基于二維物體斜面黑線運(yùn)動(dòng)智能小車的設(shè)計(jì)

摘要：采用黑色膠布鋪設(shè)在淺色紙張中心，作為小車運(yùn)動(dòng)時(shí)的模擬黑線跑道。在凌陽公司單片機(jī)SPCE061A的支持下，通過反射式光電傳感器判斷小車運(yùn)動(dòng)時(shí)的路面信息，經(jīng)過算法處理，送出控制信號(hào)到小車電機(jī)，從而控制小車左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)和后退，使小車能夠準(zhǔn)確跟蹤黑線跑道，實(shí)現(xiàn)小車的簡易智能化。

關(guān)鍵詞：SPCE061A單片機(jī)；電機(jī)；光電傳感器；自控小車

二維物體斜面運(yùn)動(dòng)算法是2005年全國大學(xué)生索尼杯電子競賽E題“懸掛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”延伸出的研究課題，其主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一個(gè)電機(jī)控制系統(tǒng)，控制物體在傾斜(仰角≤100°)的板上運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)白色底板上固定兩個(gè)滑輪，兩只電機(jī)(固定在板上)通過穿過滑輪吊繩控制一個(gè)物體在板上運(yùn)動(dòng)，并達(dá)到如下要求：

1)控制物體在80x100 cm的范圍內(nèi)做自行設(shè)定的運(yùn)動(dòng)；

2)控制物體作圓心可任意設(shè)定、直徑為50 cm的圓周運(yùn)動(dòng)；

3)控制物體跟隨板上標(biāo)出的任意曲線運(yùn)動(dòng)，線寬1．5～1．8 cm，總長度約50 cm，顏色為黑色，曲線的前一部分是連續(xù)的，長約30 cm，后一部分是兩段總長約20 cm的間斷線段，間斷距離不大于1 cm，沿連續(xù)曲線運(yùn)動(dòng)限定在200 s內(nèi)完成，沿間斷曲線運(yùn)動(dòng)限定在300 s內(nèi)完成。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)可分為智能控制、傳感器檢測和電源3部分，整個(gè)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

智能控制部分：系統(tǒng)中控制器件根據(jù)由光電傳感器變換輸出的電信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，控制懸掛系統(tǒng)的電機(jī)，顯示數(shù)碼管，完成了懸掛物體的自動(dòng)尋跡，尋跡移動(dòng)等各項(xiàng)任務(wù)?？刂撇糠职?個(gè)主要單元電路：單片機(jī)控制電路，左右電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制電路，4x4按鍵輸入電路，數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示電路。

傳感器檢測部分：系統(tǒng)利用光電傳感器檢測到的外部信息轉(zhuǎn)化為可控制器件能識(shí)別的電信號(hào)，傳感器檢測部分主要用于軌跡探測電路。

電源部分：系統(tǒng)中采用自制的電源將220 V電壓降至恒穩(wěn)的12 V和5 V電壓對單片機(jī)、電機(jī)、電機(jī)控制部分、顯示數(shù)碼管、鍵盤、計(jì)數(shù)器、光電傳感器供電。

2 模塊選擇與電路設(shè)計(jì)

2．1 系統(tǒng)各模塊的選擇

1)單片機(jī)選擇模塊：選用凌陽SPCE061A單片機(jī)。

2)電機(jī)選擇模塊：選用齒輪減速同步電機(jī)。

3)電機(jī)控制模塊：選用繼電器和光電傳感器組合控制電機(jī)。

4)顯示模塊：選用8位數(shù)碼管LED。

5)輸入模塊：選用4×4的鍵盤。

6)信號(hào)檢測模塊：選用反射式紅外傳感器。

2．2 主要電路設(shè)計(jì)

2．2．1 電機(jī)光電開關(guān)檢測電路

利用電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來帶動(dòng)控制物體運(yùn)動(dòng)，在該設(shè)計(jì)中采用在電機(jī)的轉(zhuǎn)盤上安裝一個(gè)60條黑白線均勻的圓盤，再用光電開關(guān)來檢測，如圖2所示。當(dāng)要控制物體在畫板上運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，光電傳感器利用接收黑自電平時(shí)輸出的高低電平，當(dāng)光點(diǎn)傳感器檢測到黑色條紋時(shí)，輸出高電平給單片機(jī)，相反當(dāng)檢測到白色條紋時(shí)，輸出低電平，從而把連續(xù)輸出高低電平轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù)，也就把電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)有黑白線的圓盤黑自條數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)，從而觸發(fā)光耦U1或U2，經(jīng)單片機(jī)IOB2或IOB3口輸入信號(hào)來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)軌跡，從而控制物體的運(yùn)動(dòng)。