低成本8位單片機控制的光電尋跡智能車(chē)

摘要：提出一種使用激光檢測白底黑色跑道的尋跡智能車(chē)的軟硬件設計方法，在硬件上設計了最小系統、主板、電機驅動(dòng)、激光傳感器模塊、測速模塊等電路，采用8位freescale單片機MC9S08AC16作為控制核心，使用低成本的紅外傳感器測速方案，采用14發(fā)射、7接收“-”字型排開(kāi)的激光傳感器檢測賽道信息，電機驅動(dòng)采用“H”型雙極性驅動(dòng)電路。硬件設計上使用了適合8位單片機的枚舉查表為主的舵機控制算法，而速度控制則為bang-bang控制與P算法控制相結合的方法。
關(guān)鍵詞：激光傳感器；智能車(chē)；8位單片機；尋跡

智能車(chē)競速比賽以及多種智能車(chē)的應用場(chǎng)合中，需要智能車(chē)沿著(zhù)某條軌跡快速前進(jìn)，使用普通紅外傳感器、激光傳感器、攝像頭識別均可有效提取路面軌道信息而解決這一問(wèn)題，現在常見(jiàn)使用16位單片機作為控制核心。普通紅外傳感器因為易受干擾、前瞻距離短等缺點(diǎn)已經(jīng)較少使用，攝像頭有豐富的數據信息，但是低成本8位單片機不能很好的處理這些信息。激光傳感器成本適中，處理的信號便于8位單片機處理，能夠有效的節省硬件成本。針對尋跡智能車(chē)進(jìn)行了軟硬件設計，采用3位freescale單片機MC9S08AC16作為控制核心，使用激光傳感器提取賽道信息，采用低成本的紅外測速方案，算法使用以PID為基礎的枚舉查表法，做到了處理快速高效。整個(gè)設計既滿(mǎn)足了競速小車(chē)的響應迅速的要求，又是一種較低成本的設計方案。

1 車(chē)模安裝
智能車(chē)的控制采用的是前輪轉向，B型車(chē)模采用的是國內廠(chǎng)商生產(chǎn)的1：16的電動(dòng)越野遙控車(chē)的底盤(pán)部分，突出特點(diǎn)為四輪驅動(dòng)，四輪獨立懸掛。反射式光電傳感器在小車(chē)前方一字形簡(jiǎn)單排布，14個(gè)發(fā)射，7個(gè)接收，一個(gè)發(fā)射帶兩個(gè)接收，傳感器的前瞻可以達到40cm以上，兩個(gè)激光發(fā)射頭間距1．8cm。傳感器單元安裝圖如圖1所示。

系統選用紅外傳感器作為測速傳感器把紅外傳感器安裝在后輪上，在后輪的內壁貼上黑白等距的膠帶，這樣子安裝就充分利用了空間，且完成了測速的要求。紅外傳感器測速安裝圖如圖2所示。車(chē)輪轉動(dòng)時(shí)，紅外傳感器將會(huì )輸出脈沖電平，檢測脈沖頻率將得到小車(chē)速度。這種測速方法無(wú)法達到光電解碼器的精度，但是對于小車(chē)的速度處理并沒(méi)有太大影響，而光電解碼器價(jià)格昂貴，安裝在齒輪上，同等電源和PWM的輸出時(shí)，小車(chē)速度會(huì )變慢。

2 硬件設計
電源管理模塊采用7．2 V 2 000 mAh Ni-Cd蓄電池作為系統能源，并且通過(guò)降壓穩壓電路分出6 V，5 V分別給舵機和單片機等供電；使用H橋及其相關(guān)器件做了直流電機驅動(dòng)模塊；轉向伺服舵機控制智能車(chē)轉向；用紅外傳感器測量模塊實(shí)時(shí)測量智能車(chē)車(chē)速；采用激光傳感器作為賽道的檢測；系統充分使用了M9S8AC16CG單片機的外圍模塊，具體使用到的模塊包括：定時(shí)器模塊、PWM脈沖寬度調制模塊、中斷模塊、I／O端口和實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊等。