基于紅外光電傳感器的智能尋跡小車設(shè)計(jì)

摘要：尋跡小車可以看作是縮小化的智能汽車，對(duì)智能汽車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(shè)計(jì)了通過紅外光電傳感器檢測(cè)路徑信息的智能尋跡小車。該系統(tǒng)由處理器模塊、路徑識(shí)別模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、車速檢測(cè)模塊、液晶顯示模塊與電源模塊等組成。實(shí)際應(yīng)用表明，該小車可以在專門設(shè)計(jì)的跑道上快速平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)尋跡功能。
關(guān)鍵詞：紅外光電；智能；尋跡；飛思卡爾；MC9S12DG128B

智能汽車又稱為輪式機(jī)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(guī)劃決策、自動(dòng)行駛等功能于一體的智能化交通工具，是車輛工程、傳感技術(shù)、人工智能、自動(dòng)控制與通信導(dǎo)航等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域理論技術(shù)的交叉與綜合，是未來汽車發(fā)展的方向。尋跡小車可以看做是縮小化的智能汽車，它的基本功能是自動(dòng)識(shí)別白色場(chǎng)地中的任意黑色帶狀引導(dǎo)線并快速平穩(wěn)地跟蹤行駛。目前尋跡小車多使用CCD圖像傳感器路徑識(shí)別方案，其優(yōu)點(diǎn)是控制精細(xì)，前瞻距離遠(yuǎn)，缺點(diǎn)是成本較高且處理算法復(fù)雜。而紅外反射式光電傳感器具有控制簡單、數(shù)據(jù)處理方便、成本低、安裝靈活方便且不易受可見光的干擾等特點(diǎn)，且完全可以滿足系統(tǒng)需求。本文所述的智能尋跡小車設(shè)計(jì)思路是由安裝在智能車前端的紅外光電傳感器檢測(cè)黑色引導(dǎo)線信息，并將檢測(cè)到的路徑信息送往智能小車的控制器，控制器智能分析外部環(huán)境，判斷車身與引導(dǎo)線的相對(duì)位置，如有偏離則根據(jù)算法控制轉(zhuǎn)向舵機(jī)進(jìn)行方向調(diào)整，且處理器通過速度檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)獲取小車車速信息并給予驅(qū)動(dòng)電機(jī)反饋信號(hào)使小車可以快速平穩(wěn)地跟蹤引導(dǎo)線行駛。本文主要從硬件電路方面對(duì)智能小車的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，并簡單介紹下部分模塊的控制框圖及軟件流程圖。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
智能車系統(tǒng)以單片機(jī)作為處理核心，整個(gè)系統(tǒng)由路徑識(shí)別模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、車速檢測(cè)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(shí)別模塊用來獲取前方路況信息，以供單片機(jī)進(jìn)行處理分析；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是智能車的動(dòng)力來源；舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)智能車的轉(zhuǎn)向控制；車速檢測(cè)模塊與液晶顯示模塊分別用來檢測(cè)與顯示當(dāng)前車速；電源模塊負(fù)責(zé)給系統(tǒng)各個(gè)模塊提供所需要的電壓。

2 模塊設(shè)計(jì)
2．1 控制器模塊
系統(tǒng)采用飛思卡爾公司的MC9S12DG128B作為智能小車系統(tǒng)的微處理器，MC9S12DG128B單片機(jī)使用16位HCS12內(nèi)核，擁有豐富的片內(nèi)資源，具有128 KB Flash、8 KB RAM、2 KB EEPROM，核心運(yùn)算頻率50 MHz，總線頻率可達(dá)32 MHz。MC9S12DG128B有16路A／D轉(zhuǎn)換，精度最高可設(shè)置為10位；有8路8位PWM并可兩兩級(jí)聯(lián)為16位精度PWM，特別適合用于控制多電機(jī)系統(tǒng)，它還具有豐富的I／O接口，支持?jǐn)帱c(diǎn)功能和背景調(diào)試模式，完全能夠滿足本設(shè)計(jì)的需要。