小车循迹原理Word下载.docx
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图中循迹传感器共安装4个，全部在一条直线上。
其中InfraredMR与InfraredML为第一级方向控制传感器，InfraredSR与InfraredSL为第二级方向控制传感器。
小车行走时，始终保持黑线（如图2中所示的行走轨迹黑线）在InfraredMR和InfraredML这两个第一级传感器之间，当小车偏离黑线时，第一级探测器一旦探测到有黑线，单片机就会按照预先编定的程序发送指令给小车的控制系统，控制系统再对小车路径予以纠正。
若小车回到了轨道上，即4个探测器都只检测到白纸，则小车会继续行走；
若小车由于惯性过大依旧偏离轨道，越出了第一级两个探测器的探测范围，这时第二级动作，再次对小车的运动进行纠正，使之回到正确轨道上去。
可以看出，第二级方向探测器实际是第一级的后备保护，从而提高了小车循迹的可靠性。
4.软件控制
其程序控制框图如图3。
小车进入循迹模式后，即开始不停地扫描与探测器连接的单片机I/O口，一旦检测到某个I/O口有信号，即进入判断处理程序（switch）,先确定4个探测器中的哪一个探测到了黑线，如果InfraredML（左面第一级传感器）或者InfraredSL（左面第二级传感器）探测到黑线，即小车左半部分压到黑线，车身向右偏出，此时应使小车向左转；
如果是InfraredMR（右面第一级传感器）或InfraredSR（右面第二级传感器）探测到了黑线，即车身右半部压住黑线，小车向左偏出了轨迹，则应使小车向右转。
在经过了方向调整后，小车再继续向前行走，并继续探测黑线重复上述动作。
由于第二级方向控制为第一级的后备，则两个等级间的转向力度必须相互配合。
第二级通常是在超出第一级的控制范围的情况下发生作用，它也是最后一层保护，所以它必须要保证小车回到正确轨迹上来，则通常使第二级转向力度大于第一级，即level2>
level1（level1、level2为小车转向力度，其大小通过改变单片机输出的占空比的大小来改变），具体数值在实地实验中得到。
专家点评：
根据本文所讲述的方法，我们可以较容易地做出按照一定轨迹行走的智能电动小车。
但是按照该方法行走的小车如果是走直线，有可能会是蛇形前进。
为了使小车能够按轨迹行走的更流畅，可以在软件编程时运用一些简单的算法。
例如，在对小车进行纠偏时，适当提前停止纠偏，而不要等到小车完全不偏时再停止，以防止小车的过冲。
电源电路：
由于本系统需要电池供电，我们考虑了如下几种方案为系统供电。
方案1：
采用10节1.5V干电池供电，电压达到15V，经7812稳压后给支流电机供电，然后将12V电压再次降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。
但干电池电量有限，使用大量的干电池给系统调试带来很大的不便，因此，我们放弃了这种方案。
方案2：
采用3节4.2V可充电式锂电池串联共12.6V给直流电机供电，经过7812的电压变换后给支流电机供电，然后将12V电压再次降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。
锂电池的电量比较足，并且可以充电，重复利用，因此，这种方案比较可行。
但锂电池的价格过于昂贵，使用锂电池会大大超出我们的预算，因此，我们放弃了这种方案。
方案3：
采用12V蓄电池为直流电机供电，将12V电压降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。
蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。
虽然蓄电池的体积过于庞大，在小型电动车上使用极为不方便，但由于我们的车体设计时留出了足够的空间，并且蓄电池的价格比较低。
因此我们选择了此方案。
综上考虑，我们选择了方案3。
这个黑呼呼的东西，让我们可爱的小车变得很难看。
稳压模块：
采用两片7812将电压稳压至12V后给直流电机供电，然后采用一片7809将电压稳定至9V，最后经7805将电压稳至5V，给单片机系统和其他芯片供电，但7809和7805压降过大，使7809和7805消耗的功率过大，导致7809和7805发热量过大，因此，我们放弃了这种方案。
采用两片7812将电压稳压至12V后给直流电机供电，然后采用2576将电压稳至5V。
2576的输出电流最大可至3A，完全满足系统要求。
综上考虑，我们选择了方案2。
稳压模块如下图：
（左图：
稳压模块）
循迹传感器模块
用光敏电阻组成光敏探测器。
光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。
当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱。
因此光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化。
将阻值的变化值经过比较器就可以输出高低电平。
但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作。
因此我们考虑其他更加稳定的方案。
用红外发射管和接收管自己制作光电对管寻迹传感器。
红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。
这样自己制作组装的寻迹传感器基本能够满足要求，但是工作不够稳定，且容易受外界光线的影响，因此我们放弃了这个方案。
用RPR220型光电对管。
RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。
RPR220采用DIP4封装，其具有如下特点：
∙塑料透镜可以提高灵敏度。
∙内置可见光过滤器能减小离散光的影响。
∙体积小，结构紧凑。
∙当发光二极管发出的光反射回来时，三极管导通输出低电平。
此光电对管调理电路简单，工作性能稳定。
此我们选择了方案3。
安装后效果如下图：
下图是电压比较器：
电设小车循迹模块
2007-10-1414:
06
//包含所需头文件
#include<
ioM16v.h>
macros.h>
#include"
time1_init.h"
motor.h"
#defineahead1
#definebackwards0
#definecompare（x,y）（x<
y?
1:
0）
#definemid0X17
/*****************************初始化函数********************************/
//端口初始化
voidport_init（void）
{
PORTA=0x00;
DDRA
=0x00;
PORTB=0x00;
DDRB
=0x08;
PORTC=0x00;
DDRC
PORTD=0x00;
DDRD
}
voidtimer0_init（void）
TCCR0
//停止定时器
TCNT0
//初始值
OCR0
=0x17;
//匹配值
TIMSK|=0x00;
//中断允许
=0x7D;
//启动定时器
voidadc_init（void）
//adc转换初始化
ADCSRA=0x00;
//禁止AD转换
ADCSRA|=BIT（ADIF）;
ADMUX=0X46;
SFIOR|=0x00;
ACSR=0x80;
//禁止模拟比较器
ADCSRA=0xE7;
voidinit_devices（void）
CLI（）;
//禁止所有中断
MCUCR
MCUCSR=0x80;
//禁止JTAG
GICR
port_init（）;
timer0_init（）;
timer1_init（）;
adc_init（）;
SEI（）;
//开全局中断
/**********************************************************************/
/*****选择前端传感器用ucharstart_head_sensor（void）*****************************
选择后端传感器用ucharstart_back_sensor（void）
/*****使用角度传感器用uintcord_sensor（void）********************************************/
uintsensor_head[3],sensor_back[3],cord;
//存储6个传感器AD转换的值
ucharoffset;
//黑线偏移小车中心轴的距离
uintsensor_compare_head[3]={300,300,300},sensor_compare_back[3]={300,300,300};
//判断黑线是否位于传感器下的阈值
ucharstart_head_sensor（void）
uchari,j=0,sum=0;
ADMUX=0X40;
ADCSRA=0xC7;
while（ADCSRA&
BIT（ADSC））;
for（i=0;
i<
3;
i++）
ADMUX=0X40+i;
//启用前端传感器0，1，2通道
ADCSRA=0xC7;
while（ADCSRA&
sensor_head[i]=ADC;
}
for（i=3;
i;
i--）
if（compare（sensor_head[i-1],sensor_compare_head[i-1]））
{
sum+=i-1;
j++;
}
if（j）
offset=sum*2/j;
ADCSRA=0xE7;
returnoffset;
ucharstart_back_sensor（void）
ADMUX=0X43;
ADMUX=0X43+i;
sensor_back[i]=ADC;
for（i=3;
if（compare（sensor_back[i-1],sensor_compare_back[i-1]））
if（j）offset=sum*2/j;
ADCSRA=0XE7;
//角度传感器滤波函数
uint
cord_sensor（void）
uchari;
uintmax=0,min=1023,sum=0;
5;
ADCSRA|=BIT（ADIF）;
while（!
（ADCSRA&
BIT（ADIF）））;
cord=ADC;
sum+=cord;
max=（max>
cord）?
max:
cord;
min=（min<
min:
return（sum-max-min）/3;
voiddirec_ctrl（ucharx,uchary）
if（y）
if（x==0）OCR0=mid+3;
if（x==4）OCR0=mid-3;
if（x==2）OCR0=mid;
elseOCR0=mid+x-2;
voidmenmber_path（void）
ucharj;
uinti;
uintmax_head[3]={0,0,0},min_head[3]={1023,1023,1023},max_back[3]={0,0,0},min_back[3]={1023,1023,1023};
for（i=4000;
start_head_sensor（）;
for（j=0;
j<
j++）
max_head[j]=（max_head[j]>
sensor_head[j]）?
max_head[j]:
sensor_head[j];
min_head[j]=（min_head[j]<
min_head[j]:
}
start_back_sensor（）;
max_back[j]=（max_back[j]>
sensor_back[j]）?
max_back[j]:
sensor_back[j];
min_back[j]=（min_back[j]<
min_back[j]:
}
for（j=0;
sensor_compare_head[j]=（max_head[j]+min_head[j]）/2;
sensor_compare_back[j]=（max_back[j]+min_back[j]）/2;
/***********************前端同时检测到黑线判断函数****************************************/
ucharhead_sensor_all（void）
if（compare（sensor_head[0],sensor_compare_head[0]）
&
&
compare（sensor_head[1],sensor_compare_head[1]）&
compare（sensor_head[2],sensor_compare_head[2]））
return1;
else
return0;
ucharback_sensor_all（void）
if（compare（sensor_back[0],sensor_compare_back[0]-30）
compare（sensor_back[1],sensor_compare_back[1]-30）&
compare（sensor_back[2],sensor_compare_back[2]-30））
/**********************前端循迹函数**************************************************/
voidsearch_path_ahead（ucharspeed）
motor_autorun（ahead,speed）;
while
（1）
{
if（head_sensor_all（））
motor_stop（）;
return;
{
direc_ctrl（offset,1）;
/**********************后端循迹函数*******************************************/
voidsearch_path_backward（ucharspeed）
motor_autorun（0,speed）;
if（back_sensor_all（））
else
direc_ctrl（offset,0）;
#include<
reg51.h>
#defineTH0_TL0（65536-1000）//设定中断的间隔时长
unsignedcharcount0=0;
unsignedcharcount1=0;
bitFlag=1;
//电机正反转标志位,1正转，0反转
sbitKey_add=P1^4;
//电机减速
sbitKey_dec=P1^5;
//电机加速
sbitKey_turn=P1^6;
//电机换向
sbitPWM1=P3^6;
//PWM通道1
sbitPWM2=P3^7;
//PWM通道2
unsignedcharTime_delay;
//函数声明
voidDelay（unsignedcharx）;
voidMotor_speed_high（void）;
voidMotor_speed_low（void）;
voidMotor_turn（void）;
voidTimer0_init（void）;
/******************************************************************************/
voidDelay（unsignedcharx）//延时处理
Time_delay=x;
while（Time_delay!
=0）;
voidTimer0_int（void）interrupt1using1//定时0中断处理
TR0=0;
TL0+=（TH0_TL0+9）%256;
TH0+=（TH0_TL0+9）/256+（char）CY;
TR0=1;
if（Time_delay!
=0）//延时函数用
Time_delay--;
if（Flag==1）//电机正转
PWM1=0;
if（++count1<
count0）
PWM2=1;
PWM2=0;
if（count1>
=100）
count1=0;
else//电机反转
PWM1=1;
}//反转
voidMotor_speed_high（void）//按键处理加pwm占空比，电机加速
if（Key_add==0）
Delay（10）;
count0
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