基于二維物體斜面黑線運動智能小車的設計

摘要：采用黑色膠布鋪設在淺色紙張中心，作為小車運動時的模擬黑線跑道。在凌陽公司單片機SPCE061A的支持下，通過反射式光電傳感器判斷小車運動時的路面信息，經(jīng)過算法處理，送出控制信號到小車電機，從而控制小車左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進和后退，使小車能夠準確跟蹤黑線跑道，實現(xiàn)小車的簡易智能化。

關鍵詞：SPCE061A單片機；電機；光電傳感器；自控小車

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

1)控制物體在80x100 cm的范圍內(nèi)做自行設定的運動；

2)控制物體作圓心可任意設定、直徑為50 cm的圓周運動；

3)控制物體跟隨板上標出的任意曲線運動，線寬1．5～1．8 cm，總長度約50 cm，顏色為黑色，曲線的前一部分是連續(xù)的，長約30 cm，后一部分是兩段總長約20 cm的間斷線段，間斷距離不大于1 cm，沿連續(xù)曲線運動限定在200 s內(nèi)完成，沿間斷曲線運動限定在300 s內(nèi)完成。

1 硬件電路設計

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

智能控制部分：系統(tǒng)中控制器件根據(jù)由光電傳感器變換輸出的電信號進行邏輯判斷，控制懸掛系統(tǒng)的電機，顯示數(shù)碼管，完成了懸掛物體的自動尋跡，尋跡移動等各項任務。控制部分包括4個主要單元電路：單片機控制電路，左右電機驅(qū)動及控制電路，4x4按鍵輸入電路，數(shù)碼管動態(tài)顯示電路。

傳感器檢測部分：系統(tǒng)利用光電傳感器檢測到的外部信息轉(zhuǎn)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(tǒng)中采用自制的電源將220 V電壓降至恒穩(wěn)的12 V和5 V電壓對單片機、電機、電機控制部分、顯示數(shù)碼管、鍵盤、計數(shù)器、光電傳感器供電。

2 模塊選擇與電路設計

2．1 系統(tǒng)各模塊的選擇

1)單片機選擇模塊：選用凌陽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(shù)碼管LED。

5)輸入模塊：選用4×4的鍵盤。

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 電機光電開關檢測電路

利用電動機的正反轉(zhuǎn)來帶動控制物體運動，在該設計中采用在電機的轉(zhuǎn)盤上安裝一個60條黑白線均勻的圓盤，再用光電開關來檢測，如圖2所示。當要控制物體在畫板上運動時，電機轉(zhuǎn)動，光電傳感器利用接收黑自電平時輸出的高低電平，當光點傳感器檢測到黑色條紋時，輸出高電平給單片機，相反當檢測到白色條紋時，輸出低電平，從而把連續(xù)輸出高低電平轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù)，也就把電機轉(zhuǎn)動時帶動有黑白線的圓盤黑自條數(shù)轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)，從而觸發(fā)光耦U1或U2，經(jīng)單片機IOB2或IOB3口輸入信號來控制電機的轉(zhuǎn)動，計算物體運動軌跡，從而控制物體的運動。