基于51单片机的智能循迹小车设计(2)

的变化值经过比较器就可以输出高低电平。但是这种方案受光照影响很大，不能够稳定的工作

方案三、采用TK-20黑白线检测传感器

在本设计中，要求电动小车沿着路面的黑色轨道行驶。其探测路面黑线的基本原理：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸对光的反射系数不同，可以根据接收到的反射光强弱来判断是否是黑线。利用这个原理，可以控制电动小车行走的路迹。

根据黑色和白色路面对光的反射程度不同，白色反射程度强，而黑色反射程度弱。我们采用TK-20黑白线检测传感器，其有效探测距离达5cm。通过调节电位器，最远可以达到10cm，受可见光干扰小，输出信号为开关量，信号处理简单，使用非常方便。

使用注意注意事项：

（1）该传感器为开关量传感器，输出为TTL电平，可以直接和单片机连接，但需要在输出端加上拉电阻。（如不加上拉电阻会出现不规则电平输出）。

（2）一定不要把线接错，否则容易烧掉传感器 4、避障模块

考虑到在测障过程中小车车速及反应调向速度的限制，小车应在距障碍物一定范围内做出反应，这样在顺利绕过障碍物后，可寻找到最佳的位置和方向。否则，如果范围太大，则可能产生对障碍物的判断失误；范围过小又很容易造成车身撞上障碍物或虽绕过障碍物却无法实现理想定向。根据上述要求，提出以下方案。

我们想到采用激光传感器探测障碍物。该传感器能非常准确地测

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出障碍物的存在，但价格高，处理复杂，不符合该设计的要求。

在本设计中，要求电动小车沿着路面的黑色轨道行驶。其探测路面黑线的基本原理：光线照射到路面并反射，由于黑线和白纸对光的反射系数不同，可以根据接收到的反射光强弱来判断是否是黑线。利用这个原理，可以控制电动小车行走的路迹。此次设计我们采用光电传感器探测障碍物。光电传感器安装于小车前端，在规定的检测距离内，当探测到障碍物时，光电传感器给出信号至单片机，单片机检测到该信号后，调整小车的方向，以控制小车准确地绕过障碍物，而且避免因小车自然转弯而导致的盲目方向控制，能避免电路的复杂性。

在系统中要进行动态显示遇障次数。一种方法是采用LCD1602液晶显示器。另一种方法是采用数码管显示。LCD具有功耗低，抗干扰能力强的特点。不紧可以显示数字、字符，而且可以显示汉字和图形，但由于显示内容不多，与数码管相比LCD在大小和形状不够灵活，而且LED数码显示价格便宜，使用寿命长。因此，本设计采用LED数码管显示。

5、电动机驱动模块

方案一、采用继电器控制电机。

采用继电器对电机的开或关进行控制。通过开关的切换对小车的速度进行调整.此方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢,易损坏,寿命较短,可靠性不高

方案二、采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生较大扭力。采用左右两轮分

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别驱动，后万向轮转向的方案。左右轮分别用两个转速和力矩基本相同的直流电机进行驱动，车体尾部装一个万向轮。这样，当两个直流电机转向相反同时转速相同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松的实现小车不同角度的转弯。

为了电路设计简单，采用电机专用驱动芯片L298，其驱动电流大，瞬时电流最高可达2A，为电机驱动专门设计，工作稳定可靠。

L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。

L298可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46 V。输出电流可达2．5 A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。

根据直流电机稳态运行方程式： U＝CeФN＋RaIa

其中:Ф为电机每极磁通量； Ce为电动势常数； N为电机转数； Ia为电枢电流； Ra电枢回路电阻。

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电机转数N为0，电机的电流急剧增加，时间过长将会使电机烧坏。但电机起动时，电机中线圈中的电流也急剧变大，因此我们必须把这两种状态分开。长延时电路可把这两种状态区分出来。长延时电路工作原理：当Rs1过流U5A产生一个负脉冲经过微分后，脉冲触发555的2脚，电路置位，3脚输出高电平，由于放电端7脚开路，C1，R5及U6A组成积分器开始积分，电容C1上的充电电压线性上升，延时运放积分常数为100R5C1。当C1上充电电压，即6脚电压超过2／3 VCC，555电路复位，输出低电平。电机启动时间一般小于0．8 s，C1充电时间一般为0．8～1 s。U5A输出电平与555的3脚输出电平经U7相或，如果U5A输出低电平大于C1充电时间，U7在C1充电后输出低电平由与门U8输入到L298的6脚ENA端使电机停止。如果U5A的输出电平小于C1充电时间，6脚不动作电机的正常启动。长延时电路吸收电机启动过流电压波形，从而使电机正常启动。

L298内部同样包含4通道逻辑驱动电路。图2是其引脚图：

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图2

1、15脚是输出电流反馈引脚，在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。图3是其与51单片机和直流电机连接的电路图。

图3

四、电路原理图及硬件调试

在安装时我们保证两个驱动电机同轴，当小车前进时，左右两驱动轮与后万向轮形成了三点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳，可以避免出现后轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心的偏移，后万向轮起支撑作用。

1、原理图的绘制和注意事项

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