感應(yīng)式循跡小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：傳統(tǒng)的循跡小車采用光電傳感器作路面軌道檢測(cè)，其工作可靠性受環(huán)境光線的影響很大，實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常要根據(jù)環(huán)境光線的變化時(shí)傳感器的靈敏度進(jìn)行調(diào)整。提出一種感應(yīng)式循跡小車的設(shè)計(jì)方法。用金屬鋁箔膠帶代替黑色軌道線，在小車上設(shè)置多只金屬感應(yīng)傳感器，基于感應(yīng)的方法來(lái)檢測(cè)鋁箔膠帶路線的位置，把檢測(cè)的結(jié)果送單片機(jī)處理，再由單片機(jī)輸出相應(yīng)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)小車運(yùn)行。所提出的方法能夠完全消除環(huán)境光線對(duì)循跡小車的干擾，提高小車運(yùn)行的可靠性。樣品小車的測(cè)試結(jié)果表明，基于新方法設(shè)計(jì)的小車運(yùn)行平穩(wěn)，在長(zhǎng)時(shí)間工作中沒(méi)有出現(xiàn)脫軌現(xiàn)象，小車的整體性能良好。
關(guān)鍵詞：循跡小車；金屬感應(yīng)傳感器；單片機(jī)；循跡控制

循跡小車是目前較為普遍的一項(xiàng)智能小車制作競(jìng)賽，該制作要求小車能尋著一條黑色軌跡前進(jìn)直到終點(diǎn)，用達(dá)到終點(diǎn)的時(shí)間決定競(jìng)賽成績(jī)。到達(dá)終點(diǎn)的時(shí)間越短，成績(jī)?cè)胶?。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，循跡小車的尋跡電路是循跡小車的一個(gè)關(guān)鍵部件，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用光電傳感器作為尋跡器件。然而，光電傳感器對(duì)環(huán)境的光線變化比較敏感，不適合在露天環(huán)境和光照比較強(qiáng)的地方開(kāi)展活動(dòng)。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和嘗試，作者
提出把金屬感應(yīng)傳感器用于循跡小車替代光電尋跡電路，用帶不干膠的金屬鋁箔膠帶貼在地面替代黑色軌跡線條，循跡小車尋著鋁箔膠帶軌道前進(jìn)，無(wú)需光線介入，大大增加了尋跡小車活動(dòng)的環(huán)境適應(yīng)性。

1 硬件及電路
感應(yīng)式循跡小車是由單片機(jī)控制系統(tǒng)、尋跡電路、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等幾部分組成。
1．1 金屬感應(yīng)傳感器電路
金屬感應(yīng)傳感器電路在小車中實(shí)現(xiàn)金屬鋁箔路軌的感應(yīng)尋跡功能，該電路是用金屬探測(cè)電路改進(jìn)得到的，電路如圖1所示。圖中，電感線圈L、電容C1、C2、C3，三極管VT1等組成了一個(gè)典型的電容三點(diǎn)式振蕩電路，振蕩電路產(chǎn)生的正弦波信號(hào)經(jīng)VT2放大后，由VD1、VD2、C6等進(jìn)行倍壓整流、濾波，使三極管VT3的基極獲得了一定幅度的基極電壓而導(dǎo)通，其集電極輸出低電平，后級(jí)NE555電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)電路
因其2腳電平小于1／3VCC，其輸出端3腳輸出1電平。若把電感線圈L靠近金屬物體，線圈的變化磁場(chǎng)會(huì)在金屬物體內(nèi)感應(yīng)出渦流而產(chǎn)生鐵損，線圈的Q質(zhì)下降，電路振蕩減弱直至停止振蕩。作用在VT3基極上的電壓消失，三極管VT3由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，其集電極輸出高電平，該電平使后級(jí)NE555的6腳電平大于2／3VCC，其輸出端3腳的電平由1跳變?yōu)?，把這個(gè)信號(hào)送給單片機(jī)I／O端口，單片機(jī)就可以通過(guò)檢測(cè)該端口的信號(hào)變化，了解循跡小車的運(yùn)行狀態(tài)，給出相應(yīng)的控制指令。在該電路中，調(diào)整可調(diào)電阻RP的電阻大小可改變電路的正反饋幅度，使振蕩電路剛好處于振蕩的臨界點(diǎn)上，可調(diào)節(jié)傳感器感應(yīng)到金屬物體的靈敏度。通過(guò)精確調(diào)節(jié)RP，可使相應(yīng)金屬感應(yīng)傳感器的靈敏度達(dá)到10mm以上。

1．2 單片機(jī)控制電路
整個(gè)循跡小車的設(shè)計(jì)采用51單片機(jī)構(gòu)建控制系統(tǒng)，電路圖如圖2所示，該電路由電源電路、ISP下載接口、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路接口、AT89S 51單片機(jī)等幾部分組成。把單片機(jī)的P3．4，P3. 5，P3．6端口作為傳感器的輸入端口，從金屬感應(yīng)傳感器電路原理分析中可以看出，當(dāng)傳感器靠近金屬物體時(shí)，傳感器輸出為低電平，無(wú)金屬物體時(shí)，輸出為高電平，P3．7口直接接地，方便以后尋跡程序的編寫。