基于AT89C51智能循迹小车设计

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摘 要

智能循迹小车采用光电传感器识别白色路面的黑色轨迹导引线，本文采用AT89C51作为核心控制器，利用红外发射对管实现对轨迹的检测，并将轨迹信号转换为数字信号被单片机进行处理和分析，采用PID算法进行电机的旋转控制，实现小车前进、后退、左转和右转的功能，该系统电路简单，性能稳定，可靠性高。

【关键词】循迹 智能控制 单片机 光电传感器

电子技术的发展，使得智能控制系统越来越多的走入生活和生产，智能控制产品在导航、运输、生活生产等有了广泛的应用。智能循迹小车融合了机械控制、电子系统、传感技术等各方面的技术于一体，具有识别、判断等智能机制，在发挥着越来越重要的作用。本文采用AT89C51作为核心控制处理器，结合光电传感器设计了能够自动寻找判断白色路面的黑色轨迹的自动循迹小车。

1 系统整体方案设计

系统采用AT89C51作为核心控制器，利用红外传感器发射和接收信号，并对接收到的信号进行处理和分析，实现对路面颜色的自动识别，并通过电机驱动模块控制电机的旋转来控制小车的前进、后退、左转和后转等动作。系统采用5路红外传感器，每一路发送和接受一个信号，用来识别路面的黑色导引线，并判断小车轮子所在的位置。单片机在接收到相应信号后，根据预先设定的算法进行分析和判断，实现对小车左右车轮的分别控制。

2 系统电路模块设计

系统主要使用的电路模块有光电传感器电路模块、单片机控制模块、电机驱动模块等。

2.1 光电传感器模块

光电传感器利用不同地面颜色对光线反射情况的不同，实现对白色路面和黑色导引线的区分，这种方法稳定性好、灵敏度高、受外界干扰较小，适合绝大部分的工作环境。光电传感器按照一字型均匀排列，在小车运行时，使光电传感器处于黑色导引线上方位置，实现对白色路面和黑色导引线的检测。

2.2 单片机控制模块

单片机控制模块采用AT89C51作为核心控制处理器，只需要连接简单的电路便可以进行正常工作，电路主要有晶振电路，电源电路等。整个系统中不同电路模块需要的工作电压和电流容量各不相同。单片机控制其需要提供5V的工作电压，电机运行需要的的电压为9V，采用LM7805将外部9V电源转换为5V为单片机控制器提供电源。

2.3 电机驱动模块

小车电机采用直流电机，控制方法简单，驱动电路采用L298N作为电机驱动芯片，L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。该芯片能承受较高电压和电流，可以直接对电机进行控制，中间无需外接任何隔离电路。利用单片机I/O口控制L298N芯片控制端电平，可以实现控制电机转向和起停等动作，在速度控制方面可以采用PWM调速的方法实现对电机速度的控制。

3 系统软件设计

在智能循迹小车控制的过程中，需要选择合理的控制方法实现对小车电机转向的控制，本系统采用PID算法实现小车的自动控制功能。

智能循迹小车采用排列的5个光电传感器作为信号采集系统，在采集后将信息传递给单片机控制器，每个光电传感器收集一个状态信息，共有5位状态信息，分别工作单片机I/O口传入单片机共后续处理和分析使用。

PID算法是控制策略算法，算法简单，鲁棒性好被广泛应用在自动控制领域。本系统采用PID增量式算法实现对小车运动状态的控制。在增量式算法中比例项与积分项的符号有以下关系：如果被控量继续偏离给定值，则这两项符号相同，而当被控量向给定值方向变化时，则这两项的符号相反。

系统通过对路面颜色信息的采集，实现不同状态量的存储与对比分析。当光电传感器偏离黑色导引线的状况下，算法会发现传感器收集数据不满足小车运行路线需求，进而控制电机旋转，使小车进入正常的轨迹中。若是遇到黑色导引线转弯，则控制左右电机进行不同方向或速度的旋转，实现小车转弯的动作。若是遇到交叉导引线的情况，则设定小车直行，直到交叉导引线结束，结束后如果存在黑色导引线信号，则按照导引线控制继续运行，如果是遇到无黑色导引线，则让小车后退并进行一定方向的偏转，直到循迹到黑色导引线。通过这样的设定会判断道路交叉情况和小车与道路垂直运行两种情况并进行正确处理。

4 系统测试

系统测试采用白色地面和黑色导引线的方式进行，黑色导引线宽度小于光电传感器排列的间距，测试表明，在日常光照条件下，小车能够正常执行前进、后退、左转和右转各项任务。

在直行道路上工作时，小车运动状态转换较好，在弯道运行时，小车相应花费的时间要长一些。导致这个现象出现的原因是由于弯道的曲率变化给小车的循迹调整带来了比较大的影响，对应消耗的调整时间也比起于直道的测试过程要长些。

5 总结

智能循迹小车在通过光电式传感器采集路面信息后，经过单片机微处理器进行信号的分析与处理，控制电机旋转状态，实现小车运动方向和速度的控制。该系统经扩展后可以应用在运输、仓储、交通控制甚至深度学习等领域，能够有效提升相应的自动控制水平，对生产效率的提升具有较好的效果。

参考文献

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[4]胡媛媛，邓世建，王书婧.基于红外光电传感器的智能寻迹小车设计[J].电子设计工程，2011（07）.

作者单位

永城职业学院 河南省永城市 476600