实现方式。
2. 循迹原理概述智能小车循迹原理主要包括传感器感知、信号处理和控制执行三个部分。
传感器感知是通过感知环境中的轨道信息，例如通过光电传感器检测地面上的黑线；信号处理是将传感器感知到的数据进行处理，将其转化为可用的控制信号；控制执行是根据信号处理的结果，控制小车的运动。
3. 传感器感知传感器是智能小车感知轨道的重要组成部分。
常用的传感器包括光电传感器、红外传感器和摄像头等。
3.1 光电传感器光电传感器通过发射红外光并接收反射光来感知黑线。
当光电传感器探测到黑线时，会产生一个信号，表示小车需要调整方向。
光电传感器安装在小车的底部，可以沿着小车的前进方向扫描地面。
3.2 红外传感器红外传感器利用红外线的特性感知黑线。
当红外传感器接触到黑线时，其接收到的红外信号会发生变化，通过检测这个变化可以确定小车的位置。
红外传感器通常安装在小车的前部，可以精确地感知到黑线的位置。
3.3 摄像头摄像头是一种更高级的感知设备，可以实时捕捉环境中的图像，通过图像处理算法来识别黑线。
摄像头可以提供更丰富的轨道信息，但也需要更复杂的算法来处理图像数据。
4. 信号处理传感器感知到的数据需要进行信号处理，以便将其转化为可用的控制信号。
信号处理的主要任务是对传感器数据进行滤波、增强和分析等操作。
4.1 滤波由于传感器采集的数据可能包含一些噪声，需要对数据进行滤波处理，以提取出有效的信息。
常用的滤波方法包括均值滤波、中值滤波和限幅滤波等。
4.2 增强为了增强传感器采集的数据，可以采用线性或非线性的增强方法。
线性增强方法可以通过对数据进行加权平均或求导等操作来增强信号的强度；非线性增强方法则可以通过对数据进行动态调整来增强轨道的对比度。
智能小车_黑白线识别_寻光_寻迹_电机驱动原理分析__3路寻迹算法分析_含原理图和程序
V2
寻光电路测试方 测试光 法
敏电阻 阻值
V2
一、有光照情况 光敏电阻 R1 变小 V2 变大 假设 V2=4.6V V3 电压 4V V2>V3 反向端大于同向端 参考模电课程 运放作为比较 器部分 则 OUT5 输出低电平为低 0 给单片机识别，单片机通过 if 来扫描 out5 给的引脚
测 2点 电压
单片机通过电机驱动电路控制小车运行方法 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 0 前方 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 前进 0 后退 1 左转弯 1 右转弯 0 1 1 P0.2 P0.1 P0.0 1 0 1
LA LB
RA RB
1 0 右 轮
左 轮
左 减 速 电 机
右 电机 减 驱动 速 电路 电 机 单片机
注 : 检测到黑 特殊情况 1 线输出低电平 P0.0 P0.1 P0.2
单片机通过电机驱动电路控制小车运行方法 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 前进 0 后退 1 左转弯 1 右转弯 0 0 1 P0.2 P0.1 P0.0
前方 1
LA LB RA RB
前方 1
LA LB RA RB
1 0 右 轮 1
左 轮
左 减 速 电 机
右 电机 减 驱动 速 电路 电 机 单片机
P13 P12
P13 P12
万向滑轮
程序设计 ( 如果三个探测头全部 测到黑线，则小车到达终点， 停车 ) if(P0==0x04) { P1=0X07 }
红外 传感器探测 头
P0 P0 P0 2 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1
寻迹电路分析
循迹小车原理
寻迹小车在历届全国大学生电子设计竞赛中多次出现了集光、机、电于一体的简易智能小车题目。
笔者通过论证、比较、实验之后，制作出了简易小车的寻迹电路系统。
整个系统基于普通玩具小车的机械结构，并利用了小车的底盘、前后轮电机及其自动复原装置，能够平稳跟踪路面黑色轨迹运行。
总体方案整个电路系统分为检测、控制、驱动三个模块。
首先利用光电对管对路面信号进行检测，经过比较器处理之后，送给软件控制模块进行实时控制，输出相应的信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制整个小车的运动。
系统方案方框图如图1所示。
图1 智能小车寻迹系统框图传感检测单元小车循迹原理该智能小车在画有黑线的白纸“路面”上行驶，由于黑线和白纸对光线的反射系数不同，可根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”—黑线。
笔者在该模块中利用了简单、应用也比较普遍的检测方法——红外探测法。
红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物理表面具有不同的反射性质的特点。
在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色地面时发生漫发射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，则小车上的接收管接收不到信号。
传感器的选择市场上用于红外探测法的器件较多，可以利用反射式传感器外接简单电路自制探头，也可以使用结构简单、工作性能可靠的集成式红外探头。
ST系列集成红外探头价格便宜、体积小、使用方便、性能可靠、用途广泛，所以该系统中最终选择了ST168反射传感器作为红外光的发射和接收器件，其内部结构和外接电路均较为简单，如图2所示：图2 ST168检测电路ST168采用高发射功率红外光、电二极管和高灵敏光电晶体管组成，采用非接触式检测方式。
ST168的检测距离很小，一般为8~15毫米，因为8毫米以下是它的检测盲区，而大于15毫米则很容易受干扰。
笔者经过多次测试、比较，发现把传感器安装在距离检测物表面10毫米时，检测效果最好。
R1限制发射二极管的电流，发射管的电流和发射功率成正比，但受其极限输入正向电流50mA的影响，用R1=150的电阻作为限流电阻,Vcc=5V作为电源电压，测试发现发射功率完全能满足检测需要；可变电阻R2可限制接收电路的电流，一方面保护接收红外管；另一方面可调节检测电路的灵敏度。
循迹小车循迹原理
循迹小车原理基于51单片机的小车寻迹系统。
该系统采用两组高灵敏度的光电对管，对路 面黑色轨迹进行检测，并利用单片机产生PWM波，控制小车速度。
测试结果表 明，该系统能够平稳跟踪给定的路径。
关键词：智能小车；光电对管；寻迹；脉冲宽度调制在历届全国大学生电子设计竞赛中多次出现了集光、机、电于一体的简 易智能小车题目。
笔者通过论证、比较、实验之后，制作出了简易小车的寻迹电 路系统。
整个系统基于普通玩具小车的机械结构，并利用了小车的底盘、前后轮 电机及其自动复原装置，能够平稳跟踪路面黑色轨迹运行。
总体方案整个电路系统分为检测、控制、驱动三个模块。
首先利用光电对管对路 面信号进行检测，经过比较器处理之后，送给软件控制模块进行实时控制，输出 相应的信号给驱动芯片驱动电机转动，从而控制整个小车的运动。
系统方案方框 图如图1所示。
图1 智能小车寻迹系统框图传感检测单元小车循迹原理该智能小车在画有黑线的白纸“路面”上行驶，由于黑线和白纸对光线的 反射系数不同，可根据接收到的反射光的强弱来判断“道路”—黑线。
笔者在该模 块中利用了简单、应用也比较普遍的检测方法——红外探测法。
红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物理表面具有不同的反射性质 的特点。
在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色地面时如果遇到黑线则红外光被吸收， 发生漫发射， 反射光被装在小车上的接收管接收；则小车上的接收管接收不到信号。
传感器的选择市场上用于红外探测法的器件较多，可以利用反射式传感器外接简单电 路自制探头，也可以使用结构简单、工作性能可靠的集成式红外探头。
ST系列 集成红外探头价格便宜、体积小、使用方便、性能可靠、用途广泛，所以该系统 中最终选择了ST168反射传感器作为红外光的发射和接收器件，其内部结构和 外接电路均较为简单，如图2所示：图2 ST168检测电路ST168采用高发射功率红外光、电二极管和高灵敏光电晶体管组成，采 用非接触式检测方式。
寻迹避障小车原理
循迹避障小车原理一）小车功能实现利用光电传感（红外对射管，红外发射与接收二极管组成）检测黑白线，实现小车能跟着白线（或黑线）行走，同时也可避开障碍物，即小车寻迹过程中，若遇障碍物可自行绕开，绕开后继续寻迹。
二）电路分析1.光电传感循迹光电传感器原理，利用黑白线对红外线不同的反射能力。
然后通过光敏二极管或光敏三极管，接收反射回的不同光强信号，把不同光强转换为电流信号，最后通过电阻，转换为单片机可识别的高低电平。
光电传感器实现循迹的基本电路如下图所示、循迹传感器基本电路电路解释：TC端是传感器工作控制端，为高电平时，发光二极管不工作，传感器休眠，为低电平时，传感器启动。
Signal端为检测信号输出，当遇到黑线，黑线吸收大量的红外线，反射的红外线很弱，光敏三极管不导通，signal输出高电平，当遇到白线，与黑线相反，反射的红外线很强，使光敏三极管导通，sign al输出低电平。
寻迹部分调整左右传感器之间的距离，两探头距离约等于白线宽度最合适，一般白线宽度选择围为3 – 5 厘米比较合适。
注意：该传感器的灵敏度是可调的，偶尔传感器遇到白线却不能送出相应的信号，通过调节传感器上的可调电阻，适当的增大或减小灵敏度。
另外，循迹传感器的安放也算是比较有讲究的，有两种方法，一种是两个都是放置在白线侧但紧贴白线边缘，第二种是都放置在白线的外侧，同样紧贴白线边缘。
我们通常采用第二种方法。
编写程序使小车遇白线时，小车跟着白线走。
当小车先前前进时，如果向左偏离了白线。
那么右边传感器会产生一个低电平，单片机判断这个信号，然后向右拐。
回到白线后。
两传感器输出信号为高电平。
小车前进。
如果小车向右偏离白线，左边传感器产生一个低电平，单片机判断这个信号，然后向左拐。
如此如此，小车必不偏离白线。
若小车的两对光电传感器同时输出的信号为高电平（黑底）或低电平（白底），即单片机判断的都为高电平或低电平，小车向前直走，在此过程中（直走）小车若遇白线，小车又重复上面动作跟着白线走。
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1
1
1 右转弯
P13 P12
P13 P12
万向滑轮
程序设计(如果右边探测头P02测 到黑线，则小车偏了，小车左 转弯) if(P0==0x03) { P1=0X0D }
注:检测到黑 线输出低电平 P0.0 P0.1 P0.2
单片机通过电机驱动电路控制小车运行方法 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 0 前方 1 1 0 1 0 1 0 1 前进 0 后退 1 左转弯 0 1 1
寻迹电路分析
当OUT1=0时候发光二极管亮，起指示作用 接单片机5个引脚，单片机通过if语 句识别到0，为测到有黑线下载福强电子的5V电源电路
5V
VCC>5V 一般6-12V
不加滤波电容 后的5V输出
起缓冲作用
5V
起滤波作用 加滤波电容后 的5V输出
单片机 控制信 号输入
输出给 电机
测3点电压
V2变小 假设V2=3.2V V3电压不变还是 4V V2<V3 同向端大于反向端 参考 模电课程 运放作为比较器部分 则OUT5输出为高电平1给单片机 识别，单片机通过if来扫描out5 给的引脚
如果V3不介于 V2最大值和最 小值之间，请调 节104电位器
寻迹电路分析
一、没有检测到黑线，则 H4发光到白纸光反射到H4 接收端，H4接收端导通， 导通则T1接地=0（提问会 不会等于0，哪位有测试） 二、有检测到黑线，则 H4发光到黑线光全部被吸 收，H4接收端，没有收到 任何信号，因为H4不导通 （截止），则T1=VCC （提问T1会不会等于5V， 哪位有测试）
R6不变 有光照1R1变小 则V2变大 无光照R1变大 则V2变小
一、有光照情况
寻光电路分析
光敏电阻R1变小 V2变大 假设V2=4.6VT V3电压 4V V2>V3 反向端大于同向端 参考模电课程 运放作为比较 器部分 则OUT5输出低电平为低0给 单片机识别，单片机通过if来 扫描out5给的引脚 一、无光照情况 光敏电阻R1变大 V2变小 假设V2=3.2V V3电压不变还是 4V V2<V3 同向端大于反向端 参考 模电课程 运放作为比较器部分 则OUT5输出为高电平1给单片机 识别，单片机通过if来扫描out5 给的引脚
• （3）电动车在光源的引导下，通过障碍区 进入停车区并到达车库。电动车必须在两 个障碍物之间通过且不得与其接触。 • （4）电动车完成上述任务后应立即停车， 但全程行驶时间不能大于90秒，行驶时间 达到90秒时必须立即自动停车。
• 2、发挥部分 • （1）电动车在“直道区”行驶过程中，存储并显 示每个薄铁片（中心线）至起跑线间的距离。 • （2）电动车进入停车区域后，能进一步准确驶入 车库中，要求电动车的车身完全进入车库。 • （3）停车后，能准确显示电动车全程行驶时间。 • （4）其它。
1 左转弯 1 右转弯 1 前行 1 右转弯
按照最后一次检测运行
0x0d 0x07 0x05 0x07
1
1
1 跑偏
0x07
根据上述的分析编写出寻迹核心程序
• • • • • • • • • • • • •
X=P0&0XFF; switch(X) { case 0x00:P1=0x0f； break； case 0x01:P1=0x0d； break； case 0x02:； break； case 0x03:P1=0x0d； break； case 0x04:P1=0x07； break； case 0x05:P1=0x05； break； case 0x06:P1=0x07； break； case 0x07:； break； default: break; }
前言
本资料介绍了有海创电子开发的寻迹电路、 寻光电路、电机驱 动电路的工作原理，并 进行了电路和调试点的分析。后面还提供 了基于51单片机控制的智能小车3路黑白线 探测寻迹算法，希望对您有所帮助。 本资料为福建泉州海创电子版权所有，未 经允许不得转载和传播，请朋友注意尊重 知识产权。
一、智能小车 传感器与电机驱动电路
小车结构
前方
直流电机 小家电 小车 步进电机 空调 门 伺服电机 舵机 机械手 轮胎 2个 减速箱+电机 2套 万向滑轮 1个 黄色底盘 PCB敷铜板 亚克力板 螺丝 卡簧 固定片
左 轮
左 减 速 电 机
右 减 速 电 机
右 轮
万向滑轮
小车寻迹算法 以3路探测为例
前方
LA LB RA RB
左电机 P1.3 P1.2 右 轮
本页介绍了寻迹电路、寻光电路、电机驱 动电路的工作原理，并进行了电路分析。 希望给爱好者有所帮助
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寻光电路分析
V2
V2的电压计算公式
VCC VCC R6 VCC V2 R6 R1 R6 R1 R6 R1 1 R6
P13 P14 P11 P10 1 1 1 1 1 0 1 全部停止 1 左转弯
电机动作
0 到终点 1 偏右倾向 0 不能存在 1 偏右倾向 0 偏左倾向 1 中间行驶 0 偏左倾向
0x00 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06
0x0f 0x0d
1 0 0 0
1 1 1 1
0 1 0 1
V2
寻光电路测试方法
测试光敏 电阻阻值 测2点电 压 接单 片机
一、有光照情况 光敏电阻R1变小 V2变大 假设V2=4.6V V3电压 4V V2>V3 反向端大于同向端 参考模电课程 运放作为比较 器部分 则OUT5输出低电平为低0给 单片机识别，单片机通过if来 扫描out5给的引脚
V2
一、无光照情况 光敏电阻R1变大
作业 答案 1
P0.2 P0.1 P0.0 1 0
LA LB
RA RB
1
左 轮
左 减 速 电 机
右 电机 减 驱动 速 电路 电 机 单片机
0
右 轮
1
1
1 右转弯
1
1
0
P13 P12
P13 P12
万向滑轮
程序设计(如果左边探测头P00测 到黑线，则小车偏了，小车右 转弯) if(P0==0x06) { P1=0X07 }
前方 1
LA LB RA RB
1
左 轮
左 减 速 电 机
右 电机 减 驱动 速 电路 电 机 单片机
0
右 轮
1
1
1 右转弯
P13 P12
P13 P12
万向滑轮
程序设计(如果中间和左边探测头 P02测到黑线，则小车偏了， 小车右转弯) if(P0==0x04) { P1=0X07 }
注:检测到黑 线输出低电平 P0.0 P0.1
注:检测到黑 特殊情况1 线输出低电平 P0.0 P0.1 P0.2
单片机通过电机驱动电路控制小车运行方法 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 0 前方 1 1 0 1 0 1 0 1 前进 0 后退 1 左转弯 0 0 1 P0.2 P0.1 P0.0
LA LB
RA RB
1
左 轮
左 减 速 电 机
特殊情况3 P0.2
单片机通过电机驱动电路控制小车运行方法 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 0 1 0 1 0 1 0 1 前进 0 后退 1 左转弯 P0.2 P0.1 P0.0
前方 1
LA LB RA RB
1
左 轮
左 减 速 电 机
右 电机 减 驱动 速 电路 电 机 单片机
0
右 轮 1
2001年全国大学生电子设计竞赛国赛题
• 二、要求 • 1、基本要求 • （1）电动车从起跑线出发（车体不得超过起跑 线），沿引导线到达B点。在“直道区”铺设的 白纸下沿引导线埋有1~3块宽度为15cm、长度不 等的薄铁片。电动车检测到薄铁片时需立即发出 声光指示信息，并实时存储、显示在“直道区” 检测到的薄铁片数目。 • （2）电动车到达B点以后进入“弯道区”，沿圆 弧引导线到达C点（也可脱离圆弧引导线到达C 点）。C点下埋有边长为15cm的正方形薄铁片， 要求电动车到达C点检测到薄铁片后在C点处停车 5秒，停车期间发出断续的声光信息。
右 电机 减 驱动 速 电路 电 机 单片机
0
右 轮
1
1
1 右转弯
程序设计 if(P00==0) {
P13 P12
P13 P12
P1=0X0A
}
万向滑轮
else { P1=0X05
注:检测到黑 线输出低电平
}
注:检测到黑 线输出低电平 P0.0 P0.1 P0.2
单片机通过电机驱动电路控制小车运行方法 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 0 前方 1 1 0 1 0 1 0 1 前进 0 后退 1 左转弯 0 1 1 P0.2 P0.1 P0.0 1 0 1
1
1
1
1
1 右转弯
1停车 0 0 0
P13 P12
P13 P12
万向滑轮
程序设计(如果三个探测头全部测 到黑线，则小车到达终点，停 车) if(P0==0x04) { P1=0X07 }
红外传感器探测头
P02 P01 P00 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1
小车状况
电机驱动控制电机引脚
右电机 P1.1 P1.0
左 轮
左 减 速 电 机
右 电机 减 驱动 速 电路 电 机
单片机
LA
0 0
LB
0 不转 1 前转
RA
0 0
RB
0 不转 1 前转
1
1
0 后转
1 不转
1