基于模塊化控制的多功能智能小車設計

　　由于使用了硅光電池采樣方案，系統的靈敏度可以被有效調節。程序設定只有當采樣電壓達到了某一規定值時，才來比較三路采樣電壓。調整這一規定電壓值就可以改變系統的趨光靈敏度了，根據環境設定合適的規定值就能較好的避開環境光的干擾。

　　1.6 測距模塊

　　在電機的轉軸上安裝兩塊小磁鐵，并將霍爾傳感器固定在轉軸正上方的車身上，當電機轉動，磁鐵經過霍爾元件時，霍爾傳感器的輸出端就會產生電頻跳變，通過記錄電頻跳變的次數N,即可根據行駛距離公式L2=（N × 2πR）/ 2 測量出小車行駛的距離。其中R表示車輪半徑。所測距離可通過液晶屏顯示出來。

　　2 軟件設計

　　在硬件設計基礎上，通過在單片機中燒寫程序來控制小車功能的實現。本系統中采用模塊化控制方法，將各個獨立的功能作為一個獨立的子程序，在主程序中按照邏輯順序來調用各子程序。這樣使得程序條理清晰，提高了程序的執行效率，也便于程序修改和調試，主程序設計流程如圖2所示。

　　如循跡模塊中所述，在程序1 中，采用模糊控制算法，控制小車沿著軌道行駛，不至于失控。子程序2判斷小車與障礙物間的距離，控制小車轉彎避障。子程序3 根據硅光電池采集的光照強度，控制小車左右輪轉動，確保小車進庫成功。程序采用動態掃描，實時監測，使得小車一直處于動態調整中。

　　3 實物測試及結果分析

　　為了測試小車的性能，按照比賽要求為小車設計了如圖3所示的小車賽道。測試地點選擇在四周較開闊、自然光較弱的地方，小車從起點沿著黑色的牽引線行走，離開牽引線后避開障礙物，開始趨光進庫。在牽引線下方放有若干枚用于檢測的硬幣，小車經過時檢測到硬幣并報警，將記錄的硬幣個數顯示到液晶屏上。

　　由于在尋跡模塊的硬件設計中加入了靈敏度調節，并在軟件設計中采取了模糊控制算法，因此，小車尋跡測試結果比較理想，能按照設計路線行駛。測試結果如表1所示。

　　在避障模塊中，由于超聲波模塊對反射物體的形狀和表面積都有要求，當放置的障礙物不滿足要求時，就會接收不到反射信號，造成避障失敗。同時在測試時周圍還站有人，也能形成反射源，對測試造成干擾。測試結果如表2所示。表3所示為趨光模塊測試結果。

　　趨光模塊采用硅光電池采樣，具有連續可變的無極比較，比目前廣泛使用的光敏電阻只比較高低電平更靈敏精確，從而提高了系統的準確性。但同光敏電阻一樣自然光的影響不能完全避免，因此仍然不能達到100%的準確。

　　4 結語

　　本系統使用一片8 位單片機，采用模塊化設計思想，實現了智能小車多功能的設計。設計時將多種傳感器綜合到一個系統中，并把采集到的多路信號送入單片機進行分析處理、作出判斷。

　　同時，系統還設計了友好的人機交換界面，可方便地讀出檢測到的金屬片數量、行駛路程和行駛時間。由于運用模塊化控制方法，各模塊相互影響較小，因此還可對系統進行二次開發，在本系統上增加更多模塊，實現其他擴展功能，例如在系統上增加語音芯片，可實現語音播報功能；加上攝像頭和無線模塊可實現小車的探測功能等