循迹小车设计报告

电子技术课程设计报告学院：专业班级：学生姓名：指导教师：完成时间：成绩：报告一. 设计要求：基本要求：1、控制小车走正方形运动2、能沿直线和沿弧线寻迹行驶，遇停止标志自动停止。

3、能在设定的迷宫中自动走出迷宫扩展功能：1、能显示行驶距离。

2、有避障功能。

设计的作用、目的循迹控制系统的原理是在轮胎打滑时，包括了起跑`过弯`下雨天等等的情况，利用各式各样的方法来降低扭力的输出，让轮胎重新狁得抓地力，进而让车手能够控制赛车，将动力发挥到极限，并增加赛车速度。

而降彽扭力的方法有油门的控制`点火延迟`或是关掉数个气缸的点火或供油系统。

由于传动轮在加速时超过50g，所以降彽惯性秘所需的反应要非常快速，但是利压子油门控制需要30毫秒，反应时间不够快：延迟点火又有耐用的问题：因此现行的循迹系统是利用装置在轮胎处的感应器来侦测轮胎状况，当轮胎打滑时电脑就会降彽引擎输出功率，通常是数个汽缸不点火，或是在供油程式下功夫，让轮胎停止打滑，以降彽车辆因为轮胎打滑所造成的失控状况，进而增加赛车的速度。

不过现在的循迹控制系统可不是那产简单，随着电子技术的进步，现在的电脑可以做出较过去更顺畅的循迹系统，保持在最大靡擦力的边缓，得到最佳的引擎动力运用，以最近Coulthard对这项系统所做的评论为例，他说：循迹控制不止有在慢速弯道中有帮助，在高速弯中也有所助益，系统不只会在打滑的时候做出补偿的动作，就当车辆正开始滑的时就会出现，过去要以时速120MPH半油门方式过的弯，搭载循迹系统之后，可以125MPH全油门方式通过设计的具体实现1．系统概述简单介绍系统设计思路与总体方案的可行性论证，各功能块的划分与组成，全面介绍总体工作过程或工作原理。

1.小车控制及驱动单元的选择此部分是整个小车的大脑，是整个小车运行的核心部件，起着控制小车所有运行状态的作用。

通常选用单片机作为小车的核心控制单元，本文以台湾凌阳公司的SPCE061A单片机为例予以介绍。

SPCE061是一款拥有2K RAM、32KFlash、32 个I/O 口，并集成了AD/DA功能强大的16位微处理器，它还拥有丰富的语音处理功能，为小车的功能扩展提供了相当大的空间。

只要按照该单片机的要求对其编制程序就可以实现很多不同的功能。

小车驱动电机一般利用现成的玩具小车上的配套直流电机。

考虑到小车必须能够前进、倒退、停止，并能灵活转向，在左右两轮各装一个电机分别进行驱动。

当左轮电机转速高于右轮电机转速时小车向右转，反之则向左转。

为了能控制车轮的转速，可以采取PWM调速法，即由单片机的IOB8、IOB9输出一系列频率固定的方波，再通过功率放大来驱动电机，在单片机中编程改变输出方波的占空比就可以改变加到电机上的平均电压，从而可以改变电机的转速。

左右轮两个电机转速的配合就可以实现小车的前进、倒退、转弯等功能。

2.小车循迹的原理这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，通常采取的方法是红外探测法。

红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。

单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。

红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过15cm。

对于发射和接收红外线的红外探头，可以自己制作或直接采用集成式红外探头。

（1）自制红外探头电路如图1所示，红外光的发送接收选用型号为ST168的对管。

当小车在白色地面行驶时，装在车下的红外发射管发射红外线信号，经白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信号，那么图中光敏三极管将导通，比较器输出为低电平；当小车行驶到黑色引导线时，红外线信号被黑色吸收后，光敏三极管截止，比较器输出高电平，从而实现了通过红外线检测信号的功能。

将检测到的信号送到单片机I/O口，当I/O口检测到的信号为高电平时，表明红外光被地上的黑色引导线吸收了，表明小车处在黑色的引导线上；同理，当I/O口检测到的信号为低电平时，表明小车行驶在白色地面上。

此种方法简单，价格便宜，灵敏度可调，但是容易受到周围环境的影响，特别是在图1较强的日光灯下，对检测到的信号有一定的影响。

（2）集成式红外探头可以采用型号为E3F－DS10C4集成断续式光电开关探测器，它具有简单、可靠的工作性能，只要调节探头上的一个旋钮就可以控制探头的灵敏度。

该探头输出端只有三根线（电源线、地线、信号线），只要将信号线接在单片机的I/O口，然后不停地对该I/O口进行扫描检测，当其为高电平时则检测到白纸，当为低电平时则检测到黑线。

此种探头还能有效地防止普通光源（如日光灯等）的干扰。

其缺点则是体积比较大，占用了小车有限的空间。

3.红外探头的安装在小车具体的循迹行走过程中，为了能精确测定黑线位置并确定小车行走的方向，需要同时在底盘装设4个红外探测头，进行两级方向纠正控制，提高其循迹的可靠性。

这4个红外探头的具体位置如图2所示。

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。

2．单元电路设计(或仿真)与分析详细介绍各单元电路的选择、设计及工作原理分析、仿真，并介绍有关参数的计算及元器件参数的选择等。

（1）寻迹的实现小车在前进时，要实现寻迹功能，可以采用高灵敏度的反射式光电传感器TCRT5000对地面进行扫描，再将采集到的数据经过比较器后输出高低电平，最后送入单片机处理。

经过对一只TCRT5000 的测试，发现TCRT5000 接收管输出端的低电平输出大致为0.78V，高电平的输出大致为2.85V,经过比较器后输出低电平为0.03V,高电平为3.26V,能够被单片机所识别。

（2）驱动电机及车型的选择我们选择了12V 的直流减速电机作为驱动电机。

经过测试，该电机在7V 供电时能够达到90 转每分，小扯车轮直径为6cm，所以，小车能够达到足够快的速度。

考虑到小车要能够比较迅速的转向，所以我们最终选择了前轮为万向轮，后轮两轮驱动的车型。

3．电路的安装与调试介绍电路安装调试过程中所遇到的主要技术问题，给出现象记录、原因分析、解决措施及效果，详细介绍电路的性能指标或功能的测试方法、步骤、仪器设备、记录的图表和数据。

（1）测试仪器：示波器，电源，万用表。

测试方法：采用模拟电路由前端到后段，数字电路先仿真再试测，先逐个模块测试再整体调试的办法。

（2）寻迹采集模块测试：用万用表分别测量光电传感器接收端的输出电压值以及经过比较器后的电压值，其值如表6-1 所示：表TCRT5000 输出的电压测量传感器1 2 3 4 5 6 7传感器光接收端电压(V)高电平2.85 2.85 2．83 2．89 2.90 2．88 2.86低电平0.76 0.67 0.59 0.66 0.89 0.74 0.86比较器输出端电压（V）高电平3.19 3.23 3.20 3.18 3.18 3.21 3.19低电平0.05 0.07 0.07 0.08 0.09 0.07 0.07四．心得体会、存在问题和进一步的改进意见等通过本次实验，无论是在什么上都有很大的提高，这使我们经历了一个设计从方案提出到确定，到最后的调试出实物，看到效果。

在这个过程中收获巨大。

通过实验，我们提高了自学能力，并进一步提高了对本专业的兴趣。

本次实验对自己的信心也有很大提高，在以后的学习中，我们会再接再厉。

实验结束了。

这次设计为今后的学习工作增添了新的一页。

这段经历对我们来说是一笔宝贵的财富，谢谢老师对我门的指导，谢谢同学给我们的帮助。

在以后的学习工作中，我们一定会将今天所学习到的知识应用于生产实践中，创造社会价值。

五．附录元器件明细表六．参考文献1] 谢自美. 电子线路设计、实验、测试（第三版）[M ]. 武汉：华中科技大学出版社，2006.8[2] 沈建华.MSP430 系列16 位超低功耗单片机原理与应用[M] . 北京:清华大学出版社，2004.11[3] 张桂香，单片机现场应用中的几个技术问题[B].湖北：华中科技大学出版，2007.6[4] 石东海主编. 单片机数据通信技术从入门到精通[M] . 西安:西安电子科技大学出版社，2000.7[5] 吴金戍.沈庆阳,郭庭吉. 8051 单片机实践与应用[M].山东：山东大学出版社，2003.4。