低成本8位單片機(jī)控制的光電尋跡智能車(chē)

摘要：提出一種使用激光檢測(cè)白底黑色跑道的尋跡智能車(chē)的軟硬件設(shè)計(jì)方法，在硬件上設(shè)計(jì)了最小系統(tǒng)、主板、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、激光傳感器模塊、測(cè)速模塊等電路，采用8位freescale單片機(jī)MC9S08AC16作為控制核心，使用低成本的紅外傳感器測(cè)速方案，采用14發(fā)射、7接收“-”字型排開(kāi)的激光傳感器檢測(cè)賽道信息，電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用“H”型雙極性驅(qū)動(dòng)電路。硬件設(shè)計(jì)上使用了適合8位單片機(jī)的枚舉查表為主的舵機(jī)控制算法，而速度控制則為bang-bang控制與P算法控制相結(jié)合的方法。
關(guān)鍵詞：激光傳感器；智能車(chē)；8位單片機(jī)；尋跡

智能車(chē)競(jìng)速比賽以及多種智能車(chē)的應(yīng)用場(chǎng)合中，需要智能車(chē)沿著某條軌跡快速前進(jìn)，使用普通紅外傳感器、激光傳感器、攝像頭識(shí)別均可有效提取路面軌道信息而解決這一問(wèn)題，現(xiàn)在常見(jiàn)使用16位單片機(jī)作為控制核心。普通紅外傳感器因?yàn)橐资芨蓴_、前瞻距離短等缺點(diǎn)已經(jīng)較少使用，攝像頭有豐富的數(shù)據(jù)信息，但是低成本8位單片機(jī)不能很好的處理這些信息。激光傳感器成本適中，處理的信號(hào)便于8位單片機(jī)處理，能夠有效的節(jié)省硬件成本。針對(duì)尋跡智能車(chē)進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì)，采用3位freescale單片機(jī)MC9S08AC16作為控制核心，使用激光傳感器提取賽道信息，采用低成本的紅外測(cè)速方案，算法使用以PID為基礎(chǔ)的枚舉查表法，做到了處理快速高效。整個(gè)設(shè)計(jì)既滿(mǎn)足了競(jìng)速小車(chē)的響應(yīng)迅速的要求，又是一種較低成本的設(shè)計(jì)方案。

1 車(chē)模安裝
智能車(chē)的控制采用的是前輪轉(zhuǎn)向，B型車(chē)模采用的是國(guó)內(nèi)廠商生產(chǎn)的1：16的電動(dòng)越野遙控車(chē)的底盤(pán)部分，突出特點(diǎn)為四輪驅(qū)動(dòng)，四輪獨(dú)立懸掛。反射式光電傳感器在小車(chē)前方一字形簡(jiǎn)單排布，14個(gè)發(fā)射，7個(gè)接收，一個(gè)發(fā)射帶兩個(gè)接收，傳感器的前瞻可以達(dá)到40cm以上，兩個(gè)激光發(fā)射頭間距1．8cm。傳感器單元安裝圖如圖1所示。

系統(tǒng)選用紅外傳感器作為測(cè)速傳感器把紅外傳感器安裝在后輪上，在后輪的內(nèi)壁貼上黑白等距的膠帶，這樣子安裝就充分利用了空間，且完成了測(cè)速的要求。紅外傳感器測(cè)速安裝圖如圖2所示。車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，紅外傳感器將會(huì)輸出脈沖電平，檢測(cè)脈沖頻率將得到小車(chē)速度。這種測(cè)速方法無(wú)法達(dá)到光電解碼器的精度，但是對(duì)于小車(chē)的速度處理并沒(méi)有太大影響，而光電解碼器價(jià)格昂貴，安裝在齒輪上，同等電源和PWM的輸出時(shí)，小車(chē)速度會(huì)變慢。

2 硬件設(shè)計(jì)
電源管理模塊采用7．2 V 2 000 mAh Ni-Cd蓄電池作為系統(tǒng)能源，并且通過(guò)降壓穩(wěn)壓電路分出6 V，5 V分別給舵機(jī)和單片機(jī)等供電；使用H橋及其相關(guān)器件做了直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；轉(zhuǎn)向伺服舵機(jī)控制智能車(chē)轉(zhuǎn)向；用紅外傳感器測(cè)量模塊實(shí)時(shí)測(cè)量智能車(chē)車(chē)速；采用激光傳感器作為賽道的檢測(cè)；系統(tǒng)充分使用了M9S8AC16CG單片機(jī)的外圍模塊，具體使用到的模塊包括：定時(shí)器模塊、PWM脈沖寬度調(diào)制模塊、中斷模塊、I／O端口和實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊等。