一种时间记录寻迹智能小车的设计

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参考文献：
1．3 传感器模块 红外反射式传感器具有价格低廉，外围电路简单等优
点，因而小车采用型号为 RPR200 的反射式红外光电传感 器。由 1 个红外发射管和 1 个光电三极管构成，工作原理为 红外发射管发出的红外光在遇到反光性较强的物体后被折 回，被光电三极管接收到，引起光电三极管光生电流的增 大，将这个变化转为电压信号，被放大电路接收处理，进而 实现对反光性差别较大的 2 种颜色的识别。 1．4 电机控制
3 结束语
本文是基于记录时间的寻迹小车的设计，在众多机器人 探测未知路径过程中决策那一种方案更省时间的情况下，以 时间去考量走过的路程则是最直接的方式。若能结合优化的 路径算法，可降低搜索路径的时间，达到更为理想的效果。
第1期
陈伟钱：一种时间记录寻迹智能小车的设计
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图 7 行驶路径 1
图 10 行驶路径 4
将和之前直行的数据“0110”不一致，则停止计时。存储当 前计时时间，此时间为直行时间。当直行时间计时完成后， 计时器又重新开始计时，此时开始左转弯计时时间，在左转 弯完成后，小车将又是直行一段时间，传感器采集的数据又 变回直行数据，此时计时器又停止当前计时时间并存储，此 时存储的时间为左转弯时间。每一次计时停止后将会随之 有存储数据，以及重新计时等一系列操作。
Abstract: The rapid development of Robots is an important field of high technology in recent years. Robots are suitable for use in dangerous environment. They can enter or cross dangerous area for maintenance and exploration work without need to get the same protection as people. Based on the algorithms of the Computer Mouse Competition through a maze of IEEE international electrical and electronic engineering society ,and according to the environmental characteristic of the competition and performance indicators, this paper designs the tracing smart car for the purpose of the lowest time-consuming ways for sprint in the decision-making . Key words: PWM Control;Search Algorithm; Time Record
（1）直行优先。由于左手法则，在小车识别到岔道口的 时候都要进行左转弯，而转弯状态下的小车的行进速度要 低于直行状态，因此在不明终点位置的情况下，任何选择都 是一种偶然性，从而以速度较快的直行为第一选择。十字路 口的优先级别为直行、左转、右转。
（2）阻断死路。在搜索过程中一旦遇见死路，即进入后， 小车便执行 180 转弯掉头子程序，再回到上个结点，在离开 该结点前将该方向上实际通过传感器检测得到的 PASS＿FLG ＝ 0 信号直接修改为 1，表明该路口不通，即不可进入。
图 8 行驶路径 2
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[8] 刘新杰，王富东． 竞赛机器人小车设计的几个关键问题及解决
类单片机，其接口简单，是单片机应用系统中广泛使用的芯 片。其中，P0．0～P0．34 个引脚控制寻迹传感器 4 个探测点； P0．4～P0．7 为 4 控制开关 输 入 ；P2．0 ／ P2．1 为 电 机 1 输 出／ PWM 输出；P2．2 ／ P2．3 为电机 2 输出 ／ PWM 输出；P2．4 为 蜂鸣器提示。 1．2 电源模块
[13] 王凤林，王宜怀． 一种电脑鼠走迷宫算法的设计与实现[J]． 计 算机应用与软件，2010（10）．
1 硬件设计
寻迹机器人硬件由传感器，信息处理，控制算法，执行 机构 4 个部分组成，如图 1 所示。
ISP 下载接口 传感器模块
报警电路
பைடு நூலகம்
MCU AT89S52
电源与指示模块 PWM 驱动电路 电机 1 电机 2
VREF＝（1＋
R28＋RP2 R27
）×2．4V
·
＋VCC
D5 R13
R26 2．2K
R28 10K
已有的搜索方法能够完成小车从未知地图中寻找到一 条通往终点的路径。但只能够保证其顺利到达终点，却并不 一定是最优的路径。为了提高小车顺利识别并走出迷宫的 效率，文中对搜索方法进行相应的改进。文中设计方法根据 目前国际比较流行的电脑鼠走迷宫比赛中参赛选手采用的 一些经典算法，诸如等高图法和蚁群算法，结合寻迹小车的 实际情况进行改进而来。
电源使用镍氢电池，满电电压约 1．4V，放电电压维持 在 1．2V，放电终止电压为 0．9V。为了延长电池使用寿命，样 机中设置电源电压监控电路，该电路由 TL431 构成，如图 2 所示，其中，电源稳压电路如图 3 所示。当电源电压低于 VREF 时，指示灯熄灭。其中，VREF 设定值为 6．5V，计算公式 为：
PASS＿FLG 为道路通行标志位，PASS＿FLG ＝ 0 表示可通 行 ，PASS＿FLG ＝1 表 示 死 路 ； 第 一 次 进 入 某 个 路 口 时 ， PASS＿FLG ＝ 0 开始通行试探；TNINF＿R1 表示转弯信息，共 有左转 1、直行 2、左转 3 等三种情况，NODE＿R0 表示路口 结点数，每出现一个新的中路口，NODE＿R0 的数值加 1。
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智能计算机与应用
第2卷
1．5 显示与开关控制电路 由于使用 AT89S52 的 P0 口作为传感器信号输入，该
端口需设置上拉电阻才能正常工作，同时为了在调试时能 够清楚端口的状态，故用 LED 指示替代上拉电阻，该 LED 指示电路虽然简单，但可证明这一设计方案对后续的调试 工作非常有帮助，因为不必使用测量仪器即能够通过 LED 的亮灭确定 P0 口状态，且当开关输入的端口闲置时，可以 用作软件调试指示；且由于 P0 口是开路输出，没有逻辑“竞 争”问题，以上这些均为程序的调试带来方便，提高了效率。
电机采用与门控制，单极性 PWM 调速方式，输入电压 3V。PWM 脉冲输出由 AT89S52 单片机定时器／计数器产生。 单片机的定时器／计数器工作方式设为 8 位快速 PWM 模 式，其脉冲频率为 31．25KHz。用 PWM 在短时间内周期性地 开关电机，利用占空比进行速度控制。
收稿日期: 2012－01－16 作者简介: 陈伟钱（1981－），女，浙江台州人，硕士研究生，讲师，主要研究方向：单片机技术。
以左转弯为例，如图 6。在小车行进过程中，计时器已 开始计时，待检测到左转弯后，传感器采集的数据“1110”
图 4 死路行走路
图 5 死路判断后地图
图 6 左转弯计时起终点 当小车在有限或者规定时间搜索完地图后，地图的信 息除了包含结点信息外，还包含了时间信息。地图中曾经被 小车搜索过的路径则被划分成一段一段的时间。搜索时间 结束后，可到达的路径可能有多条。路径的时间片段总和为 该路径到达终点所花费的时间。 图 7 至图 10 为小车搜索 4 次顺利到达终点的路径。对 4 种能够顺利到达终点的路径进行评价的标准，就是累加时 间片段的方法。选择行驶路径 1 为最佳，冲刺采用路径 1。
2 软件设计
导航线迹选用 18mm 宽的普通绝缘胶带，使用时按要 求在非灰色地面贴出所需的地图。
小车通行过程中，路标分为十字路口、左丁字路口、右 丁字路口、平丁字路口、左直角路口、右直角路口以及终点 和起点等情况。根据传感器传递数据，当检测到路标信号发 生改变时，立即根据设计的路标予以识别该路口为哪种性 质的路口。
以图 4 地图为例，箭头所指为小车经过死路后首次行 走的路径，发现是死路之后，便将最近的岔路口结点通往死 路的结点信息更新为此路不可进入。
图 5 为对地图进行充分搜索并且判断死路后的地图。 允许存在未被判断的死路，取决于搜索时间的长短。
（3）记录时间。在小车行进过程中，利用单片机内部的 定时 ／ 计数器进行计时。计时的时间分割原则为：当前传感 器所采集的路径信息是否与最近采集的有差异，如果有差 异则计时停止，若没有则持续计时。
关 键 词 ：PWM 调速；搜索算法；时间记录
中图分类号： TP18
文献标识码： B
文章编号：2095－2163（2012）01－0045－03
Design of Time－recording Tracing Smart Car
CHEN Weiqian1，2
（1 Zhejiang University of Technology，Hangzhou Zhejiang 310032,China； 2 Department of Electrical Engineering，Taizhou Vocational College of Science＆Technology,Taizhou Zhejiang 318020,China)
图 9 行驶路径 3
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第2卷 第1期 2012 年 2 月
智能计算机与应用 INTELLIGENT COMPUTER AND APPLICATIONS
Vol． 2 No． 1 Feb． 2012
一种时间记录寻迹智能小车的设计
陈伟钱 1，2
（1 浙江工业大学，浙江 杭州 310032；2 台州科技职业学院 机电工程系，浙江 台州 318020）
＋VCC
·
510 · RP2 ·
C12
32
U1 TL431
1100K·R27 100UF
100K
U8 7805 IN OUT
GND
·
GND
GND
（1）
＋5V
·
C13 100UF
图 1 硬件系统组成框图
图 2 电池电压监控电路 图 3 MCU 电源稳压电路
1．1 主控制器模块 小车选择的微控制器为 Atmel 公司的 AT89S52，属 51
肥:合肥工业大学，2006．
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合肥:合肥工业大学，2009．
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摘 要 ：机器人是近年来迅速发展的一个重要的高技术领域。机器人适合在危险的环境中使用，可以进入或穿过这些危险区域进
行维护和探测工作，且不需要得到像对人一样的保护。基于 IEEE 国际电工和电子工程学会电脑鼠走迷宫竞赛的方法，并根据小车
行进的环境特点和性能指标，基于路径决策中如何选择耗时最低的路径进行了寻迹智能小车的设计。