基于S12的光電式自動(dòng)尋跡車(chē)的設(shè)計(jì)

由于紅外光電傳感器價(jià)格便宜，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，所以被經(jīng)常采用。RPR220是一種一體化的反射型光電探測(cè)器，可進(jìn)行反光性差別較大的兩種顏色（如黑白兩色）的識(shí)別，從而判別賽道的方向。

本設(shè)計(jì)共采用8個(gè)RPR220型紅外傳感器，水平均布在賽車(chē)前部的傳感器板上，由于其前瞻性較差，通常只有3cm~5cm，所以將傳感器板懸伸在車(chē)頭前方，采用垂直檢測(cè)的方法，如圖2所示。傳感器間距為12mm，小于賽道黑線寬度，保證當(dāng)賽車(chē)在賽道上行駛時(shí)始終有傳感器能檢測(cè)到黑線。賽車(chē)8個(gè)傳感器可以檢測(cè)到8個(gè)精確的位置，加上相鄰兩個(gè)傳感器同時(shí)檢測(cè)到黑線和沒(méi)有傳感器檢測(cè)到黑線的情況，一共有16種檢測(cè)狀態(tài)，這樣的橫向檢測(cè)精度可以達(dá)到6mm，基本滿(mǎn)足尋跡要求。

速度檢測(cè)模塊

測(cè)速模塊硬件的主要功能是將頻率隨轉(zhuǎn)速變化的模擬信號(hào)送入信號(hào)處理電路，最終轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖信號(hào)。為了精確控制車(chē)模運(yùn)動(dòng)，我們采用的是單片機(jī)控制編碼器的方法來(lái)檢測(cè)小車(chē)的電機(jī)轉(zhuǎn)速。編碼器我們選用OMRON公司生產(chǎn)的一款100線旋轉(zhuǎn)編碼器OME-100-1N型光電編碼器，按1：1傳動(dòng)比用一對(duì)齒輪與驅(qū)動(dòng)軸連接，驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)一周，編碼器可獲得100個(gè)脈沖，單片機(jī)通過(guò)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)就可以得到轉(zhuǎn)速的具體數(shù)值。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)與舵機(jī)模塊

本設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用直流電機(jī)，其控制效果直接影響小車(chē)的速度以及前行的穩(wěn)定性。為了得到較大的驅(qū)動(dòng)能力，最初選用兩片MC33886驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成H橋驅(qū)動(dòng)電路，單片機(jī)的PP3和PP5引腳輸出的PWM脈沖經(jīng)6N137光耦隔離后，接入MC33886 H橋輸入端，但由于比賽電機(jī)內(nèi)阻僅為430毫歐,而該集成芯片內(nèi)部的每個(gè)MOSFET導(dǎo)通電阻在120毫歐以上，大大增加了電樞回路總電阻，驅(qū)動(dòng)電路效率較低。后改為兩片BTS7960構(gòu)成全橋驅(qū)動(dòng)電路，內(nèi)部MOSFET導(dǎo)通電阻為7+9毫歐，直接與單片機(jī)相連，提高了驅(qū)動(dòng)效率。

舵機(jī)采用的S3010型電機(jī)實(shí)質(zhì)是一個(gè)位置隨動(dòng)系統(tǒng)，由舵盤(pán)、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)、直流電機(jī)和控制電路組成，通過(guò)內(nèi)部位置反饋，可使它的舵盤(pán)輸出轉(zhuǎn)角正比于單片機(jī)PWM1通道給定控制信號(hào)。

軟件設(shè)計(jì)

智能車(chē)比賽最終以速度作為評(píng)判依據(jù)，智能車(chē)路徑識(shí)別算法、轉(zhuǎn)向控制、速度控制算法是研究的重點(diǎn)。智能車(chē)的運(yùn)行控制是根據(jù)路徑識(shí)別和車(chē)速檢測(cè)所獲得的當(dāng)前路徑和車(chē)速信息，控制舵機(jī)和直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作，從而調(diào)整智能車(chē)的行駛方向和速度?？刂扑惴ㄏ喈?dāng)于人的思維，是其最核心的部分，負(fù)責(zé)按預(yù)定的流程處理傳感器所采集的數(shù)據(jù)。軟件流程圖如圖3所示。其中，F(xiàn)OR循環(huán)包含了檢測(cè)黑線位置，更新舵機(jī)輸出等子程序，如圖4所示。

圖3 控制主程序

圖4 FOR循環(huán)子程序