復雜路線下機器人的三點三輪尋跡系統

引 言
智能尋跡機器人是一種被廣泛研究的機器人，而且國內外都有許多重要的比賽都以尋跡機器人為核心展開，如我國的“飛思卡爾”杯全國大學生智能車大賽，以及吸引亞太地區眾多國家參賽的亞廣聯(ABU)機器人大賽等。
所謂的復雜路線，即由小半徑彎道、各種角度折道、直道等組成的不規則導引線，它是相對由大半徑彎道組成、過渡平滑的簡單路線而言的。筆者所設計的尋跡機器人小車，以AT89C52單片機為控制芯片，采用自制的3個紅外光電傳感器，以簡單的設計、較低的成本實現了復雜路線下機器人的自主尋跡。

1 硬件及電路
1．1 控制芯片
考慮到實用性和性價比，采用AT89C52單片機作為機器人的控制芯片。AT89C52是美國Atmel公司生產的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內含8 KB的可反復擦寫的只讀存儲器(PEROM)和256B的隨機存取數據存儲器(RAM)，32個I／O口線，3個16位定時／計數器，1個全雙工串行通行口。器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產，與標準MCS-51指令系統及8052產品引腳兼容。
1．2 傳感器模塊
作為尋跡機器人的“眼睛”，選擇合適的傳感器是關鍵。目前市面上可選用的傳感器主要有CCD傳感器和紅外光電傳感器兩種。近年來CCD傳感器技術已趨成熟，在近幾屆“飛思卡爾”杯智能車大賽上，采用CCD傳感器的智能車越來越多，并取得了不錯的成績。不過，CCD傳感器價格較高，體積較大，數據處理相當復雜，因此在按既定路線行走的尋跡機器人設計中，紅外光電傳感器以其體積小、價格低、數據處理簡單而顯得更有優勢。
紅外光電傳感器由1個紅外發射管和1個光敏二極管組成。工作時，紅外發射管發射的紅外光被被測表面反射回來，光敏二極管接收被反射光。由于被測表面的材質不同，反射率也不一樣。當被測表面為白色時，反射光較強，光敏二極管將導通；反之，被測表面為黑色時，光敏二極管將截止。考慮到外界環境光照等干擾因素，輸出的電壓值有一定的波動范圍，若直接輸給單片機，可能導致檢測判斷錯誤。因此，需要將輸出電壓通過比較器(LM324)與預置的閾值電壓比較，然后得出一個高低電平輸給單片機。閾值電壓通過試驗測量得出，其電路如圖1所示。其中LED為傳感器工作指示燈，R1為閾值電壓調節電阻。

根據上述電路，自制了3個簡易的紅外光電傳感器。經測試表明，性能良好，有效檢測距離為1～4 cm，滿足機器人尋跡的要求。