基于單片機(jī)的光電循跡小車(chē)設(shè)計(jì)

文/楊賢聰

1 光電循跡小車(chē)硬件結(jié)構(gòu)

循跡原理設(shè)計(jì)：使用三個(gè)紅外發(fā)射與接收對(duì)管，其中一只安置于設(shè)計(jì)的循跡軌道中，另外兩個(gè)分別位于中間光電管的兩側(cè)，若小車(chē)行駛脫離了循跡軌道，將會(huì)使得兩側(cè)的光電管中的一側(cè)檢測(cè)到黑線，由設(shè)計(jì)的程序做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向動(dòng)作，使之中間的紅外管重新檢測(cè)到黑線，此時(shí)恢復(fù)正常直線行駛。

光電循跡小車(chē)主要由STC89C52RC單片機(jī)、HJIR1循跡功能單元、L298N驅(qū)動(dòng)模塊、電機(jī)兩個(gè)、對(duì)應(yīng)電源等構(gòu)成。

循跡模塊的原理為紅外探測(cè)法，具體為利用紅外線對(duì)不同顏色的物體產(chǎn)生不同的反射系數(shù)的原理。紅外管在運(yùn)行中不停地向地表發(fā)生紅外線，由于小車(chē)行駛在白色的既定地面，當(dāng)其正對(duì)著地面之時(shí)，白色地面會(huì)產(chǎn)生漫反射，使光電接收管能有效接收到紅外信號(hào)，當(dāng)其正對(duì)著黑色循跡線時(shí)，紅外線則被黑線吸收而使得鄰近的光電接收管不能接收紅外信號(hào)，通過(guò)LM393比較器以采集高電位或低電位，如圖1所示。

對(duì)于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，我們采用H橋式驅(qū)動(dòng)電路，L298N模塊集成了所需要的H橋電路結(jié)構(gòu)，我們可以利用它來(lái)進(jìn)行對(duì)電機(jī)的控制。單片機(jī)普遍具有PWM信號(hào)功能，利用PWM實(shí)現(xiàn)對(duì)L298N的信號(hào)控制，進(jìn)而控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

具體的電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示，我們使用的是一個(gè)L298N模塊對(duì)兩個(gè)主動(dòng)輪的電機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)交換電機(jī)的兩極電位以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，改變電平可以實(shí)現(xiàn)其啟動(dòng)或停止，正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。

2 程序設(shè)計(jì)

光電循跡小車(chē)的控制核心為STC89C52RC單片機(jī)，通過(guò)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行C語(yǔ)言的編輯和燒寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)其邏輯控制功能。我們使用C語(yǔ)言和結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)思路來(lái)完成。紅外管的具體邏輯為：光電接收管接收到紅外反射信號(hào)，與之對(duì)應(yīng)的發(fā)射管端口會(huì)形成高電位；反之當(dāng)光電接收管接收不到發(fā)出的紅外信號(hào)，即此時(shí)正對(duì)著黑色循跡軌線，與之對(duì)應(yīng)的發(fā)射管端口為低電位?？傮w程序設(shè)計(jì)示意圖如圖3所示。

循跡小車(chē)在芯片的控制之下能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)控制功能：若使能端口enA為高電位，給芯片的管腳IN1給予低電位而IN2為高，此時(shí)控制電機(jī)為正向轉(zhuǎn)動(dòng)。反之，IN1高電位IN2低電位，反向轉(zhuǎn)動(dòng)；兩者同時(shí)為低電位，停止轉(zhuǎn)動(dòng)工作。

3 結(jié)束語(yǔ)

光電循跡小車(chē)原理雖然簡(jiǎn)單易懂，也很容易制造，且成本低廉，然而其卻是更為智能化與精確的自動(dòng)駕駛小車(chē)的基礎(chǔ)技術(shù)與靈感來(lái)源，通過(guò)改進(jìn)升級(jí)光電循跡小車(chē)的性能與智能程度，可以為未來(lái)的自動(dòng)駕駛技術(shù)提供參考，并未來(lái)應(yīng)用于更為智能的智能家居設(shè)備或其他消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品。除此之外，光電循跡小車(chē)的設(shè)計(jì)靈感與理論基礎(chǔ)還可用于更多的方面，因此改進(jìn)升級(jí)光電循跡小車(chē)具有更為深遠(yuǎn)的意義與影響。

圖1：循跡傳感器原理圖

圖2：直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

圖3：程序流程圖