嵌入式小车循迹控制系统

《装备制造技术｝２０１２年第５期　嵌入式小车循迹控制系统　徐健　（贵州工业职业技术学院电子与信息工程分院，贵州贵阳５５０００８）　摘要：本设计是针对２０１０年全国职业院校技能大赛而设计的探月车循迹控制系统，以￥３Ｃ２４４０作为小车的控制核心　部分。采用Ｐ，．ＰＰ，．２２０红外反射式光电传感器作为小车的循迹模块，利用ＰＷＭ来驱动电机控制小车的速度。最后实验　结果表明小车能按照控制要求平稳快速的循黑色轨迹运行，并具有结构简单，容易实现等的特点。　关键词：￥３Ｃ２４４０；循迹控制；红外反射　中图分类号：ＴＰ２３３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７２—５４５Ｘ（２０１２）０５一ｏ０５３—０２　月球车循迹控制模块总体框图，如图１所示（比　行走路线。红外探测器探测距离有限，一般最大不应　赛还要完成图像采集与无线传输，这里是其中循迹　超过１５　ｅｍ。红外光的发送接收，选用型号为ＲＰＲ２２０　功能），采用ＡＲＭ９芯片￥３Ｃ２４４０为主控芯片，通过　的对管。其循迹模块如图２所示。　单片机来控制电机和读取并处理编码信息，ＡＲＭ９与　单片机之间，通过串口通信来控制所输出的ＰＷＭ参　数和读取单片机处理后的当前速度值【”。　图２　循迹电路图　图１　系统总体框图　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　１　硬件设计　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　１．１主控芯片　线时，红外线信号被黑色吸收后，光敏三极管截止，　￥３Ｃ２４４０采用ＡＲＭ９２０Ｔ的ＲＩＳＥ处理器，０．１３　比较器输出高电平，从而实现了通过红外线检测信　ｍ的ＣＭＯＳ标准宏单元和存储器单元，ＡＲＭ９２０Ｔ　号的功能。　实现了ＭＭＵ、ＡＭＢＡ、ＢＵＳ和Ｈａｒｖａｒｄ高速缓冲体系　将检测到的信号送到单片机Ｉ／Ｏ口，当Ｉ／Ｏ口检　结构，具有独立的１６ＫＢ指令Ｃａｃｈｅ和１６ＫＢ数据　测到的信号为高电平时，表明红外光被地上的黑色　Ｃａｃｈｅ，同时提供一套完整的通用系统外设［２１。　引导线吸收了，表明小车处在黑色的引导线上；同　１．２循迹模块　理，当Ｉ／Ｏ口检测到的信号为低电平时，表明小车行　采取红外探测法，利用红外线在不同颜色的物　驶在白色地面上。　体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过　此种方法容易受到周围环境的影响，对检测到　程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色　的信号有一定的影响。为消除其影响，制作好以后，　纸质地板时，发生漫反射，反射光被装在小车上的接　将赛车放置赛道白色区域，用万用表读取白色的信　号输出（大概为１　Ｖ左右），同理，将传感器放置黑线　收管接收；如果遇到黑线，则红外光被吸收，小车上　上，读取黑点值（大概为４　Ｖ左右）。８个传感器依次　的接收管接收不到红外光。单片机就是否收到反射　检测一遍，以确保所有传感器都工作正常，并根据实　回来的红外光为依据，来确定黑线的位置和小车的　际检测结果设定一个阈值电压，用以区分黑白。调节　收稿日期：２０１２－０２—０４　作者简介：徐健（１９８３一），女，贵州安顺人，讲师，硕士，主要从事工业控制技术方面的研究。　５３　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｍａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．５，２０１２　电位器，同时检测比较器上参考电压的值，使赛车能　够很好地区分被测物体的黑白（大概为３　４　Ｖ）。　２．３电机驱动模块　采用常用的Ｈ桥电机驱动芯片ＢＤ６２２５驱动小　车电机，￥３Ｃ２４４０通过串口通信通过单片机产生　ＰＷＭ波来调整直流电机的电压从而控制小车的转　速，ＰＷＭ由一系列占空比不同的矩形脉冲构成，　ＰＷＭ波的占空比越大，产生的电压越高，通过其比　的变化调整电机电压，以致使电流发生变化从而可　以很好地控制电机的转速［３１。　图３　程序流程图　２　软件设计　在月球车循迹行走过程中，为了能精确测定黑　程序设计主要用到以下几个函数：　ｒｅａｄ（ｆｄ—ｓｅｎｓｏｒ，＆ｓｅｎｓｏｒＤａｔａ，ｓｉｚｅｏｆ（ｕｎｓｉｎｅｄ　ｇｃｈａｒ））；　读取传感器信息　ｃａｌｃ—线位置，并确定小车行走的方向和速度的控制，根据　计算出小车偏移黑线值和在黑线上的传感器数目　比赛黑线的宽度，在小车底盘并排装设８个红外探　ｅａｌｅｍｏｔｏｒ（ｐＭｏｔｏｒ＿Ｌ，ｂｉａｓＶａｌｕｅ）；根据目标位置　测头，在电路板制作过程中，根据实际需要调整了红　做调整算法　ｃａｌｃｍｏｔ外探测头之间的距离，使得小车在黑线行驶时确保　ｏｒ（ｐＭｏｔｏｒ＿Ｒ，ｂｉａｓＶａｌｕｅ）　程序首先通过读函数读取传感器采集到的信　刚好有２个探头在黑线上（当中间２个探头在黑线，　根据传感器参数计算出小车方向，小车偏移的黑　可以使小车以最快速度向前行走），提高其循迹的可　息，线值和在黑线上的传感器数目，通过这些信息计算　靠性。　出小车的行驶方向，通过调整算法使小车以最快的　小车行走时，为了保证小车始终在８个探头的　速度行驶在准确的方向上。　其中２个下面，程序设计过程中，定义了一个数组　＿＿ｓｅｎｓｏｒ（ｓｅｎｓｏｒＤａｔａ，＆ｂｉａｓＶａｌｕｅ，＆ｂｌａｃｋＳｕｍ）；　ｅｏｎｓｔ　ｕｎｓｉｇｎｅｄ　ｃｈａｒ　ｔａｂｌｅ［７］＝｛Ｏｘ３ｆ，０ｘ９ｆ，０ｘｃｆ，　０ｘｅ７，０ｘｆｃ，０ｘ　，Ｏｘｆ３１，　３结束语　比赛结果表明本设计具有结构简单，容易实现　包含进来，例如：当小车处于８个探头的中间２个行　等的特点。小车能按照控制要求平稳快速的循黑色　驶时（Ｏｘｅ７），根据算法使小车行驶速度达到最快；当　轨迹运行。　采集到传感器信号值为０ｘ３ｆ时，表示小车偏离正中　　心处于靠右，这时根据算法不断调整小车行走方向和　参考文献：这个数组是把小车能在两个探头下行驶的情况　１】徐玮，沈建良．单片机快速入ｆｌ［Ｍ］．北京：北京航空航天大　速度，通过不断的修正，最后使小车处于正中央行驶　【同时保持最快速度行驶。图３是循迹程序的流程图。　学出版社。２００８．　［２］马忠梅．ＡＲＭ＆Ｌｉｎｕｘ嵌入式系统教程【Ｍ】．北京：北京航空　航天大学出版社，２００４．　【３张黄鹏．智能循迹小车的研究［３］Ｊ］．科技向导，２０１１，（３２）：　１１６－ｌ】７．　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｔｒａｃｋｉｎｇ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ＸＵ　Ｊｉａｎ　（Ｄｅｐｔ．ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ＆Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｇｕｉｙａｎｇ　５５０００８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｌｕｎａｒ　ｒｏｖｅｒ　ｏｆ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｎａｄｏｎａｌ　ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　ｃｏｌｌｅｇｅ　ｓｋｉｌｌ　ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎ　ｏｆ　２０　１　０　ｙｅａｒ．Ｔｈｅ￥３Ｃ２４４０　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｏｒｅ　ｏｆ　ｖｅｈｉｃｌｅ，ｔｈｅ　ＲＰＲ２２０　ｗｈｉｃｈ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｓｅｎｓｏｒ　ｉｓ　ａｄｏｐｔｅｄ　ａｓ　ｔｈｅ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｍｏｄｕｌｅ　ｏｆ　ｖｅｈｉｃｌｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｔｏｒ　ｉｓ　ｄｒｉｖｅｎ　ｂｙ　Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　ｖｅｈｉｃｌｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｈｅ　ｖｅｈｉｔｃｌｅ　ｃａｎ　ｔｒａｃｋ　ｔｈｅ　ｂｌａｃｋ　ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ　ｆａｓｔ　ａｎｄ　ｓｔｅａｄｙ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｈａｓ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｓｉｍｐｌｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｂｅｉｎｇ　ｅａｓｙ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：￥３Ｃ２４４０；Ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｉｎｆｒｒｅｄ　ｒａｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　５４