基于紅外光電傳感器的智能尋跡小車(chē)設計

摘要：尋跡小車(chē)可以看作是縮小化的智能汽車(chē)，對智能汽車(chē)的研究有一定的借鑒意義。采用飛思卡爾公司的MC9S12DG128B作為核心控制芯片，設計了通過(guò)紅外光電傳感器檢測路徑信息的智能尋跡小車(chē)。該系統由處理器模塊、路徑識別模塊、電機驅動(dòng)模塊、舵機驅動(dòng)模塊、車(chē)速檢測模塊、液晶顯示模塊與電源模塊等組成。實(shí)際應用表明，該小車(chē)可以在專(zhuān)門(mén)設計的跑道上快速平穩地實(shí)現尋跡功能。
關(guān)鍵詞：紅外光電；智能；尋跡；飛思卡爾；MC9S12DG128B

智能汽車(chē)又稱(chēng)為輪式機器人，目前多用在科學(xué)探索、工業(yè)生產(chǎn)等場(chǎng)合，它是集環(huán)境感知、規劃決策、自動(dòng)行駛等功能于一體的智能化交通工具，是車(chē)輛工程、傳感技術(shù)、人工智能、自動(dòng)控制與通信導航等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域理論技術(shù)的交叉與綜合，是未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的方向。尋跡小車(chē)可以看做是縮小化的智能汽車(chē)，它的基本功能是自動(dòng)識別白色場(chǎng)地中的任意黑色帶狀引導線(xiàn)并快速平穩地跟蹤行駛。目前尋跡小車(chē)多使用CCD圖像傳感器路徑識別方案，其優(yōu)點(diǎn)是控制精細，前瞻距離遠，缺點(diǎn)是成本較高且處理算法復雜。而紅外反射式光電傳感器具有控制簡(jiǎn)單、數據處理方便、成本低、安裝靈活方便且不易受可見(jiàn)光的干擾等特點(diǎn)，且完全可以滿(mǎn)足系統需求。本文所述的智能尋跡小車(chē)設計思路是由安裝在智能車(chē)前端的紅外光電傳感器檢測黑色引導線(xiàn)信息，并將檢測到的路徑信息送往智能小車(chē)的控制器，控制器智能分析外部環(huán)境，判斷車(chē)身與引導線(xiàn)的相對位置，如有偏離則根據算法控制轉向舵機進(jìn)行方向調整，且處理器通過(guò)速度檢測模塊實(shí)時(shí)獲取小車(chē)車(chē)速信息并給予驅動(dòng)電機反饋信號使小車(chē)可以快速平穩地跟蹤引導線(xiàn)行駛。本文主要從硬件電路方面對智能小車(chē)的設計方案進(jìn)行分析，并簡(jiǎn)單介紹下部分模塊的控制框圖及軟件流程圖。

1 系統設計
智能車(chē)系統以單片機作為處理核心，整個(gè)系統由路徑識別模塊、電機驅動(dòng)模塊、舵機驅動(dòng)模塊、車(chē)速檢測模塊、液晶顯示模塊與電源模塊組成，如圖1所示。

其中，路徑識別模塊用來(lái)獲取前方路況信息，以供單片機進(jìn)行處理分析；電機驅動(dòng)模塊是智能車(chē)的動(dòng)力來(lái)源；舵機驅動(dòng)模塊負責智能車(chē)的轉向控制；車(chē)速檢測模塊與液晶顯示模塊分別用來(lái)檢測與顯示當前車(chē)速；電源模塊負責給系統各個(gè)模塊提供所需要的電壓。

2 模塊設計
2．1 控制器模塊
系統采用飛思卡爾公司的MC9S12DG128B作為智能小車(chē)系統的微處理器，MC9S12DG128B單片機使用16位HCS12內核，擁有豐富的片內資源，具有128 KB Flash、8 KB RAM、2 KB EEPROM，核心運算頻率50 MHz，總線(xiàn)頻率可達32 MHz。MC9S12DG128B有16路A／D轉換，精度最高可設置為10位；有8路8位PWM并可兩兩級聯(lián)為16位精度PWM，特別適合用于控制多電機系統，它還具有豐富的I／O接口，支持斷點(diǎn)功能和背景調試模式，完全能夠滿(mǎn)足本設計的需要。