基于二維物體斜面黑線(xiàn)運動(dòng)智能小車(chē)的設計

摘要：采用黑色膠布鋪設在淺色紙張中心，作為小車(chē)運動(dòng)時(shí)的模擬黑線(xiàn)跑道。在凌陽(yáng)公司單片機SPCE061A的支持下，通過(guò)反射式光電傳感器判斷小車(chē)運動(dòng)時(shí)的路面信息，經(jīng)過(guò)算法處理，送出控制信號到小車(chē)電機，從而控制小車(chē)左轉、右轉、前進(jìn)和后退，使小車(chē)能夠準確跟蹤黑線(xiàn)跑道，實(shí)現小車(chē)的簡(jiǎn)易智能化。

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

二維物體斜面運動(dòng)算法是2005年全國大學(xué)生索尼杯電子競賽E題“懸掛運動(dòng)控制系統”延伸出的研究課題，其主要內容是設計一個(gè)電機控制系統，控制物體在傾斜(仰角≤100°)的板上運動(dòng)。在一個(gè)白色底板上固定兩個(gè)滑輪，兩只電機(固定在板上)通過(guò)穿過(guò)滑輪吊繩控制一個(gè)物體在板上運動(dòng)，并達到如下要求：

1)控制物體在80x100 cm的范圍內做自行設定的運動(dòng)；

2)控制物體作圓心可任意設定、直徑為50 cm的圓周運動(dòng)；

3)控制物體跟隨板上標出的任意曲線(xiàn)運動(dòng)，線(xiàn)寬1．5～1．8 cm，總長(cháng)度約50 cm，顏色為黑色，曲線(xiàn)的前一部分是連續的，長(cháng)約30 cm，后一部分是兩段總長(cháng)約20 cm的間斷線(xiàn)段，間斷距離不大于1 cm，沿連續曲線(xiàn)運動(dòng)限定在200 s內完成，沿間斷曲線(xiàn)運動(dòng)限定在300 s內完成。

1 硬件電路設計

根據設計要求，系統可分為智能控制、傳感器檢測和電源3部分，整個(gè)系統示意圖如圖1所示。

智能控制部分：系統中控制器件根據由光電傳感器變換輸出的電信號進(jìn)行邏輯判斷，控制懸掛系統的電機，顯示數碼管，完成了懸掛物體的自動(dòng)尋跡，尋跡移動(dòng)等各項任務(wù)?？刂撇糠职?個(gè)主要單元電路：?jiǎn)纹瑱C控制電路，左右電機驅動(dòng)及控制電路，4x4按鍵輸入電路，數碼管動(dòng)態(tài)顯示電路。

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

電源部分：系統中采用自制的電源將220 V電壓降至恒穩的12 V和5 V電壓對單片機、電機、電機控制部分、顯示數碼管、鍵盤(pán)、計數器、光電傳感器供電。

2 模塊選擇與電路設計

2．1 系統各模塊的選擇

1)單片機選擇模塊：選用凌陽(yáng)SPCE061A單片機。

2)電機選擇模塊：選用齒輪減速同步電機。

3)電機控制模塊：選用繼電器和光電傳感器組合控制電機。

4)顯示模塊：選用8位數碼管LED。

5)輸入模塊：選用4×4的鍵盤(pán)。

6)信號檢測模塊：選用反射式紅外傳感器。

2．2 主要電路設計

2．2．1 電機光電開(kāi)關(guān)檢測電路

利用電動(dòng)機的正反轉來(lái)帶動(dòng)控制物體運動(dòng)，在該設計中采用在電機的轉盤(pán)上安裝一個(gè)60條黑白線(xiàn)均勻的圓盤(pán)，再用光電開(kāi)關(guān)來(lái)檢測，如圖2所示。當要控制物體在畫(huà)板上運動(dòng)時(shí)，電機轉動(dòng)，光電傳感器利用接收黑自電平時(shí)輸出的高低電平，當光點(diǎn)傳感器檢測到黑色條紋時(shí)，輸出高電平給單片機，相反當檢測到白色條紋時(shí)，輸出低電平，從而把連續輸出高低電平轉化為脈沖數，也就把電機轉動(dòng)時(shí)帶動(dòng)有黑白線(xiàn)的圓盤(pán)黑自條數轉換成脈沖數，從而觸發(fā)光耦U1或U2，經(jīng)單片機IOB2或IOB3口輸入信號來(lái)控制電機的轉動(dòng)，計算物體運動(dòng)軌跡，從而控制物體的運動(dòng)。