简易自动入库智能小车

摘要：采用单片机AT89C51作为简易入库小车的检测和控制核心。车库黑圈和路面引导白线检测使用反射式红外传感器，车速和距离检测使用断续式光电开关，引导光源检测采用光敏电阻阵列。基于自动控制原理，采用高效的H型PWM电路动态控制电机的转速和转向；控制系统与电路用光电耦合器完全隔离以避免干扰。添加电子罗盘模块后可使小车的环境适应性更强。添加状态标志模块后，行驶过程中有声光提示，使得本设计更趋人性化。 关键词：智能小车寻迹寻光入库 系统设计

简易入库小车，根据题目要求，系统可以划分为控制部分和信号检测部分。其中信号检测部分包括：光源探测模块、路程测量模块、路面检测模块、方向检测模块；控制部分包括：电机驱动模块、控制器模块、状态标志模块。模块框图如图所示。为了实现各模块的功能，分别做了几种不同的设计方案并进行了论证。

控制模块

方案一：选用PIC、或AVR、或凌阳SPCE061A等作为控制核心；这些单片机资源丰富，可以实现复杂的逻辑功能，功能强大，完全可以实现对小车的控制。但对于此题目而言，其有时得不到体现，成本也稍高，有点资源浪费。

方案二：采用单片机AT89C51作为系统控制器方案。运算能力强。软件编程灵活、功耗低、技术成熟和成本低。 基于以上分析，拟选用方案二。 光源探测

本体要求小车在光源引导下，进入车库。光源探测模块的功能主要是引导小车朝光源行驶。

方案一：采用红外温度感应器件。用此可较为准确地寻找不远处的100W白炽灯。但是，如此一来，电路实现较为复杂。

方案二：采用多光敏电阻阵列。对每个光敏电阻状态进行编码，由此确定小车的转向。

考虑到实现的方便性，我们采用方案二。 路面检测

路面检测模块实现小车进入白色车库、不压黑线、和沿白色引导线行驶。探测路面黑圈和白色引导线的基本原理：光线照射到路面并反射，由于黑和白对光的反射系数不同，所以可以根据接收到的反射光强弱来判断黑白。

方案一：采用光敏传感器。由于其他光源影响（特别是白天），会造成误判或漏判，效果不会很好。

方案二：采用反射式红外发射—接受对管。为增强抗干扰能力，增加了脉冲调制功能。对管的个数有3个。在车头左、中、右各装一对管。 本系统采用方案二。 电机驱动模块

方案一：采用步进电机，电脉冲驱动。改变脉冲频率调速，改变相序实现正反转。此方案可以轻松实现前进距离、转向、角度控制、制动定位等功能。但两个轮子电机参数不易匹配，并且加大系统复杂程度。

方案二：采用直流电机，H型脉冲宽度调制（PWM）桥式驱动电路。此方式调速功能较好，可灵活正、反转，在原地旋转。 本系统采用方案二。 电源

方案一：采用单一电池电源供电。这样供电比较简单；但是由于电动机启动瞬间电流较大，而且PWM驱动电动机电流波动较大，会造成电源电压不稳，可能造成传感器误检测，甚至单片机程序跑飞、复位等异常现象。

方案二：双电源：将电机驱动电源与控制系统电源分开，光电耦合连接。提高系统的稳定性。 本系统采用方案二。

方向检测

最简易情况：小车的起始位置位于中间车库轴线下，2米横线中间位置，可以根据几何原理直接计算到达各个车库需要偏转的角度、前进距离和到达车库后的调整车头的旋转角度。从而完成任务。

如果小车在2米横线任意位置，要实现到达后小车车头方向为正西方向，车身与圆形车库的纵轴对齐，可有几种方案。

方案一：使用图像识别导引。对小车行驶区域的环境进行图象识别，实现智能行驶。但实现难度较大，成本高。

方案二：光源检测和路面检测结合法。由光源检测模块探测到光驱，并驱使小车以直线方式靠近光源。由路面检测模块检测到车库黑线时停止，小车就进行寻迹动作：确定转向，沿着黑线行驶，同时仍进行光源检测。当与车身垂直的光敏元件检测到灯光的时候，小车处于圆形车库正西方向处。然后小车转向90度，车围朝向光源倒退30cm（车库半径，可用光敏传感器测距或者添加路程计算模块），即到达车库中心。车头正西、车身与圆形车库纵轴对齐。

此方案可以不用添加其他装置模块，即可实现。但是编程相对复杂。暂未实现。 方案三：使用电子罗盘（指南针电路）

由于本题的车库纵轴方向为正东方向，可以使用指南针电路实现小车的方向识别。

自己制作：可以采用传统的指南针，加霍尔元件（如UGN3503型霍尔器）。由于磁偏角的存在，以及制作等因素，精度不高。

采用商品：此类电子罗盘商品大多采用Honeywell磁阻传感器制成，价格较贵（从几十到几百元不等）。但易于集成、定位精度高、环境适用性强。如上海直川开发的ZCC211N-232 特小型低成本电子罗盘，输入电压低，功耗小，体积仅有一元硬币大小，很适用于小车方向定位。

路径规划：

小车在原地打转，用光敏电阻阵列探测光源位置。

车头转向。方向由光敏电阻阵列确定。如果为小车东南方灯光亮，小车转向正南方。方向由电子罗盘确定。

小车沿2m横线前进。同时用光源检测模块检测光源。光敏电阻阵列可采用正方形阵列，或双层异向排列。

当东西朝向（即小车两侧的）的传感器正中的检测到光源直射时，小车停止。右转90度，车围朝向车库。

倒车2米。即到达车库中心。车头朝西，车身与圆形车库的纵轴对齐。 在前进和倒车途中，使用光敏电阻阵列和电子罗盘确定修正方向，保证精度。倒车距离需要添加路程计算模块。 本系统采用方案三。 路程计算

采用断续式光电开关。借鉴光电鼠标的工作原理，在车轮或车轴上均匀地安装多个遮光条，用计数光脉冲的方法测量小车的位移，并据此计算车子的速度。 系统各个模块的最终方案：

控制模块，采用单片机AT89C51控制； 光源探测模块，采用多光敏电阻阵列；

路面检测模块，采用采用反射式红外发射—接受对管； 电机驱动模块，采用H型脉冲宽度调制（PWM）桥式驱动电路； 电源模块，采用双电源。 方向控制，采用电子罗盘； 路程计算，采用断续式光电开关。 单元电路设计。

引导线白线检测采用反射式红外发射—接受对管

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/zb5p.html