基于光电传感器自动循迹小车设计

0引言近年来光电传感技术在智能小车上应用普遍，但光电管发射功率及各管间相互干扰会导致小车在路径识别时发生故障，影响行驶［1］。

目前智能小车在自动行驶过程中识别、避开障碍物的措施基本上是采用摄像头来采集道路信息［2］。

此方法中，不仅信号采集速度慢、受外界电磁干扰严重，影响小车行驶路线，且易出现信号处理中断，造成智能小车在快速行驶时无法及时有效避开障碍物。

为了有效避开障碍物，小车需降低速度，行驶效率大大降低，应用一直受到制约［3］。

为解决以上问题，本文提出基于激光测距的循迹避障小车控制系统，实现小车快速寻找到点亮的信标灯所在之处的目标，识别到信标灯后，小车第一时间向其前进，在前进过程中需防止与其他车辆发生碰撞，到达点亮的信标灯规定范围。

待其灭灯后，小车停止前行，继续寻找下一个点亮的信标灯。

1系统方案的选择与描述循迹避障小车从指定位置出发，快速搜寻场地内随机点亮的信标灯，向其前进，待其熄灭后继续寻找下一个信标灯。

信标采用半球全向灯座，内部安装有红色高亮度发光二极管阵列，可以通过系统控制信标闪烁或者熄灭，智能小车识别信标的红光进行定位。

控制系统框由以下六个模块构成：灯光识别模块、电源管理模块、控制核心模块、电机驱动模块、方向识别模块、防碰撞模块。

控制系统框如图1所示。

系统分为控制系统和数据采集部分。

控制系统由控制核心模块、电源管理模块和电机驱动模块组基金项目：重庆市教委科学技术资助项目（编号KJ1601704、KJ20180198344）基于光电传感器的循迹避障小车控制系统钟馨怡1，李成勇2（1.重庆公共运输职业学院，重庆市402247；2.重庆工程学院电子信息学院，重庆市400056）摘要由于普通红外发射管具有漫反射效应，影响对应的接收管对传输信息的接收，应用在快速行驶循迹避障小车控制系统中，识别障碍物误差大。

选用发射与接收一体化的激光测距传感器采集道路信息，可以克服发、接两者之间的互相干扰。

设计一辆循迹避障小车控制系统，根据图像颜色比对算法，快速搜寻场地内随机点亮的信标灯的位置和坐标，并按照特定算法驱动小车向其前进，待其熄灭后继续自旋转寻找下一个信标灯。

基于光电传感器的智能小车自动寻迹控制系统宁慧英【摘要】在智能车自动寻迹系统中,自动寻线、避障及速度控制是智能车自动寻迹控制的基本功能.用于检测路径引导线的光电传感器阵列采用发光二极管和光敏电阻制作,检测车速和障碍物的功能则采用反射式红外光电传感器FS-359F实现,采用单片机STC12C5A60S2作为控制器,通过PWM控制方式对驱动电机进行调速,并根据路面和车速信息进行转向控制.试验表明,采用上述光电传感器的智能小车寻迹控制系统实现了智能小车沿路径引导线自动避障行驶.系统体积小、成本低、性能稳定可靠.%In automatic rail guided system for Intelligent smallcar,automatic rail guidance,obstacle avoidance and car speed detection are three fundamental functions. The photoelectricity sensors array for path rail detection were made by optodiodes and optoresisters. The function of detecting speed and obstacle was realized by reflective optoelectric sensors FS0359F. The MCU STC12C5A60S2 were used as central control unit, which output PWM signals to adjust the speed of driving motors and control the moving direction of small car by road environment and car speed information. The experiments show that the automatic rail guided control system has realized automatic moving control with rail guidance and obstacle avoiding for the intelligent small car. It is a system of low cost,small size and stable fuction.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】3页(P108-110)【关键词】智能车;光电传感器;自动寻迹控制【作者】宁慧英【作者单位】沈阳职业技术学院电气工程系,辽宁沈阳110045【正文语种】中文【中图分类】TP273.5;TP290 引言智能车又称轮式移动机器人，能够按预设模式在特定环境中自动移动，无需人工干预，可应用于科学勘探、现代物流等方面。

光电竞赛申报书循迹小车循迹模块一、引言光电竞赛申报书循迹小车循迹模块是一项基于光电传感技术的竞赛项目。

本文将详细介绍循迹小车的设计原理、功能特点、技术实现以及应用前景。

二、设计原理循迹小车的设计原理是基于光电传感技术。

通过安装在小车底部的光电传感器，可以感知地面上的光线强度，并根据光线的变化来实现循迹功能。

光电传感器将光线强度转化为电信号，并经过处理后，控制小车的运动方向。

三、功能特点循迹小车循迹模块具有以下功能特点：1. 精准循迹循迹小车通过光电传感器感知地面上的光线强度，可以实现精准的循迹功能。

无论是直线还是曲线，循迹小车都可以准确地跟随轨迹行驶。

2. 多种循迹模式循迹小车可以根据需要选择不同的循迹模式。

常见的循迹模式包括单线循迹、双线循迹和黑线循迹等。

用户可以根据具体情况选择最适合的循迹模式。

3. 灵活操控循迹小车的循迹模块可以与其他控制模块配合，实现灵活的操控功能。

用户可以通过遥控器、手机APP等方式对循迹小车进行远程控制，实现各种运动操作。

4. 高效稳定循迹小车的循迹模块采用先进的光电传感技术，具有高效和稳定的特点。

无论在各种复杂的场景下，循迹小车都能够稳定地进行循迹操作，保证运动的准确性和稳定性。

四、技术实现循迹小车循迹模块的技术实现主要包括以下几个方面：1. 光电传感器光电传感器是循迹小车的核心组件之一。

它可以感知地面上的光线强度，并将其转化为电信号。

常用的光电传感器有光敏电阻、光电二极管等。

2. 微控制器微控制器是循迹小车的控制中心，负责接收光电传感器的信号，并进行处理和判断。

常用的微控制器有Arduino、Raspberry Pi等。

3. 电机驱动电机驱动是循迹小车的动力系统，负责控制小车的运动。

通过控制电机的转速和方向，可以实现循迹小车的前进、后退、转弯等动作。

4. 程序算法循迹小车的程序算法是实现循迹功能的核心部分。

通过对光电传感器信号的处理和分析，结合控制指令的生成，可以实现精准的循迹操作。

一、实验目的1. 了解光电传感器的基本原理和应用。

2. 掌握光电寻迹小车的制作方法。

3. 培养学生的动手能力和创新意识。

二、实验原理光电寻迹小车是一种利用光电传感器检测地面颜色差异，实现小车沿特定路径行驶的智能小车。

实验中，我们采用红外反射式光电传感器，当传感器检测到白色地面时，输出高电平信号；当检测到黑色线路时，输出低电平信号。

通过单片机对传感器信号进行处理，控制小车前进、转弯、停止等动作。

三、实验器材1. 小车底盘2. 红外反射式光电传感器3. AT89S52单片机4. 电机驱动模块5. 直流电机6. 电源模块7. 连接线8. 黑色纸带四、实验步骤1. 搭建电路（1）将红外反射式光电传感器连接到AT89S52单片机的P1.0端口。

（2）将电机驱动模块连接到AT89S52单片机的P2端口。

（3）将直流电机连接到电机驱动模块。

（4）将电源模块连接到小车底盘。

（1）编写程序，实现以下功能：- 初始化单片机端口；- 读取光电传感器信号；- 根据光电传感器信号控制小车行驶；- 设置小车前进、转弯、停止的速度和方向；（2）将程序烧录到AT89S52单片机。

3. 调试（1）将黑色纸带铺设在地面上，作为小车的行驶路径。

（2）接通电源，观察小车是否能够按照既定路径行驶。

（3）根据实际情况调整程序参数，确保小车稳定行驶。

五、实验结果与分析1. 实验结果经过调试，小车能够按照既定路径稳定行驶，实现了光电寻迹功能。

2. 实验分析（1）红外反射式光电传感器能够有效检测地面颜色差异，实现小车寻迹。

（2）单片机对传感器信号进行处理，控制小车行驶，实现了智能控制。

（3）实验过程中，通过调整程序参数，优化了小车行驶性能。

六、实验总结1. 本实验成功制作了一台光电寻迹小车，实现了小车沿黑色纸带行驶的功能。

2. 通过实验，掌握了光电传感器的基本原理和应用，提高了学生的动手能力和创新意识。

3. 在实验过程中，遇到了一些问题，如小车行驶不稳定、转弯不顺畅等。

基于红外光电传感器的智能车自动寻迹系统设计一、本文概述随着科技的飞速发展，智能化、自动化的技术在各个领域得到了广泛的应用。

在智能交通系统中，智能车自动寻迹系统以其高效、准确的特点，受到了广泛的关注。

本文旨在探讨基于红外光电传感器的智能车自动寻迹系统的设计，以期能为智能交通系统的发展提供有益的参考。

本文将详细介绍红外光电传感器的工作原理及其在智能车自动寻迹系统中的应用。

红外光电传感器作为一种非接触式的测量工具，具有灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点，因此在智能车自动寻迹系统中具有广泛的应用前景。

本文将深入探讨智能车自动寻迹系统的总体设计方案。

包括系统的硬件设计，如红外光电传感器的选型、电路设计、微处理器的选择等，以及软件设计，如路径识别算法、运动控制算法等。

通过对这些关键技术的详细分析，以期能为实际系统的设计提供有益的参考。

本文将通过实例分析，验证所设计的智能车自动寻迹系统的性能。

通过在不同环境下进行实际测试，收集并分析系统的寻迹精度、速度、稳定性等数据，从而评估系统的性能，并提出改进意见。

本文旨在对基于红外光电传感器的智能车自动寻迹系统进行全面、深入的研究，以期能为智能交通系统的发展提供有益的参考。

二、红外光电传感器原理及特性红外光电传感器是一种利用红外线进行非接触式测量的传感器，其基本原理是基于光电效应和红外辐射的特性。

红外光电传感器内部包含一个发射器和一个接收器，发射器发射出特定波长的红外线，当这些红外线遇到物体后，部分会被反射回接收器。

根据物体对红外线的反射程度，接收器可以感知到物体的存在及其与传感器的距离。

红外光电传感器具有多种特性，使其特别适用于智能车自动寻迹系统。

红外光对许多物体的穿透能力较弱，因此传感器能够精确地感知物体表面的细节，这对于智能车寻迹系统中的路径识别非常关键。

红外光电传感器对环境光线的变化不敏感，即使在日光下也能正常工作，这使得系统在各种光线条件下都能保持稳定的性能。

基于红外反射式光电传感器的智能循迹小车
本文所述的智能寻迹小车采用红外光电传感器来识别道路中央的黑色引导线，通过单片机来控制步进电机调节转向和转速，从而实现小车快速稳
定的寻迹行驶。

为保证小车在行驶的过程中具有良好的操纵稳定性和平顺性，本文针对道路特点对小车的方向控制和速度控制，以及传感器的安装都提出
了较为理想的解决方案。

1 系统工作原理
1.1 智能小车寻迹原理
在智能车系统中，寻迹电路采用红外光电传感器进行检测并且寻迹运动。

红外发射管发射的红外线具有一定的方向性，当红外线照射到白色地面
时会有较大的反射，如果距离取值合适，红外接收管接收到反射回的红外线
强度就较大;如果红外线照射到黑色标志线，黑色标志线会吸收大部分红外光，红外接收管接收到红外线强度就很弱。

寻迹时，引导线是黑颜色，不宜反光，当红外发射管输出信号照射到黑色引导线上时输出一个非常微弱的低电平，
这个过程是一个负跳变过程，通过对此信号高低电平的检测就可以知道小车
是正在沿着引导线行驶，若不是沿着引导线行驶，单片机根据传感器送回的。

摘要制作自动寻迹小车所涉及的专业知识包括控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等诸多学科。

为了使小车能够快速稳定的行驶，设计制作了小车控制系统。

在整个小车控制系统中，如何准确地识别路径及实时地对智能车的速度和方向进行控制是整个控制系统的关键。

由于此小车能够自动寻迹,加速,减速.故又被称作为智能车.本智能车控制系统设计以MC9S12XS128微控制器为核心，通过两排光电传感器检测小车的位置和运动方向来获取轨道信息，根据轨道信息判断出相应的轨道类型，并分配不同的速度给硬件电路加以控制，完成了在变负荷条件下对速度的快速稳定调节。

红外对射传感器用于检测智能车的速度，以脉宽调制控制方式（PWM）控制电机和舵机以达到控制智能车的行驶速度和偏转方向。

软件是在CodeWarrior 5.0的环境下用C语言编写的，用PID控制算法调节驱动电机的转速和舵机的方向，完成对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。

智能车能够准确迅速地识别特定的轨道，并沿着引导线以较高的速度稳定行驶。

整个智能车系统涉及车模机械结构的改装、传感器电路设计及控制算法等多个方面。

经过多次反复的测试，最终确定了现有的智能车模型和各项控制参数。

关键词：MC9S12XS128；PID；PWM；光电传感器；智能车ABSTRACTMaking automatic tracing car involved the professional knowledge including control, pattern recognition, sensing technology, automobile electronics, electrical, computer, machinery and so on many subjects. According to the technical requirements of the contest, we design the intelligent vehicle control system. In the entire control system of the smart car, how to accurately identify the road and real-time control the speed and direction of the Smart Car is the key to the whole control system.Because this car can automatic tracing, accelerate, slowing down. So it is also known as intelligent car this intelligent vehicle control system design take the MC9S12XS128 micro controller as a core, examines car's position and the heading through two row of photoelectric sensors gains the racecourse information, judges the corresponding racecourse type according to the racecourse information, and assigned the different speed to control for the hardware circuit, has completed in changes under the load condition to the speed fast stable adjustment. The infrared correlation sensor uses in examining the intelligent vehicle's speed, (PWM) controls the electrical machinery and the servo by the pulse-duration modulation control mode achieves the control intelligence vehicle's moving velocity and the deflection direction.The software is under the CodeWarrior 5.0 environment with the C language compilation, actuates electrical machinery's rotational speed and servo's direction with the PID control algorithm adjustment, completes to the model vehicle velocity of movement and the heading closed-loop control. The intelligent vehicle can distinguish the specific racecourse rapidly accurately, and along inlet line by the high speed control travel.The entire intelligent vehicle system involves the vehicle mold mechanism the re-equipping, the sensor circuit design and the control algorithm and so on many aspects. After the repeated test, has determined the existing intelligent vehicle model and each controlled variable finally many times.Keywords：MC9S12XS128; PID；PWM；photoelectric sensor; smart car目录第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2本文设计方案概述 (1)1.2.1总体设计 (1)1.2.2传感器设计方案 (2)1.2.3控制算法设计方案 (4)第二章机械结构设计 (5)2.1前轮倾角的调整 (5)2.2齿轮传动机构调整 (5)2.3后轮差速机构调整 (6)2.4红外传感器的固定 (6)2.5小车重心的调整 (6)2.6齿轮啮合间隙的调整 (7)第三章硬件电路的设计 (8)3.1系统硬件概述 (8)3.2电源模块的设计 (9)3.2.1 LM2940供电电路 (10)3.2.2 LM2596供电电路 (11)3.3电机驱动模块 (12)3.3.1模块介绍 (12)3.3.2使用说明 (13)3.3.3电压电流测试结果 (14)3.4舵机控制模块 (15)3.5路径识别模块 (16)3.7单片机模块的设计 (18)3.8硬件电路部分总结 (18)第四章软件系统设计 (20)4.1智能车控制算法监测平台 (20)4.2主程序流程图 (20)4.3系统的模块化结构 (21)4.3.1时钟初始化 (21)4.3.2串口初始化 (22)4.3.3 PWM初始化 (23)4.4中断处理流程 (25)4.5小车控制算法 (25)4.5.1舵机控制 (26)4.5.2速度控制 (27)4.6坡道的处理 (29)4.7弯道策略分析 (29)第五章开发与调试 (31)5.1软件开发环境介绍 (31)5.2智能车整体调试 (34)5.2.1 舵机调试 (34)5.2.2 电机调试 (34)5.2.3 动静态调试 (34)第六章结论 (36)6.1智能车的主要技术参数说明 (36)6.2总结 (36)6.3不足与展望 (36)参考文献 (37)致谢 (38)附录1 (39)附录2 (47)附录3 (60)第一章绪论1.1引言思路及技术方案是一个工程项目的灵魂。