基于S12的光電式自動(dòng)尋跡車(chē)的設計

由于紅外光電傳感器價(jià)格便宜，電路設計簡(jiǎn)單，所以被經(jīng)常采用。RPR220是一種一體化的反射型光電探測器，可進(jìn)行反光性差別較大的兩種顏色（如黑白兩色）的識別，從而判別賽道的方向。

本設計共采用8個(gè)RPR220型紅外傳感器，水平均布在賽車(chē)前部的傳感器板上，由于其前瞻性較差，通常只有3cm~5cm，所以將傳感器板懸伸在車(chē)頭前方，采用垂直檢測的方法，如圖2所示。傳感器間距為12mm，小于賽道黑線(xiàn)寬度，保證當賽車(chē)在賽道上行駛時(shí)始終有傳感器能檢測到黑線(xiàn)。賽車(chē)8個(gè)傳感器可以檢測到8個(gè)精確的位置，加上相鄰兩個(gè)傳感器同時(shí)檢測到黑線(xiàn)和沒(méi)有傳感器檢測到黑線(xiàn)的情況，一共有16種檢測狀態(tài)，這樣的橫向檢測精度可以達到6mm，基本滿(mǎn)足尋跡要求。

速度檢測模塊

測速模塊硬件的主要功能是將頻率隨轉速變化的模擬信號送入信號處理電路，最終轉換成數字脈沖信號。為了精確控制車(chē)模運動(dòng)，我們采用的是單片機控制編碼器的方法來(lái)檢測小車(chē)的電機轉速。編碼器我們選用OMRON公司生產(chǎn)的一款100線(xiàn)旋轉編碼器OME-100-1N型光電編碼器，按1：1傳動(dòng)比用一對齒輪與驅動(dòng)軸連接，驅動(dòng)軸旋轉一周，編碼器可獲得100個(gè)脈沖，單片機通過(guò)對脈沖計數就可以得到轉速的具體數值。

驅動(dòng)電機與舵機模塊

本設計驅動(dòng)電機選用直流電機，其控制效果直接影響小車(chē)的速度以及前行的穩定性。為了得到較大的驅動(dòng)能力，最初選用兩片MC33886驅動(dòng)芯片構成H橋驅動(dòng)電路，單片機的PP3和PP5引腳輸出的PWM脈沖經(jīng)6N137光耦隔離后，接入MC33886 H橋輸入端，但由于比賽電機內阻僅為430毫歐,而該集成芯片內部的每個(gè)MOSFET導通電阻在120毫歐以上，大大增加了電樞回路總電阻，驅動(dòng)電路效率較低。后改為兩片BTS7960構成全橋驅動(dòng)電路，內部MOSFET導通電阻為7+9毫歐，直接與單片機相連，提高了驅動(dòng)效率。

舵機采用的S3010型電機實(shí)質(zhì)是一個(gè)位置隨動(dòng)系統，由舵盤(pán)、減速齒輪組、位置反饋電位計、直流電機和控制電路組成，通過(guò)內部位置反饋，可使它的舵盤(pán)輸出轉角正比于單片機PWM1通道給定控制信號。

軟件設計

智能車(chē)比賽最終以速度作為評判依據，智能車(chē)路徑識別算法、轉向控制、速度控制算法是研究的重點(diǎn)。智能車(chē)的運行控制是根據路徑識別和車(chē)速檢測所獲得的當前路徑和車(chē)速信息，控制舵機和直流驅動(dòng)電機動(dòng)作，從而調整智能車(chē)的行駛方向和速度?？刂扑惴ㄏ喈斢谌说乃季S，是其最核心的部分，負責按預定的流程處理傳感器所采集的數據。軟件流程圖如圖3所示。其中，FOR循環(huán)包含了檢測黑線(xiàn)位置，更新舵機輸出等子程序，如圖4所示。

圖3 控制主程序

圖4 FOR循環(huán)子程序