制作光感小车

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智能小车的设计及制作

作者：姚兵

来源：《电子技术与软件工程》2018年第05期

摘 要 本文分析了智能小车总体设计，我们结合智能小车的硬件系统的设计与功能实现，重点介绍了微控制器电路的设计与原理、主线路板制作、避障电路的原理与设计、电机驱动电路的原理与设计、循迹电路的原理与设计等内容。

【关键词】智能小车 设计 制作

随着科学技术越来越发达，机器人的制造水平也有了明显的提升，越来越多的机器人被人们研制出来。近年来，在全球范围内掀起了一项新的高科技的活动——机器人比赛，虽然机器人比赛兴起的时间并不长，但基于机器人本身兼具高科技性和娱乐性，以及比赛机制的竞争性，吸引了众多科技爱好者的研究学者的喜爱和关注。机器人小车子系统，是整个系统构建当中的核心内容，是整个系统的执行机构，对于系统的运行高以及性能的好坏，具有十分重要的意义。基于小车子系统的特殊性，本文在单片机红外可控技术的基础上，结合自动智能车的相关设计理念，立足于比赛的需求，针对遥控技术和自动技术进行开发研究，并得以实现，基于该项技术，用户的二次开发活动也能够顺利进行，进而帮助用户实现比赛时所需要的各项特殊功能。本设计通过采用HCS12单片机为控制核心，实现对小车的智能控制。

1 智能小车总体设计分析

1.1 设计的具体要求

在本次竞赛活动中，对于小车的设计提出以下要求：小车设计需具备自动行进功能，即小车要能够在直跑道上高速运行，且具有明显的稳定性。在比赛设计中，跑道的设计主要采用两种颜色进行设计，确保跑到设计简单明了。通常，都会选择对比度鲜明的黑白两色，将白色运用在跑道背景的设置上，整个跑道为白色，然后将跑道的中央线，采用黑色进行涂染，而黑线就是小车在跑道上行驶的依据。显然，小车的行驶，必须要能够沿着跑道的黑色线进行，这是小车比赛行驶过程中的基本要求。而小车的设计，则要在满足该需求的基础上，确保小车的行驶速度得以稳步提升。

电动车跷跷板

设计任务：

设计并制作一个电动车跷跷板，在跷跷板起始端A一侧装有可移动的配重。配重的位置可以在从始端开始的200mm～600mm范围内调整，调整步长不大于50mm；配重可拆卸。电动车从起始端A出发，可以自动在跷跷板上行驶。电动车跷跷板起始状态和平衡状态示意图分别如图1和图2所示。

设计思路：因为小车要在跷跷板上自动寻找平衡点所以要有一个平衡装置当小车倾斜时小车就会向前或后走的地方走而达到平衡。因为翘翘板的宽度较小所以要小车按固定的直线行走，小车要时刻记时所以用电子显示装置计时。

基本设计

（1） 平衡部分

因为小车在板上寻找平衡点所以要用到平衡装置有以下三个方案

方案一：利用SCA100T传感器。

SCA100T优点：（1）双轴倾角传感器。

（2） 测量范围0.5g或者1g。

（3） 单极5伏供电，比例电压输出。

（4） 长期稳定性非常好。

（5） 高分辨率，低声，工作温度范围广。

缺点：灵敏度太高，价格昂贵，抗干扰能力差。

方案二：利用水银开关。

优点：（1）价格低，容易买到。

（2）制作方便，操控性好。

（3）工作范围广

缺点：不稳定，水银液体不太容易控制。

方案三：利用旋转型可调电阻和铅坠。 901600mmAB配重物体C200mm400mm图1 起始状态示意图优点：（1）价格低，容易组装。

（2）操控性好，灵敏度高。

（3）可以利用电阻的变化算出倾斜角。

缺点：有摩擦影响，受外界影响。

综上所述：经比较方案三比较好实验室中可以找到所用器材，可以通过电阻的变化算出倾角，价格较为便宜。

方案三的具体方法：首先将可变电阻的旋钮与铁杆连接起来，铁杆的另一端是较重的铅锤。当小车的倾角变化时由于铅锤的重力作用在小车的带动下可变电阻的阻值产生变化，电压或电流发生变换传给单片机从而控制小车来找平衡点。

平衡装置原理图：

（2）小车寻路装置：

方案一启发：利用小车红外向寻路装置，可以让小车沿黑线在桥面上行走，当小车找到平衡点时小车自动停止，当小车到达桥的尽头是黑线消失小车停止倒行，这样可以防止小车一直沿直线行走能掉下桥。

7 磁铁

——制作磁力小车

教学目的：

通过本节课的学习让学生认识磁铁的性质，掌握磁铁分为南北两极，掌握磁铁的性质——同极相斥，异极相吸，通过制作掌握磁力小车的工作原理，培养学生日常的观察力及对知识的求知欲。

教学目标：

1、 通过实验观察，让学生理解掌握磁铁分为南、北两极。

2、 让学生理解掌握磁铁的磁力，掌握磁铁的性质。

3、 制作磁力小车，并理解磁力小车的工作原理。

教学重点：

1、理解掌握磁铁的性质——同极相斥，异极相吸。

2、掌握磁力小车的工作原理。

教学难点：

1、通过实验，学会区分磁铁的南北极。

2、磁力小车的原理。

教学用具：

教师用具：条形磁铁2个、小泡沫板1个、线2根。

学生用具：车身纸卡1张/人、磁铁2块/人、车轴2个/人、轮子4个/人、软管4个/人、双面胶若干

课时安排：

80分钟。

课堂流程：

一、情境导入：(5分钟)

师：同学们都喜欢车吗？说说你们都喜欢哪种类型的车。

生：喜欢。······

师：所有的车都是有动力能源的，你能说说你喜欢的车是靠什么装置跑起来的？

生：······

师：有的车的动力能源来自于电池，比如说遥控汽车，有的动力来源于汽油，比如说马路上跑的汽车，还有的来源于太阳能，太阳能车等等。那今天老师要和大家一起制作一个没有任何能源，却能够奔驰的小车，快来探索一下吧。

生：······

二、课程讲解：（35分钟）

【教师演示实验一】10分钟

师：大家看下老师手中的是什么？（出示磁铁）

生：磁铁······

师：那么现在老师现在要问问大家磁铁的作用是什么？

生：吸起铁质的物体······

师：恩，那谁能上来用老师手里的磁铁在教室里找找哪些可以被磁铁吸住？（让学生在教室里寻找）

师：好，那么我们可以得知，磁铁可以吸引铁质的物体······

生：······

师：我们今天就要一起来研究一下关于磁铁的知识，接下来，我们一起来做一个实验——“浮在水面上的指南针”。（方法：准备一个大的水槽，接上半盆水，把条形磁铁放在小泡沫块上（做成泡沫船，大小略比磁铁大，放上不沉即可），大家看下，当小船静止时它的方向是？

1 循迹智能小车简要设计

一、要求

1.小车能够按照指定路线(即延事先画好的黑线)从起点到达终点。

2.用液晶显示屏将小车的状态显示出来（速度及行驶距离）。

3.小车出发前和入库后蜂鸣器响三声，同时发光二级管闪亮三次。

二、设计用主要元器件

蜂鸣器、直流电机*2、发光二极管、LCD1602*1、AT89C52*1、光电传感器*6、78L05稳压器*1、直插式变阻器*1、电阻若干，三极管若干，电容若干。

三、设计思路（简要说明）

寻迹小车的难点在于对划线轨迹的判断以及对小车的控制。本次采用光电传感器TCRT5000L来检测跑到中的黑线，通过单片机检测TCRT5000L引脚上的高低电平的变化来确定是黑线或是无线，从而控制两后轮的转速变化达到控制转向的目的，万象轮装于车首部，起支撑作用。

小车速度的测量可通过用TCRT5000L检测与驱动电机相连的画有黑线的的圆盘在规定时间扫描到的黑线数量来计算。或者直接在两轮内侧贴上画有黑线的圆纸盘，用两个TCRT5000L测两轮的转速，二者取平均，即为小车的速度。行驶距离则可通过积分的方式将速度与间隔时间的乘积不断累加求出。

而指示灯及蜂鸣器的变化则主要由软件控制来完成。

2 四、硬件模块设计（简要说明）

1.蜂鸣器驱动模块

通过单片机引脚电平控制PNP三极管的基极电压，当输入高电平时，三极管截止，蜂鸣器不响；当输入低电平时，三极管导通，蜂鸣器响。

2.电机驱动模块

还是通过PNP三极管的开关作用：当input0=1，input1=0，input2=0，input3=1时，Q1， 3 Q4截止，Q2，Q3导通，电机正转。输入相反时则翻转，从而达到倒车的目的。至于速度可PWM通过控制电机转速而控制小车速度。

3.发光二极管驱动

原理比较简单，输入高电平则二极管亮，低电平则灭。发光二极管导通电压小，为0.7V，导通电流10mA左右，顾接上拉电阻分压限流，经计算，电阻约为430欧姆。