基于光電傳感器的智能尋跡車設計與實現

引 言

智能運輸系統是未來交通運輸系統發展的趨勢，智能汽車在智能運輸系統中扮演著十分重要的角色。作者提出智能尋跡車作為構建未來智能交通運輸系統中重要部分，針對未來交通運輸系統有導航線的環境命題假設下智能汽車的自主尋跡問題，提出一種基于視覺的智能尋跡車模設計方案，作為該假設問題的解決方案。

基于視覺的智能尋跡車模設計方案能夠在線型復雜，轉彎半徑不確定性大的情況下，利用視覺自主尋跡前進，分級精確轉向。

1 系統總體設計

基于視覺的智能尋跡車模系統以AVR單片機MEGA16為核心，由單片機模塊、路徑識別模塊、直流電機驅動模塊、舵機驅動模塊等組成，如圖1所示。

直流電動機為車輛的驅動裝置，轉向電動機用于控制車輛行駛方向。智能尋跡車模利用視覺在跑道上自主尋跡前進，分級精確轉向。道路為318 mm寬白色底板，其中間粘貼18 mm寬且線型不斷變化的黑膠帶。

2 硬件設計

2．1 控制模塊

尋跡車模采用AVR內核的ATMEGAl6。該芯片能夠不需要外圍晶振和復位電路而獨立工作，非常適合智能尋跡車模的要求。控制器模塊安裝在廣東奧迪玩具實業有限公司生產的雷速登1：24比賽級遙控車模上。

2．2 路徑識別模塊

采用反射式光電傳感器來區分跑道上的黑色與白色，反射式光電傳感器有光線發射端和光線接收端，白底與黑線對發射端發出光線的反射度不同，從而影響接收端產生的電壓。用反射式光電傳感器、可調電阻和運算放大器LM324組成傳感器模塊，如圖2 所示。實現在不同賽道上輸出高低電平，自主尋跡。

2．3 轉向電機和驅動電機驅動模塊

采用H橋電路來驅動智能尋跡車的前輪轉向電機和后輪驅動電機，實現智能尋跡車左右轉向、前進、后退、加速、減速等功能。轉向電機驅動電路如圖3所示。其中前輪轉向電機控制方案為分級轉向控制，后輪驅動電機控制方案亦為開環控制。

2．4 分級轉向模塊

為了實現在不同的轉彎半徑處實現不同角度的精確轉向，設計了分級轉向電路，如圖3所示。車模舵機中可變電阻阻值為1．8～4．2 kΩ，1接單片機A／D管腳。電壓V為片內穩定基準電壓，且可以看出：

以1號傳感器為例，說明分級轉向角度計算。

傳感器模塊安裝如圖4所示，所有尺寸經過前期設計計算，D點為前輪舵機可調電阻轉向中心，A點為小車轉向中心。當1號傳感器檢測到黑線時，前輪轉向角度以及與前輪轉向角度對應的前輪舵機中可變電阻轉向角度計算為：

V3值線性正比于前輪舵機中可變電阻角度α1，因此，不同的傳感器探測位置，可以計算得出不同的理想前輪轉向角度，不同的理想轉向A／D電壓，通過單片機測量V3，即可換算前輪舵機中可變電阻轉向角度a1，并與理想轉向A／D電壓比較，當V3達到理想轉向A／D電壓，單片機控制給舵機低電平，舵機停轉，保持轉向，從而實現精確分級轉向。