基于S12的光電式自動尋跡車的設(shè)計

由于紅外光電傳感器價格便宜，電路設(shè)計簡單，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(shè)計共采用8個RPR220型紅外傳感器，水平均布在賽車前部的傳感器板上，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，小于賽道黑線寬度，保證當賽車在賽道上行駛時始終有傳感器能檢測到黑線。賽車8個傳感器可以檢測到8個精確的位置，加上相鄰兩個傳感器同時檢測到黑線和沒有傳感器檢測到黑線的情況，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(zhuǎn)速變化的模擬信號送入信號處理電路，最終轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖信號。為了精確控制車模運動，我們采用的是單片機控制編碼器的方法來檢測小車的電機轉(zhuǎn)速。編碼器我們選用OMRON公司生產(chǎn)的一款100線旋轉(zhuǎn)編碼器OME-100-1N型光電編碼器，按1：1傳動比用一對齒輪與驅(qū)動軸連接，驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)一周，編碼器可獲得100個脈沖，單片機通過對脈沖計數(shù)就可以得到轉(zhuǎn)速的具體數(shù)值。

驅(qū)動電機與舵機模塊

本設(shè)計驅(qū)動電機選用直流電機，其控制效果直接影響小車的速度以及前行的穩(wěn)定性。為了得到較大的驅(qū)動能力，最初選用兩片MC33886驅(qū)動芯片構(gòu)成H橋驅(qū)動電路，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(nèi)阻僅為430毫歐,而該集成芯片內(nèi)部的每個MOSFET導通電阻在120毫歐以上，大大增加了電樞回路總電阻，驅(qū)動電路效率較低。后改為兩片BTS7960構(gòu)成全橋驅(qū)動電路，內(nèi)部MOSFET導通電阻為7+9毫歐，直接與單片機相連，提高了驅(qū)動效率。

舵機采用的S3010型電機實質(zhì)是一個位置隨動系統(tǒng)，由舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計、直流電機和控制電路組成，通過內(nèi)部位置反饋，可使它的舵盤輸出轉(zhuǎn)角正比于單片機PWM1通道給定控制信號。

軟件設(shè)計

智能車比賽最終以速度作為評判依據(jù)，智能車路徑識別算法、轉(zhuǎn)向控制、速度控制算法是研究的重點。智能車的運行控制是根據(jù)路徑識別和車速檢測所獲得的當前路徑和車速信息，控制舵機和直流驅(qū)動電機動作，從而調(diào)整智能車的行駛方向和速度?？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(shù)據(jù)。軟件流程圖如圖3所示。其中，F(xiàn)OR循環(huán)包含了檢測黑線位置，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