基于单片机智能寻迹小车的设计方案_周淑娟

第9卷第2期2011年6月Vo1.9No.2June.2011工业技术与职业教育CommercialTechnology&VocationalEducation基于单片机智能寻迹小车的设计方案周淑娟(黑龙江农垦科技职业学院，黑龙江哈尔滨150431)摘要：文章介绍了一种基于AT89S51单片机的智能寻迹小车的设计方案。现在智能小车的设计方案层出不穷,用哪种设计方案才更能体现智能小车寻迹的功能？笔者通过论证、比较、实验之后，制作出了简易小车的寻迹电路系统。整个系统基于普通玩具车的机械结构，能够平稳跟踪路面黑色轨迹运行。关键词：单片机；智能小车；处理器中图分类号：TM302文献标识码：B文章编号：1674-943X(2011)02-0015-03DesignoftheIntelligentTrace-KeepingHandcartBasedonSingleChipMicrocomputerZHOUShujuan(HeilongjiangLandReclamationTechnologyVocationalCollege，Harbin150431，China)Abstract：Thispaperintroducesanintelligenttrace-keepinghandcartdesignbasedontheAT89S51singlechipmicrocomputer.Nowadays,therearesomanyintelligenttrace-keepinghandcartdesigns.Whichdesigncanembodythetracingfunctionofanintelligenttrace-keepinghandcart?Afterargument,comparisonandexperiment,theauthorhasmadethetracingcircuitsystemoftheintelligenttrace-keepinghandcart.Thesystemwasbasedonthemechanicalstructureoncommontoycarsanditcanstablytracetheblacktrackonroadandrun.KeyWords：singlechipmicrocomputer；intelligenthandcart；processor1车体设计方案自己制作车体。经过反复比较论证，制订了左右两轮分别驱动，前轮用万向轮转向的方案，即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流电机进行驱动，前边装一个万向轮。这样，当两个直流电机转速相同但方向相反时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松地实现小车坐标不变的90°和180°的转弯。当小车前进时，左右两驱动轮与前边的万向轮组成了三点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳，可以避免出现前后两轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。2处理器选择方案方案一：采用可编程逻辑控制器CPLD作为处理器。CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入、输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑放弃了此方案。方案二：采用凌阳公司的spce061单片机，它是16位控制器，具有体积小、驱动能力强、集成度高、可靠性好、功耗低、结构简单等特点。处理速度高，尤其适用于语音处理和语音识别等领域。但是当凌阳单片机应用语音处理和辨识时，由于其占用的CPU资源较多而使得凌阳单片机同时处理其他任务的速度和能力降低。从系统的稳定性和编程的简洁性考虑，放弃了使用凌阳单片机而考虑其他的方案。方案三：采用Atmel公司的AT89S51单片机作为处理器。AT89S51是一个低功耗、高性能的51内核的CMOS8位单片机，片内含8k空间的可反复擦写1000次的Flash只读存储器，具有256bytes的随机数据存储器（RAM），32个IO口，2个16位可编程定时计数器。且该系列的51单片机可以不用烧写器而直接用串口或并口就可以向单片机中下载程序。3寻迹传感器选择方案方案一：用光敏电阻组成寻迹传感器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到白纸上面时，光线反射强烈，光线照射收稿日期：2010-10-23作者简介：周淑娟（1973-）女，黑龙江桦南人，硕士，讲师，主研方向为计算机科学与CAD制图。·16·工业技术与职业教育第9卷到黑线上面时，光线反射较弱。因此光敏电阻在白纸和黑线上方时，阻值会发生明显变化。将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定工作。因此考虑其他更加稳定的方案。方案二：用红外发射管和接收管制作光电寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回来的光线则说明检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则说明检测出黑线继而输出高电平。这样的寻迹传感器能够满足寻迹要求，其发射管是一个砷化镓红外发光二极管，而接收管是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。此红外光电对管寻迹电路结构简单、受光照影响小、工作稳定且实用。并通过与电压比较器配合构成寻迹传感器电路。4障碍物探测器选择方案方案一：用超声波传感器进行避障。超声波传感器的原理是：超声波由压电陶瓷超声波传感器发出后，当遇到障碍物后便反射回来，再被超声波传感器接收。然后将该信号放大后送入单片机。超声波传感器在避障的设计中被广泛应用。但是超声波传感器需要40kHz的方波信号来工作，因为超声波传感器对工作频率要求较高，偏差要在±5％内，所以用模拟电路来做方波发生器比较难以实现。而用单片机来作为方波发生器未免有些浪费资源。因此放弃了此方案。方案二：用红外光电开关进行避障。光电开关的工作原理是根据投光器发出的光束被物体阻断或部分反射，受光器最终据此作出判断反应，是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均能检测。光电开关电路搭接简单，使用方便。当有光线反射回来时，输出低电平。当没有光线反射回来时，输出高电平。这个低电平恰好可以作为单片机的外部中断。考虑到本系统只需要检测简单障碍物，没有十分复杂的环境。为了使用方便，便于操作和调试，最终选择了方案二。5金属探测器选择方案方案一：利用电涡流原理自制的金属探测传感器。这种方案取材方便，但难以调试，输出信号也不可靠，成功率比较低，难以准确输出传感信息。因此考虑其他方案。方案二：采用市面上容易采购的工业上的电感式接近开关。本电路采用市面比较常用的LJ12A3-4-Z/BY接近开关来完成铁片检测任务。虽然电感式接近开关占的体积大，但对本设计还是可以接受的，且输出信号很可靠，稳定性好，受外界的干扰小。因此，选用此方案。6显示电路的设计方案方案一：用LCD液晶进行显示。虽然LCD显示清晰，显示内容丰富、显示信息量大，使用方便，显示速度快，但是占用大量的程序资源，编程复杂，因此放弃了此方案。方案二:用LED数码管进行显示。数码管由于显示速度快，使用简单，显示效果简洁明了而得到广泛应用。虽然数码管无法显示更多丰富的内容但是对于显示60s的时间显示来说已经够用。7电机的选择方案方案一：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转动的角度可以精确定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。但是步进电机的输出力矩较低，并随转速的升高而下降，且在较高转速时力矩会急剧下降，不适用于小车等有一定速度和力矩要求的系统。经综合考虑，放弃了此方案。方案二：采用直流电机。直流电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生大扭力。而且控制电路比较方便。直流电机可以较好地满足系统的设计要求，因此选择了方案二。8电机驱动电路设计方案方案一：采用步进电机作为该系统驱动电机。由于其转动角度可以精确定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。但是步进电机的输出力矩较低，并随转速的升高而下降，且在较高转速时力矩会急剧下降。不适用于小车等有一定速度和力矩要求的系统。经综合考虑，放弃了此方案。方案二：采用直流电机。直流电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速·17·第2期周淑娟:基于单片机智能寻迹小车的设计方案11整机系统框图12结论本系统体积小，成本低，控制可靠，经调试运行可靠，具有很好的应用价值。[1]孙喜军.语音芯片的单片机控制[M].西安：西安电子科技大学出版社，2005.[2]高月华.基于红外光电传感器的智能车自动寻迹系统设计[J].半导体光电，2009(1).[3]曾军．基于MC9S12DGl28单片机的智能寻迹车设计[J].电子设计工程.2009(3).（减速）齿轮组，可以产生大扭力。而且控制电路比较方便。直流电机可以较好地满足系统的设计要求，因此选择了方案二。9提示电路设计方案选择专门的语音存储芯片ISD2560，通过单片机进行录放音的地址进行控制。用这种方法较简单方便，在操作模式上可以进行分段录音、放音。能够存储总计60s的语音。缺点是所占I/O口较多。10电源电路设计方案方案一：采用12V蓄电池为小车供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出特性。但是蓄电池的体积过于庞大，在小型电动车上使用极为不方便。因此放弃了此方案。方案二:采用双电源供电：一路为电机驱动电路供电，另一路经三端稳压器7805稳压后为单片机和传感器供电。将电机驱动电源与控制系统电源分开，以增加系统稳定性，经过实验验证，这种方式效果不错。（上接第11页）范、旅游案例分析等，让学生听到导游讲解、看到导游示范，而且能换位思考来感受导游生活，最终实现让学生感受旅游快乐的同时，也懂得成为一个给游客带来快乐的导游员。”2）同时，可以请已获得导游证的同学进行示范。在旅游车上，可以由学生自己进行车上活动组织等环节，调动更广大同学的积极性。3）对实训全过程要进行录音、摄影、摄像，以保存更多的资料，完善该课程的实训体系。4.3实训评价1）学生每天要撰写实训日志，及时总结体会心得，同时撰写导游实训小结。2）对实训学生成绩的评定，应摈弃以前“一考定结果”的考核方式，积极探索既重视结果，更重视学生参与过程的考核评价。可由旅行社导游、实训指导教师、学生代表三方给出，以确保实训成绩的公平公正。3）以班级为单位，出一期实训宣传板报，以扩大实训的影响力。课堂实践教学、校内实训室建设、校外实训三方面是有机结合的，不能孤立起来。通过全面的导游实践，学生了解了导游工作程序，掌握并领会了旅游服务行业的精髓。这些实践符合导游专业人才培养的目标，有利于全面高效培养复合型、开放型、应用型的导游专业人才。[1]罗清德，旅游院校实训基地建设研究[J].旅游学刊，2003(S1).[2]李先跃，从体验式教学的视角谈《导游实务》课程的实践教学[J].湖北经济学院学报（人文社会科学版），2010(6).[3]郭海燕，季国良，冯晓华，旅游管理专业实践教学体系的设计思路[J].焦作大学学报，2010(4).[4]张素梅，张秋敏，基于工作情境的导游实训教学模式的创新与实践[J].教育与职业，2010(3).[5]李先跃，从体验式教学的视角谈《导游实务》课程的实践教学[J].湖北经济学院学报（人文社会科学版），2010(6).