智能小车

摘要

本设计分为三个模块，ＰＷＭ驱动电路模块， 光电传感器模块，处理器模块。左右轮的ＰＷＭ驱动电路用于控制小车前进过程中的，左转和右转，和前进过程中的速度。探测模块利用光电传感器（光电对管）对小车的行驶状态进行判断。在跑道中利用光电开关做传感器是本设计的一个亮点，小车在行驶时利用光电开关探测距离较远这一特点，合理的安排传感器的位置，可以很好地实现跑完全程的目的，这是我们循迹比较好的创新点。

一、方案论证与比较

1、轨迹探测模块与比较 方案一、

采用光电对管对小车行驶的路况进行判断。

普通光电对管，具有价格低，采购时容易购买到的优点，但其缺点是，探测距离近，易受外界其他红外光的干扰，这样无法保证小车在高速行驶时单片机能够准确的获取小车行驶的路况状态，易造成行驶过程中的误判，是小车掉下跑到。经我们多次测试，其稳定性无法满足赛道要求，故，果断放弃该方案。 方案二、

利用投射式光电对管，进行手工加工后改装为光电对管。投射式光电对管较一般的光电对管要更灵敏，其光束能量高，方向性强，在我们经过多次测试后得出这种经自己改装的光电对管具有探测距离远（经小组成员多次测试，一般情况下探测距离可达三厘米左右），稳定性高等优点。在市场上也较易购得，但由于跑道是架在空中的，此对管无法探测到小车体积以外的路况，故也放弃。 方案三、

采用光电开关。光电开关，光电开关光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。

光电开关发出的光信号在遇见黑线时会有一定量的吸收，导致其反射回来的信号和一般障碍物反射回来的信号有一定量的减弱，故也可以用于检测赛道边沿的黑带，而且灵敏度可以调节，效果相当灵敏，故采用这种传感器用于检测路况。

1

2、处理器选取方案

方案一、

采用ARM 处理器进行数据处理，ARM处理器处理数据比较高，、而且端口比较多，可以处理多个任务。但是ＡＲＭ价格高，入门比较困难，熟练掌握比较困难，学习周期比较长，而且在小车前进过程中，处理的数据量不是很大，过多的IO口反而不利于控制。故舍去该方案。 方案二、

采用比较普及的ｃ５１处理器，51 单片机比较普及，价格低廉，学习资料比较多，易于自主的学习与掌握，而且这方面的图书和教材比较多，学习资料易于获取。综合考虑采用该方案。在小车行驶过程中处理的数据量51 的IO口完全可以满足。

综合考虑方案二更利于实现，故采用第二套方案。 寻找另一辆小车的传感器选取方案分析与比较 题目要求中，要实现甲车和乙车交替领跑，需要在超车区对另一辆小车的情况进行判断，故传感器必不可少。

方案一、采用光电对管对另一辆小车的状况进行判断。

光电对管具有价格低廉，电路简单的优点，但是光电对管的探测距离过近，3mm到4mm左右，而且易于受到外界干扰信号的影响，故不可取。 方案二、采用超声波模块对另一辆小车的行驶状态进行判断。

超声波具有方向性探测距离远等优点，最远可达4米，而且精度可达到厘米级。但是由于小车的结构并非传感器反应灵敏的平面结构，故不能够准确测量另一辆小车的位置，最终未使用。

方案三、采用光电开关探测另一辆小车的位置，光电开关具有探测距离远，反应

2

灵敏等优点而且定向性比较好，经实际测试，该传感器可以很好地完成在超车区内对另一辆小车的探测，故最终选取该方案。 镂空部分的检测

由于赛道的外部以及赛道的内部都为镂空设计，必须保证小车在行驶过程中不会超出赛道，掉下去，故必须对镂空部分进行检测。 方案一、采用超声波模块对镂空部分进行探测。 超声波谈车距离远，但需要对超声波模块进行比较复杂的程序编程，程序繁琐而累赘，不利于程序的简单化处理。 方案二、采用已经安装在车上的光电开关进行探测，因为探头探测到黑带和探测到镂空部分的情况有相同的输出（都为1）故可以认为检测到镂空和检测到黑带做相同的判断，都认为小车已经走到赛道边沿，单片机可做相同处理。这也是本设计和其他设计的最大区别，也使得该设计的程序方案简洁明了，易于实现单片机的智能控制。故本设计采用了方案二。 电机驱动

方案一：采用８０５０和８５５０三极管手工焊接成Ｈ桥 该Ｈ桥可以满足一般需要，但由于三极管构成的Ｈ正向导通和反向导通时管压降不一样，手工焊接时电路的阻抗不一样，存在小车前进时和后退时动力不一致，左轮和右轮前进时的速度也不一样（三极管的参数不可能完全一致）

使前进时左右轮存在偏差。而且三极管Ｈ桥容易出现左右桥同时导通（死区），使Ｈ桥烧坏。

方案二：采用Ｌ２９８电机驱动芯片。

L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以很方便的驱动两个直流电机或则一个步进电机。 该芯片性能稳定，通过电流可达２Ａ，内部集成死区调节功能，可以为小车提供充足的动力。而且易于ＰＷＭ调速，综合考虑，采用方案二比较可靠。 探测超车区方法 方案一

采用一个光电对管全程记录经过的黑线数目，在第八条黑线时判断为小车已经到达超车去。该方法易受环境影响，使得记录的黑线个数不准确，使小车产生误判，导致小车超出跑道。 方案二

采用两个间隔五厘米的光电对管对超车区的连续五条黑线进行检测，只要出现两个同时检测到黑带的情况，即认为小车已到达超车区。

该方法经多次测试，比较可行，几乎每次都可以检测到超车区。

电源板模块 方案一

采用四节电池供电，经三端稳压器7805稳压后送给单片机和光电对管等需要５Ｖ供电的部分6V 直接给L298供电，驱动左右两个电机。该方案简单，但是电池在用一段后会有一个管压降，使得电路得到的电压不稳定，不利于PWM 调速和光电开关的探测距离。

3