教育機器人小車循跡部分的設計與改進

朱婷+葉俊

摘 要 本設計采用AT89S52單片機作為小車的控制核心；用紅外探測傳感器作為小車的循跡模塊來識別白色路面中央的黑色引導線，采集信號并將信號轉換為能被單片機識別的數字信號；其中軟件系統采用C程序，本設計的電路結構簡單，容易實現，可靠性高。智能化作為現代電子產品的新趨勢，是今后電子產業的發展方向。在許多領域都會應用到尋跡系統，特別在智能物流方面。

【關鍵詞】機器人小車 S52單片機 設計與改進

1 設計目的

在使用原廠QTI循跡傳感器出現了很多問題，為了更準確，快速的達到我們的要求，我們重新設計循跡系統。同時要避免原廠QTI循跡傳感器出現的如下問題：

（1）QTI模塊可識別范圍小。

（2）光照對QTI影響太大

（3）傳感器離地面過低，影響小車正常運行。

（4）傳感器位置難以調節。

（5）傳感器沒有指示燈顯示傳感器狀態。

（6）傳感器的靈敏度無法調節。

（7）傳感器接線過多，故障率高，檢測麻煩。

（8）QTI傳感器體積小，安裝困難。

（9）QTI模塊上的紅外對管功率低，抗干擾能力差。

為了提高智能小車的循跡穩定性，我們決定用ST188紅外對管及設計的一些外圍電路代替廠商提供的QTI循跡模塊，解決原廠提供的QTI模塊可識別范圍小，檢測不穩定，抗干擾能力差，離地間距過高傳感器位置調整困難等問題，

通過自主設計的四路紅外光電傳感器循跡模塊，顯著提高比賽完成速度及可靠性，并能有效排除現場光線干擾問題，小車循跡地圖不平，小車運行抖動導致QTI循跡傳感器誤識別等問題。

2 課題任務分析

在使用廠商提供的QTI傳感器過程中我們遇到了諸多問題，在前面以及描述過，再在此舉出一些特別明顯的缺點說明，也是為了在設計中避免在出現這些問題。

（1）光照對QTI傳感器干擾太強。

（2）要求傳感器的離地太低.

（3）只能通過安裝位置調整傳感器的“0”和“1”的狀態

（4）沒有各個傳感器的指示燈，不知道各個傳感器的狀態

3 理論設計方案

采用ST188紅外光電傳感器，ST188采用高發射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組，檢測距離可調整范圍大，4-13mm可用；運用LM339電壓比較器芯片， 內部裝有四個獨立的電壓比較器，LM339是很常見的集成電路。4個ST188紅外光電傳感器的輸出腳接入4個比較器，與同一個參數（運用20K可調電阻分壓）比較，輸出對應的值。

利用一個可調電阻進行分壓，傳入到比較器與4個ST188紅外光電傳感器傳入的參數進行比較，然后輸出。

接入4個LED 發光二極管，分別于LM339電壓比較器的4個輸出腳相連，用來指示4個ST188紅外光電傳感器的實時狀態。

4 設計電路

在智能循跡小車這個系統中，有如圖1的邏輯順序。

所以我們在設計的時候不能忘記整個智能小車實現的邏輯順序。在理論成立的條件下，就可以開始動手再洞洞板上進行焊接，完成調試所使用的板子。

循跡系統電路圖如圖2。

從電路圖3可以看出當ST188紅外光電傳感器檢測到數據傳到LM339電壓比較器，經過比較器與可調電阻分壓得到的值進行比較，輸出。

當ST188檢測到黑線，對應的LM339電壓比較器輸出腳為低，可以看到指示燈這時會亮；如果檢測為白線指示燈滅。

同時也將比較器的4個輸出腳與單片機連接，將數據交給單片機處理，判斷整個系統的下一步動作。

設計方案說明：

通過可調電阻可以一起連調4個傳感器，可以通過指示燈觀察，不用擔心傳感器的安放位置對靈敏度的影響，更不用擔心安裝位置過低造成的影響其他問題。

5 軟件的設計

系統功能的實現依賴于軟、硬件的協同工作。循跡系統最終返回到單片機的只有“0”和“1”兩個數據。我們可以使用串口查看循跡系統返回的數據。單片機的到數據會采取相應的措施，如果是循跡就會讓電機做出一定的動作，如果是其他的就采取對應措施。

例如循跡系統返回的數據為0 0 1 1，我們知道傳感器檢測到黑線為0，檢測到白線為1，所以此時就為黑黑白白，說明小車已經歪了，需調整。因為正常情況下車身正直為：白黑黑白，既為1 0 0 1，所以小車此時需要往左微調，使車身正對黑線。

6 調試

如圖4所示。

LM339AD是一個運放，在這是當成一個電壓比較器來使用

6 腳的電壓高過7腳的電壓時，運放輸出低（即00端口輸出低）

反之，輸出高電平。

當ST188前面沒有什么反射物的時候，它是不導通的，等于是沒有這個元件。

那么，VCC的電源電壓會經過R2直接給3腳加上一個電源的電壓，就是5V，這個時候，2腳的電壓是由電位器分壓得來的，肯定沒有5V，所以，運放輸出高電平，（即00端口輸出高）。

當ST188前面的可以反射的物體時，紅外反射到接收，CE兩極等于是短路，3腳的電壓就會是0V， 運放輸出低電平， （即00端口輸出低）在調試過長中，我們發現，將電路原理圖中的R5換成20k時紅外光電對管的檢測距離變的很長，礙于小車底盤較低，安裝上循跡模塊后，因傳感器與地面高度很低，無法識別黑線，因此我們最后將R5換成了10k，裝上小車后，能正常檢測黑線。

參考文獻

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