基于紅外光電傳感器的智能尋跡小車設計

摘要：尋跡小車可以看作是縮小化的智能汽車，對智能汽車的研究有一定的借鑒意義。采用飛思卡爾公司的MC9S12DG128B作為核心控制芯片，設計了通過紅外光電傳感器檢測路徑信息的智能尋跡小車。該系統由處理器模塊、路徑識別模塊、電機驅動模塊、舵機驅動模塊、車速檢測模塊、液晶顯示模塊與電源模塊等組成。實際應用表明，該小車可以在專門設計的跑道上快速平穩地實現尋跡功能。
關鍵詞：紅外光電；智能；尋跡；飛思卡爾；MC9S12DG128B

智能汽車又稱為輪式機器人，目前多用在科學探索、工業生產等場合，它是集環境感知、規劃決策、自動行駛等功能于一體的智能化交通工具，是車輛工程、傳感技術、人工智能、自動控制與通信導航等多個學科領域理論技術的交叉與綜合，是未來汽車發展的方向。尋跡小車可以看做是縮小化的智能汽車，它的基本功能是自動識別白色場地中的任意黑色帶狀引導線并快速平穩地跟蹤行駛。目前尋跡小車多使用CCD圖像傳感器路徑識別方案，其優點是控制精細，前瞻距離遠，缺點是成本較高且處理算法復雜。而紅外反射式光電傳感器具有控制簡單、數據處理方便、成本低、安裝靈活方便且不易受可見光的干擾等特點，且完全可以滿足系統需求。本文所述的智能尋跡小車設計思路是由安裝在智能車前端的紅外光電傳感器檢測黑色引導線信息，并將檢測到的路徑信息送往智能小車的控制器，控制器智能分析外部環境，判斷車身與引導線的相對位置，如有偏離則根據算法控制轉向舵機進行方向調整，且處理器通過速度檢測模塊實時獲取小車車速信息并給予驅動電機反饋信號使小車可以快速平穩地跟蹤引導線行駛。本文主要從硬件電路方面對智能小車的設計方案進行分析，并簡單介紹下部分模塊的控制框圖及軟件流程圖。

1 系統設計
智能車系統以單片機作為處理核心，整個系統由路徑識別模塊、電機驅動模塊、舵機驅動模塊、車速檢測模塊、液晶顯示模塊與電源模塊組成，如圖1所示。

其中，路徑識別模塊用來獲取前方路況信息，以供單片機進行處理分析；電機驅動模塊是智能車的動力來源；舵機驅動模塊負責智能車的轉向控制；車速檢測模塊與液晶顯示模塊分別用來檢測與顯示當前車速；電源模塊負責給系統各個模塊提供所需要的電壓。

2 模塊設計
2．1 控制器模塊
系統采用飛思卡爾公司的MC9S12DG128B作為智能小車系統的微處理器，MC9S12DG128B單片機使用16位HCS12內核，擁有豐富的片內資源，具有128 KB Flash、8 KB RAM、2 KB EEPROM，核心運算頻率50 MHz，總線頻率可達32 MHz。MC9S12DG128B有16路A／D轉換，精度最高可設置為10位；有8路8位PWM并可兩兩級聯為16位精度PWM，特別適合用于控制多電機系統，它還具有豐富的I／O接口，支持斷點功能和背景調試模式，完全能夠滿足本設計的需要。